อาร์กอน: ประวัติโครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี - 2026

อาร์กอนเป็นหนึ่งในก๊าซอันสูงส่งของตารางธาตุและถือว่าประมาณ 1% ของโลก 's บรรยากาศ มันแสดงด้วยสัญลักษณ์ทางเคมี Ar ซึ่งเป็นธาตุที่มีมวลอะตอมเท่ากับ 40 สำหรับไอโซโทปที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลก ( ⁴⁰ Ar) ไอโซโทปอื่น ๆ ได้แก่³⁶ Ar (มากที่สุดในจักรวาล) ³⁸ Ar และไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี³⁹ Ar

ชื่อของมันมาจากคำภาษากรีก 'argos' ซึ่งหมายถึงไม่ใช้งานช้าหรือไม่ได้ใช้งานเนื่องจากประกอบด้วยเศษส่วนของอากาศที่วัดได้ซึ่งไม่ตอบสนอง ไนโตรเจนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากันกับความร้อนของประกายไฟทำให้เกิดไนโตรเจนออกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยสารละลายพื้นฐานของ NaOH แต่ Ar ไม่มีอะไรเลย

ลักษณะการปล่อยแสงสีม่วงของอะตอมอาร์กอนที่แตกตัวเป็นไอออน ที่มา: Wikigian

อาร์กอนเป็นก๊าซไม่มีสีไม่มีกลิ่นหรือรสชาติ เป็นหนึ่งในก๊าซไม่กี่ชนิดที่ไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงของสีเมื่อกลั่นตัวจึงเป็นของเหลวที่ไม่มีสีเหมือนก๊าซ สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับของแข็งที่เป็นผลึก

คุณสมบัติหลักอีกประการหนึ่งคือการปล่อยแสงสีม่วงเมื่อถูกความร้อนภายในท่อจ่ายไฟฟ้า (ภาพบน)

แม้ว่าจะเป็นก๊าซเฉื่อย (แม้ว่าจะไม่อยู่ภายใต้สภาวะพิเศษ) และยังขาดกิจกรรมทางชีวภาพ แต่ก็สามารถเคลื่อนย้ายออกซิเจนออกจากอากาศทำให้หายใจไม่ออก เครื่องดับเพลิงบางชนิดใช้สิ่งนี้เพื่อประโยชน์ในการทำให้เปลวไฟดับลงโดยการขาดออกซิเจน

ความเฉื่อยทางเคมีของมันช่วยให้การประยุกต์ใช้เป็นบรรยากาศสำหรับปฏิกิริยาที่มีสายพันธุ์ที่ไวต่อออกซิเจนไอน้ำและไนโตรเจน นอกจากนี้ยังมีวิธีการจัดเก็บและการผลิตโลหะโลหะผสมหรือเซมิคอนดักเตอร์

ประวัติการค้นพบ

ในปี 1785 Henry Cavendish ในขณะที่ตรวจสอบไนโตรเจนในอากาศที่เรียกว่า "phlogisticized air" สรุปได้ว่าไนโตรเจนส่วนหนึ่งอาจเป็นส่วนประกอบเฉื่อย

กว่าหนึ่งศตวรรษต่อมาในปีพ. ศ. 2437 ลอร์ดเรย์ลีห์และเซอร์วิลเลียมแรมซีย์นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ค้นพบว่าไนโตรเจนที่เตรียมโดยการกำจัดออกซิเจนออกจากอากาศในชั้นบรรยากาศนั้นหนักกว่าไนโตรเจนที่ได้จากสารประกอบบางชนิด 0.5% ตัวอย่างเช่นแอมโมเนีย

นักวิจัยสงสัยว่ามีก๊าซอื่นอยู่ในอากาศในชั้นบรรยากาศผสมกับไนโตรเจน ต่อมาได้รับการตรวจสอบว่าก๊าซที่เหลือหลังจากการกำจัดไนโตรเจนออกจากอากาศในชั้นบรรยากาศเป็นก๊าซเฉื่อยซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่ออาร์กอน

นี่เป็นก๊าซเฉื่อยชนิดแรกที่แยกได้บนโลก ด้วยเหตุนี้ชื่อของมันเนื่องจากอาร์กอนหมายถึงขี้เกียจไม่ใช้งาน อย่างไรก็ตามในช่วงต้นปีพ. ศ. 2411 การตรวจพบฮีเลียมในดวงอาทิตย์โดยการศึกษาทางสเปกโตรสโกปี

F.Newall และ WN Hartley ในปีพ. ศ. 2425 สังเกตเห็นเส้นการปล่อยก๊าซอาจสอดคล้องกับอาร์กอนซึ่งไม่สอดคล้องกับองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เป็นที่รู้จัก

โครงสร้างอาร์กอน

อาร์กอนเป็นก๊าซมีตระกูลดังนั้นจึงมีออร์บิทัลของระดับพลังงานสุดท้ายที่เต็มไปหมด นั่นคือวาเลนซ์เชลล์ของมันมีอิเล็กตรอนแปดตัว อย่างไรก็ตามการเพิ่มขึ้นของจำนวนอิเล็กตรอนไม่ได้ต่อต้านแรงดึงดูดที่เพิ่มขึ้นซึ่งกระทำโดยนิวเคลียส ดังนั้นอะตอมของมันจึงมีขนาดเล็กที่สุดในแต่ละช่วงเวลา

กล่าวได้ว่าอะตอมของอาร์กอนสามารถมองเห็นเป็น "หินอ่อน" ด้วยเมฆอิเล็กตรอนที่บีบอัดสูง อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นเนื้อเดียวกันผ่านออร์บิทัลที่เติมเต็มทั้งหมดทำให้โพลาไรเซชันไม่น่าเป็นไปได้ นั่นคือบริเวณที่มีการขาดอิเล็กตรอนแบบสัมพัทธ์เกิดขึ้น

ด้วยเหตุนี้กองกำลังกระจายของลอนดอนจึงมีไว้สำหรับอาร์กอนโดยเฉพาะและโพลาไรเซชันจะได้รับประโยชน์ก็ต่อเมื่อรัศมีอะตอมและ / หรือมวลอะตอมเพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผลที่อาร์กอนเป็นก๊าซที่ควบแน่นที่-186ºC

โดยการปอกเปลือกก๊าซจะเห็นว่าอะตอมหรือหินอ่อนของมันแทบจะไม่สามารถอยู่ร่วมกันได้ในกรณีที่ไม่มีพันธะโคเวเลนต์ Ar-Ar ชนิดใด ๆ อย่างไรก็ตามไม่สามารถละเลยได้ว่าหินอ่อนดังกล่าวสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลนอกโลกอื่น ๆ ได้ดี ตัวอย่างเช่น CO ₂ , N ₂ , Ne, CH ₄ทั้งหมดมีอยู่ในองค์ประกอบของอากาศ

รัตนากร

อะตอมของอาร์กอนเริ่มช้าลงเมื่ออุณหภูมิลดลงเหลือประมาณ -186 ° C; จากนั้นการควบแน่นจะเกิดขึ้น ตอนนี้แรงระหว่างโมเลกุลมีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากระยะห่างระหว่างอะตอมมีขนาดเล็กลงและทำให้มีเวลาในการเกิดไดโพลหรือโพลาไรซ์ในทันทีเพียงไม่กี่ครั้ง

อาร์กอนเหลวนี้ยุ่งเหยิงและไม่ทราบว่าอะตอมของมันจะจัดเรียงกันอย่างไร

เมื่ออุณหภูมิลดลงไปอีกถึง-189ºC (ต่ำกว่าเพียงสามองศา) อาร์กอนจะเริ่มตกผลึกเป็นน้ำแข็งไม่มีสี (ภาพล่าง) บางทีน้ำแข็งทางอุณหพลศาสตร์มีความเสถียรมากกว่าน้ำแข็งอาร์กอน

น้ำแข็งอาร์กอนละลาย ที่มา: ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่อง Deglr6328 ~ commonswiki สันนิษฐาน (ตามการร้องเรียนการละเมิดลิขสิทธิ์)

ในน้ำแข็งหรืออาร์กอนคริสตัลอะตอมของมันจะใช้โครงสร้างลูกบาศก์ (fcc) ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลางตามลำดับ นั่นคือผลของปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอของพวกมันที่อุณหภูมิเหล่านี้ นอกจากโครงสร้างนี้แล้วยังสามารถสร้างผลึกหกเหลี่ยมที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นได้อีกด้วย

คริสตัลหกเหลี่ยมเป็นที่ชื่นชอบเมื่ออาร์กอนตกผลึกต่อหน้า O ₂ , N ₂และ CO ในปริมาณเล็กน้อย เมื่อเปลี่ยนรูปแล้วจะเปลี่ยนเป็นเฟสลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลางซึ่งเป็นโครงสร้างที่มั่นคงที่สุดสำหรับอาร์กอนที่เป็นของแข็ง

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

การกำหนดค่าอิเล็กตรอนสำหรับอาร์กอนคือ:

3s ² 3p ⁶

ซึ่งเหมือนกันสำหรับไอโซโทปทั้งหมด โปรดสังเกตว่าเวเลนซ์ออคเต็ตของมันเสร็จสมบูรณ์: อิเล็กตรอน 2 ตัวในออร์บิทัล 3 วินาทีและ 6 ในออร์บิทัล 3p โดยเพิ่มอิเล็กตรอนได้ถึง 8 ตัว

ในทางทฤษฎีและจากการทดลองอาร์กอนสามารถใช้ออร์บิทัล 3 มิติเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ แต่ต้องใช้แรงกดดันสูงในการ "บังคับ" มัน

คุณสมบัติ

รายละเอียดทางกายภาพ

เป็นก๊าซไม่มีสีซึ่งเมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าจะได้รับแสงสีม่วง - ม่วง

น้ำหนักอะตอม

39.79 ก. / โมล

เลขอะตอม

18

จุดหลอมเหลว

83.81 พัน (-189.34 ºC, -308.81 ºF)

จุดเดือด

87,302 พัน (-185,848 ºC, -302,526 ºF)

เทพ

1,784 ก. / ล

ความหนาแน่นของไอ

1.38 (เทียบกับอากาศที่ถ่ายเป็น 1)

ความสามารถในการละลายของก๊าซในน้ำ

33.6 ซม. ³ / กก. ถ้าอาร์กอนซึ่งเป็นก๊าซเหลวที่เย็นจัดสัมผัสกับน้ำจะเกิดการเดือดอย่างรุนแรง

การละลายในของเหลวอินทรีย์

ละลายน้ำได้

ความร้อนของฟิวชั่น

1.18 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

8.53 กิโลจูล / โมล

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งออกทานอล / น้ำ

บันทึก P = 0.94

พลังงานไอออไนเซชัน

ระดับแรก: 1,520.6 กิโลจูล / โมล

ระดับที่สอง: 2,665.8 kJ / mol

ระดับที่สาม: 3,931 kJ / mol

นั่นคือพลังงานที่จำเป็นในการได้รับไอออนบวกระหว่าง Ar ⁺และ Ar ³⁺ในเฟสก๊าซ

การเกิดปฏิกิริยา

อาร์กอนเป็นก๊าซมีตระกูลดังนั้นปฏิกิริยาของมันจึงเกือบเป็นศูนย์ โฟโตไลซิสของไฮโดรเจนฟลูออไรด์ในเมทริกซ์ทึบของอาร์กอนที่อุณหภูมิ 7.5 K (ใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์มาก) จะสร้างอาร์กอนฟลูออโรไฮไดรด์ HArF

สามารถใช้ร่วมกับองค์ประกอบบางอย่างเพื่อสร้างคลาสที่เสถียรด้วยเบต้าไฮโดรควิโนน นอกจากนี้ยังสามารถสร้างสารประกอบที่มีองค์ประกอบแม่เหล็กไฟฟ้าสูงเช่น O, F และ Cl

การประยุกต์ใช้งาน

การใช้อาร์กอนส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากความจริงที่ว่าการเป็นก๊าซเฉื่อยสามารถใช้เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมเพื่อพัฒนาชุดกิจกรรมทางอุตสาหกรรมได้

ด้านอุตสาหกรรม

- อาร์กอนใช้เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมสำหรับการเชื่อมอาร์กของโลหะหลีกเลี่ยงการกระทำที่เป็นอันตรายที่มีออกซิเจนและไนโตรเจนสามารถผลิตได้ นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเคลือบผิวในการปรับแต่งโลหะเช่นไทเทเนียมและเซอร์โคเนียม

- หลอดไฟแบบไส้มักจะเต็มไปด้วยอาร์กอนเพื่อปกป้องเส้นใยและยืดอายุการใช้งาน นอกจากนี้ยังใช้ในหลอดนีออนคล้ายกับหลอดนีออน แต่พวกมันเปล่งแสงสีน้ำเงินอมม่วง

- ใช้ในกระบวนการแยกสลายของเหล็กกล้าไร้สนิมและเป็นก๊าซขับเคลื่อนในละอองลอย

- ใช้ในห้องไอออไนเซชันและในตัวนับอนุภาค

- นอกจากนี้ในการใช้องค์ประกอบต่าง ๆ สำหรับการเติมสารกึ่งตัวนำ

- ช่วยสร้างบรรยากาศสำหรับการเติบโตของผลึกซิลิกอนและเจอร์เมเนียมซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอิเล็กทรอนิกส์

- การนำความร้อนต่ำเป็นประโยชน์ในการใช้เป็นฉนวนระหว่างแผ่นกระจกของหน้าต่างบางบาน

- ใช้เพื่อถนอมอาหารและวัสดุอื่น ๆ ที่อยู่ภายใต้บรรจุภัณฑ์เนื่องจากปกป้องพวกมันจากออกซิเจนและความชื้นที่อาจส่งผลอันตรายต่อเนื้อหาของบรรจุภัณฑ์

แพทย์

-Argon ใช้ในการรักษาด้วยความเย็นเพื่อกำจัดเนื้อเยื่อมะเร็ง ในกรณีนี้อาร์กอนจะทำงานเหมือนของเหลวที่แช่แข็ง

- ใช้ในอุปกรณ์เลเซอร์ทางการแพทย์เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องต่างๆของดวงตาเช่นเลือดออกในหลอดเลือดจอประสาทตาลอกต้อหินและความเสื่อมของ macula

ในอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ

-Argon ใช้ในส่วนผสมที่มีฮีเลียมและนีออนในตัวนับกัมมันตภาพรังสีของไกเกอร์

- ใช้เป็นแก๊สลอกในแก๊สโครมาโทกราฟี

- กระจายวัสดุที่ครอบคลุมตัวอย่างที่อยู่ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด

มันตั้งอยู่ที่ไหน?

อาร์กอนพบว่าเป็นส่วนหนึ่งของอากาศในชั้นบรรยากาศซึ่งมีมวลประมาณ 1% ของมวลบรรยากาศ บรรยากาศเป็นแหล่งอุตสาหกรรมหลักสำหรับฉนวนของก๊าซนี้ มันถูกแยกโดยขั้นตอนการกลั่นแบบเศษส่วนด้วยความเย็น

ในทางกลับกันในคอสมอสดวงดาวสร้างอาร์กอนจำนวนมหาศาลระหว่างการหลอมรวมนิวเคลียร์ของซิลิคอน นอกจากนี้ยังสามารถอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงอื่นเช่นดาวศุกร์และดาวอังคาร

อ้างอิง

1. Barrett CS, Meyer L. (1965) โครงสร้างคริสตัลของอาร์กอนและโลหะผสม ใน: Daunt JG, Edwards DO, Milford FJ, Yaqub M. (eds) Low Temperature Physics LT9 สปริงเกอร์บอสตันแมสซาชูเซตส์
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (21 มีนาคม 2562). 10 Argon Facts - Ar หรือ Atomic Number 18. ดึงมาจาก: thoughtco.com
3. ทอดด์ Helmenstine (31 พฤษภาคม 2558). ข้อเท็จจริงของอาร์กอน สืบค้นจาก: sciencenotes.org
4. Li, X. และคณะ (2015) สารประกอบลิเธียมอาร์กอนที่เสถียรภายใต้แรงดันสูง วิทย์ Rep. 5, 16675; ดอย: 10.1038 / srep16675.
5. ราชสมาคมเคมี. (2019) ตารางธาตุ: อาร์กอน สืบค้นจาก: rsc.org
6. ดร. ดั๊กสจ๊วต (2019) ข้อเท็จจริงของธาตุอาร์กอน Chemicool ดึงมาจาก: chemicool.com
7. Cubbon Katherine (2558 22 กรกฎาคม). เคมีของอาร์กอน (Z = 18) เคมี Libretexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
8. วิกิพีเดีย (2019) อาร์กอน. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
9. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) อาร์กอน. ฐานข้อมูล PubChem CID = 23968 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov