صفات وخصائص غاز الأرغون واستخداماته

• من اكتشف غاز الأرغون؟
• صفات غاز الأرغون
• استخدامات غاز الأرغون
• كاشفات غاز الأرغون

المهندس أمجد قاسم
كاتب علمي متخصص في الشؤون العلمية

من اكتشف غاز الأرغون؟

اكتشف غاز الأرغون عالمان بريطانيان هما السير ويليام رامزي ولورد رايلي (جون ويليام ستروت) في عام 1894. واكتشفا الغاز بشكل مستقل أثناء إجراء بحث على غازات الغلاف الجوي.

فيما يلي لمحة موجزة عن مساهماتهم في الاكتشاف:

اللورد رايلي (جون ويليام ستروت): في أوائل تسعينيات القرن التاسع عشر ، كان اللورد رايلي يبحث في كثافة غاز النيتروجين المستخرج من الهواء ، والذي وجد أنه أعلى قليلاً من النيتروجين المشتق من المركبات الكيميائية. افترض أنه قد يكون هناك غاز غير معروف موجود في الغلاف الجوي والذي يساهم في هذا الاختلاف. تعاون مع مساعده في المختبر ، السير ويليام رامزي ، لاستكشاف هذا الأمر بشكل أكبر.

السير ويليام رامزي: كان رامزي خبيرًا في دراسة الغازات واكتشف سابقًا الهيليوم (في عام 1895) والنيون والكريبتون والزينون في عام 1894 ، أجرى رامزي تجارب مع رايلي وقام بتحليل الغاز المتبقي بعد إزالة النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء من الهواء. لاحظ أن هذا الغاز المتبقي أظهر خصائص فريدة.

وفي 23 مارس 1894 ، أعلن رايلي ورامزي بشكل مشترك عن اكتشاف الغاز الجديد في اجتماع للجمعية الملكية في لندن. وأطلقوا على الغاز اسم “الأرجون” المشتق من الكلمة اليونانية “أرغوس” التي تعني “خامل” أو “كسول” بسبب خمولها الكيميائي وإحجامها عن التفاعل مع العناصر الأخرى.

كان اكتشاف الأرجون مهمًا لأنه كان أول غاز نبيل يتم التعرف عليه ، وهي مجموعة جديدة من العناصر التي لم تكن معروفة من قبل. أدى عمل رامزي ورايلي على الأرغون إلى التعرف على مجموعة الغازات النبيلة بأكملها، بما في ذلك الهيليوم والنيون والكريبتون والزينون والرادون. لمساهماتهم ، حصل كل من رامزي ورايلي على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1904.

صفات غاز الأرغون

الأرغون عنصر كيميائي رمزه Ar وعدده الذرّي 18؛ وهو ينتمي إلى مجموعة الغازات النبيلة في الجدول الدوري؛ ويوجد على شكل غاز أحادي الذرّة، وهو عديم اللون والرائحة. والأرغون ثالث أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي للأرض بعد النيتروجين والأوكسجين ، ويشكل حوالي 0.93٪ من الهواء. الأرجون خامل كيميائيًا ، مما يعني أنه لا يتفاعل بسهولة مع العناصر أو المركبات الأخرى. فيما يلي بعض الخصائص الرئيسية لغاز الأرجون:

الخواص الكيميائية:

الأرجون هو غاز نبيل ، مما يعني أنه يحتوي على تكوين إلكتروني ثابت ولا يشكل بسهولة روابط كيميائية مع عناصر أخرى. يعتبر خامل كيميائيا في ظل الظروف العادية ولا يتفاعل مع معظم المواد.
الأرجون غير سام ولا يشكل خطراً مباشراً على صحة الإنسان أو البيئة.

الخصائص الفيزيائية:

الكثافة: الأرجون أكثر كثافة من الهواء ، بكثافة تقارب 1.784 جم / لتر عند درجة الحرارة والضغط القياسيين (STP).

نقطة الغليان: يحتوي الأرجون على درجة غليان تبلغ -185.7 درجة مئوية (-302.3 درجة فهرنهايت) ، مما يجعله غازًا في درجة حرارة الغرفة.

نقطة الانصهار: درجة انصهار الأرجون هي -189.2 درجة مئوية (-308.6 درجة فهرنهايت).

الحالة في درجة حرارة الغرفة: الأرجون هو غاز عديم اللون والرائحة والمذاق في درجة حرارة الغرفة وضغطها.

الذوبان: الأرجون قابل للذوبان بشكل ضئيل في الماء والمذيبات الشائعة الأخرى.

النظائر:

يحتوي الأرجون على ثلاثة نظائر موجودة بشكل طبيعي: ^ 36Ar و ^ 38Ar و ^ 40Ar. أكثر النظائر وفرة هو ^ 40Ar ، والذي يشتمل على حوالي 99.6٪ من الأرجون الطبيعي.

الوفرة الطبيعية:
كما ذكرنا سابقًا ، فإن الأرجون هو ثالث أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي للأرض ، بعد النيتروجين والأكسجين.

بشكل عام ، الخصائص الفريدة للأرجون ، خاصة خمولها ووفرة ، تجعلها ذات قيمة للعديد من التطبيقات الصناعية والعلمية والتكنولوجية.

الاستخدامات والتطبيقات:

لغاز الأرجون مجموعة متنوعة من الاستخدامات والتطبيقات المهمة نظرًا لخصائصه الفريدة ، لا سيما خموله ووفرة. تتضمن بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا لغاز الأرجون ما يلي:

1- اللحام: يستخدم الأرجون على نطاق واسع كغاز وقائي في عمليات اللحام ، مثل اللحام بغاز التنغستن الخامل (TIG) واللحام بالغاز الخامل المعدني (MIG). إنه يخلق جوًا خاملًا حول منطقة اللحام ، مما يمنع المعدن المنصهر من التفاعل مع الغازات الجوية ، والذي يؤدي إلى حدوث عيوب في اللحام.

2-الإضاءة: يستخدم الأرجون في بعض أنواع الإضاءة ، بما في ذلك أنابيب الفلورسنت ومصابيح التفريغ عالية الكثافة (HID) حيث يعطي لون أخضر مزرق. فعندما يمر تيار كهربائي عبر الغاز ، فإنه ينبعث منه ضوء. يوفر الأرجون الشروط اللازمة لحدوث عمليات انبعاث الضوء.

3- التطبيقات العلمية: في المختبرات والبحث العلمي ، يستخدم الأرجون في تطبيقات مختلفة. يتم استخدامه كغاز ناقل في كروماتوغرافيا الغاز ، وهي تقنية تستخدم لفصل وتحليل المركبات في المخاليط المعقدة. يستخدم الأرجون أيضًا في بعض الأدوات والتجارب التحليلية التي تتطلب جوًا خاملًا.

4- التبريد: يستخدم الأرغون أحيانًا كعامل تبريد في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة منخفضة. نقطة غليانه المنخفضة (-185.7 درجة مئوية أو -302.3 درجة فهرنهايت) تجعله مناسبًا لأغراض التبريد المتخصصة.

5- العمليات الصناعية: يستخدم الأرغون في الصناعات التي يكون فيها الجو الخامل ضروريًا لمنع التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها. يتم استخدامه في إنتاج المعادن والسبائك المعدنية ، حيث يساعد على منع الأكسدة أثناء المعالجة.

6- عزل النوافذ: في بعض النوافذ ذات الزجاج المزدوج ، يتم استخدام غاز الأرجون لملء الفراغ بين الألواح الزجاجية. تساعد الموصلية الحرارية المنخفضة للأرجون على تحسين خصائص عزل النوافذ.

7- الوسائد الهوائية: في أنظمة سلامة السيارات ، يستخدم غاز الأرجون كأحد مكونات منفاخ الوسادة الهوائية. عندما يكتشف مستشعر الوسادة الهوائية حدوث تصادم ، يولد مزيج من الأرجون ومركب تفاعلي انفجارًا مما يؤدي إلى تضخيم الوسادة الهوائية بسرعة.

8- تقنية الليزر: في بعض أنواع الليزر ، مثل ليزر أيون الأرجون ، يتم استخدام الغاز كوسيط ليزري لإنتاج ضوء مرئي مكثف للتطبيقات العلمية والصناعية.

9- الحفاظ على الوثائق والتحف التاريخية: يستخدم الأرجون أحيانًا في جهود الحفظ لحماية الوثائق والتحف التاريخية. طبيعتها الخاملة تساعد على منع تدهور المواد الحساسة.

هذه مجرد أمثلة قليلة لتطبيقات عديدة لغاز الأرجون. إن تنوعها وموثوقيتها تجعلها عنصرًا أساسيًا في مختلف الصناعات والمجالات العلمية.

كاشفات غاز الأرجون

كاشف غاز الأرجون هو جهاز يستخدم للكشف عن وجود وتركيز غاز الأرجون في الهواء.

تُستخدم أجهزة الكشف عن غاز الأرجون بشكل شائع في تطبيقات مختلفة ، بما في ذلك العمليات الصناعية والمختبرات وأنظمة مراقبة السلامة. إليك كيفية عمل كاشف غاز الأرجون عادةً:

عنصر الاستشعار: جوهر كاشف غاز الأرجون هو عنصر أو مستشعر مصمم للتفاعل مع جزيئات الأرجون وإنتاج إشارة قابلة للقياس.

مبدأ الكشف: يعمل الكاشف على أساس مبادئ مختلفة ، مثل التوصيل الحراري ، أو امتصاص الأشعة تحت الحمراء ، أو التفاعلات الكيميائية الخاصة بالغاز.

الموصلية الحرارية: تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أن الأرجون له خصائص توصيل حراري مختلفة مقارنة بالهواء المحيط. عندما يتلامس غاز الأرجون مع عنصر مسخن ، فإنه سيغير درجة حرارة العنصر ، ويتم اكتشاف هذا التغيير وقياسه.

امتصاص الأشعة تحت الحمراء: يحتوي غاز الأرجون على نطاقات امتصاص محددة في طيف الأشعة تحت الحمراء. يقوم كاشف الغاز القائم على الأشعة تحت الحمراء بإصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر الهواء ، ويتم استخدام كمية الضوء التي يمتصها غاز الأرجون لتحديد تركيزه.

التفاعل الكيميائي: تستخدم بعض أجهزة الكشف التفاعلات الكيميائية مع الأرجون لإنتاج إشارة قابلة للقياس. قد تولد هذه التفاعلات تغيرات في اللون أو إشارات كهربائية يمكن قياسها.

المعايرة: المعايرة الدورية للكاشف ضرورية لضمان قراءات دقيقة. تتضمن المعايرة تعريض المستشعر لتركيزات معروفة من غاز الأرجون لضبط ومعايرة استجابة الكاشف.

من المهم ملاحظة أن كاشفات غاز الأرجون تختلف عن الأكسجين (O2) وكاشفات الغاز الأخرى ، لأنها مصممة خصيصًا لاكتشاف غاز الأرجون ، وليس الغازات الأخرى. يتم استخدامها بشكل شائع في التطبيقات التي يتم فيها استخدام الأرجون أو إنتاجه ، كما هو الحال في صناعة اللحام ، حيث يتم استخدام الأرجون كغاز واقي ، أو في المختبرات حيث يتم استخدام الأرجون في الأدوات التحليلية مثل كروماتوغرافيا الغاز.