Аргон
| Маркировка баллонов с аргоном: |
|
|
|
Аргон (хим. знак Аr) — простое тело, полученное из воздуха лордом Релеем (Rayleigh) и проф. Рамзаем (Ramsay) в 1894 г., ими изученное и названное аргоном, благодаря безуспешности всех попыток получить его соединения с другими телами (от греческого слова αργον - недеятельный). Открытие аргона представляет интересную эпоху в истории химии новейшего времени. Оно указало, как еще недостаточны наши сведения о составе такого важнейшего вещества, как воздух, изучение которого занимало ученых, начиная с первых шагов химии почти до последнего времени, и в котором все было, по-видимому, известно. Открытие А. дало новый толчок к более детальному изучению как самого воздуха, так и других встречающихся в природе газов; результатом этого явилось получение новых тел неона (см. соотв. статью), криптона (см. соотв. статью) и гелия (см. соотв. статью), обладающих, подобно А., особенностью в своих химических свойствах, резко отличающею их от других тел, именно, неспособностью вступать ни в какие химические реакции.
История открытия аргона поучительна еще и в том отношении, что на существование А. задолго до Релея и Рамзая указывал Кавендиш в конце XVIII стол. Кавендиш, начиная с 1777 г., произвел ряд блестящих исследований над газами, входящими в состав атмосферы, о чем первый отчет появился в 1783 г. Найдя, что воздух, полученный из разных местностей, имеет постоянный состав (после удаления углекислоты содержит 70,16% флогистированного воздуха [phlogisticated air - азот] и 20,84% дефлогистированного воздуха [dephlogisticated air - кислород]), Кавендиш - выдающийся приверженец флогистонной теории, противник Лавуазье, задался целью исследовать, что делается с воздухом при соединении с флогистоном (горении), выбирая для этого такие условия, при которых не получалось бы хорошо известной тогда углекислоты. Для этой цели он изучал горение в воздухе серы, фосфора, подвергал воздух в смеси с водородом взрывам при помощи электрических искр, наконец, останавливался над изучением действия на воздух электрического разряда. Еще Пристлей нашел, что воздух под влиянием электрических искр уменьшается в объеме, делается вредным для дыхания, и в нем появляется, по мнению Пристлея, углекислота (fixed air), как при обычном процессе горения (phlogistic process), так что, по мнению Пристлея, электричество есть флогистон или содержит его. Кавендиш показал, что в этих условиях образуется не углекислота, а происходит соединение азота с кислородом, способное поглощаться щелочью и давать соль - селитру. Кавендиш задал себе вопрос, представляет ли атмосферный азот (phlogisticated air) одно определенное вещество или смесь нескольких тел, и для решения этого он сделал опыт, который должен был показать, способен ли атмосферный азот нацело соединяться с кислородом при помощи электрического разряда или нет. Для этой цели он брал воздух и подвергал его действию электрических искр в присутствии щелочи, прибавляя время от времени немного кислорода до тех пор, пока газ не перестал уменьшаться в объеме. Поглотив избыточный кислород, он получил очень незначительное количество газа, не способного соединяться с кислородом. Кавендиш даже определил с большою для тогдашнего времени точностью содержание его в воздухе (1/120 по объему); но результат его исследований прошел незамеченным, может быть, отчасти потому, что благодаря очень ничтожному количеству полученного газа сам Кавендиш не счел себя вправе определенно утверждать относительно присутствия в воздухе нового газообразного тела, отличного от известных тогда газов.
Этот газ и был аргон, открытый Релеем и Рамзаем более ста лет спустя. Релей в начале 80-х годов прошлого столетия предпринял ряд исследований по определению плотностей кислорода и азота по отношению к водороду, чтобы сравнить их с принятыми для них атомными весами. Он нашел, что азот, полученный обычным способом из воздуха, тяжелее азота, выделенного из азотистых соединений, причем разница далеко превосходит собой возможную ошибку во взвешивании. Релей обратил внимание химиков на это обстоятельство, и когда в его работе принял участие Рамзай, они подвергли его детальному изучению. Различие в плотностях азота разного происхождения можно было бы объяснить полимеризацией его в условиях получения, напр. под влиянием высокой температуры. Чтобы проверить это, азот готовился химическим путем, как при высокой температуре из окислов азота, так и при низкой (из смеси нашатыря с азотистокалиевой солью или разложением мочевины бромноватистым или хлорноватистым натрием); с другой стороны, и азот из воздуха получался поглощением кислорода медью или железом при накаливании или закисью железа при обыкн. температуре; однако, во всех случаях из воздуха получался азот большей плотности. В то же время, если азот из воздуха перевести в азотистый магний, а из последнего получить аммиак и затем азот, то, по опытам Рамзая и Релея, последний не отличается по плотности от азота из соединений. Подвергая разные образчики азота действию тихого электрического разряда, они не нашли никаких изменений в плотностях. Оставалась одна гипотеза, что в воздухе находится неизвестный газ с удельн. весом большим, чем у азота. Для выделения его они прибегли как к физическим способам - диффузии газов, так и к химическим, вводя азот воздуха в соединение с другими телами. Наиболее удобным оказалось, во-первых, применить действие электрических искр на смесь воздуха с кислородом в присутствии щелочи, как это делал еще Кавендиш, и во-вторых, воспользоваться способностью азота при накаливании соединяться с магнием. В первом случае для приготовления большого количества азота брался объемистый баллон и помещался в щелочь горлом вниз; в баллон через горло входили три соответственным образом согнутые стеклянные трубки: через две из них проходили электроды (железные, на конце платиновые) от катушки Румкорфа, а третья служила для впуска в баллон газовой смеси и выпуска из него. Опыт тянулся довольно продолжительное время, пока спектроскоп не показал исчезновение спектральных линий азота. Баллон сильно разогревался, и его приходилось охлаждать. Избыток кислорода удалялся, подвергая остаток газа взрыву с водородом в эвдиометре. Для приготовления небольшого количества А. по этому способу берется до 40 куб. см воздуха, к нему прибавляется 10 куб. см кислорода, немного раствора КНО и помещается в трубку емкостью в 80 куб. см над ртутью. В трубку через пробку проходят две тонкие стеклянные трубочки со впаянными платиновыми проволочками, соединяющимися с катушкой, дающей искру до 15 см. После 3-4-часового действия катушки (прибавляя, если нужно, кислород) удаляют КНО и остаток кислорода поглощают фосфором. Для извлечения азота магнием из атмосферного азота последний долгое время пропускается взад и вперед через накаленную тугоплавкую стеклянную трубку, наполненную стружками магния; так как возможная примесь в газе водяного пара разлагается при этом, то при циркуляции газ проходит через накаленную окись меди для сжигания водорода и через фосфорный ангидрид для поглощения воды. Магний по предложению Макена (Maquenne) и главным образом Муассана, в последнее время с большим удобством заменяется металлическим кальцием, который не только поглощает кислород и азот, но и соединяется с водородом. А., полученный вышеописанными способами, содержит примесь других газов аргоновой группы; для отделения их наиболее удобным является фракционированная перегонка жидкого А. В природе А. имеет довольно широкое распространение; в воздухе количество его, по Муассану, 0,932-0,935% по объему (анализу подвергались образцы воздуха из разных мест земного шара и с разных высот). А. находится в морской, в речной и ключевой воде, найден в газах из воздушных пузырей морских рыб, в крови животных, в газах из минерала клевеита и пр. Плотность А. в газообразном виде 19,955 (считая кислород 16); в жидком, по данным Baly и Donnan'a, выражается формулой
- d = 1,42333 - 0,006467(Т - 84),
где Т абсолютная темпер. по водородному термометру. Критическая температура (абсолютная) 155,6° при давлении 40200 мм ртути. Давление паров А. в мм для разных температур (абсол.): 300 при 78,94°; 500 - 83,32°; 700 - 86,38°; 800 - 87,77°; 1000 - 89,90°; 2000 - 97,95°; 4000 - 107,27°; 8000 - 118,60°; 10000 - 122,72°; 20000 - 137,36°; 30000 - 147,58°; 40200 - 155,60°. Отношение теплоемкостей при пост. давлении и пост. объеме для А. равно 1,667. Это указывает, что в частице его один атом, и след., атомный вес А. = 39,9; коэффиц. преломления газообразного А. = 0,9655. Спектр А. очень сложный и значительно изменяется от характера разряда и давления газа, причем преобладают то красные, то голубые линии. Из первых особенно яркие 7056,6 и 6964,8, а из вторых 6033,7 и 5739,9. А. растворяется в воде почти в два раза больше, чем азот. По Эстрейхеру при 0° коэффициент растворения А. в воде 0,05780; при 10° - 0,04525; при 20° - 0,03790; при 30° - 0,03256; при 40° - 0,02865; при 50° - 0,02567. Благодаря большей растворимости в воде процентное содержание А. в газах, извлеченных из воды, больше, чем в воздухе. Чтобы выяснить химическую натуру А., Релей и Рамзай подвергали его действию кислорода, водорода, хлора, фосфора, серы, теллура, натрия, щелочей, сернистых щелочей, перекиси натрия; но он не вступал с ними во взаимодействие; также не привели ни к каким результатам попытки Муассана соединить А. с фтором. Обширные исследования над взаимодействием А. с различными органическими веществами произвел Бертело. По его мнению, не может быть никакого сомнения в том, что соединения А. существуют в природе; так, известны минералы, которые выделяют его при действии кислот. Бертело подвергал А. в присутствии органических веществ различного строения и состава действию тихого разряда в течение определенного, часто очень долгого времени. Соединения жирного ряда - этилен, амилен, петролейный эфир, ацетон, уксусный альдегид, амиламин, меркурдиметил не дали никакого эффекта, тогда как представители ароматического ряда (бензол, толуол, цимол, фенол, анизол, анилин, бензойный альдегид, бензонитрил, меркурдифенил) поглотили некоторое количество А., при этом в последнем случае в тихом разряде наблюдается особое свечение. Из числа веществ гетероциклического строения тиофен и пиридин поглотили А., а пиррол и фурфурол дали неопределенные результаты. Сернистый углерод в этих условиях тоже поглощает А.; количество поглощенного аргона, по Бертело, не может быть объяснено растворимостью его, а указывает на образование соединений А. Все перечисленные опыты с достаточной уверенностью показывают элементарность природы А. и чрезвычайно пониженную способность его к химическим соединениям.
Так как свойства аргона и его аналогов не вмещаются в рамки периодической системы элементов, то Менделеев образовал из них особую нулевую группу, во главе которой он поставил эфир.
С. Вуколов.
- В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона.
Аргон, химический элемент из группы так наз. благородных газов. Хим. знак — Ar. Атомный вес — 39,88. Порядковое число — 18. Газ без цвета и запаха, кипит (при обыкновен. давлении)при —186°, затвердевает при —189°. Составная часть воздуха (0,94% по объему). Открыт в 1894 Рамзаем и Рэлеем. Применяется для наполнения электрических лампочек.
- В статье воспроизведен текст из Малой советской энциклопедии.
Аргон (лат. Argon), Ar, химический элемент VIII гр. периодической системы Менделеева, относится к инертным газам; атомный номер 18, атомная масса 39,948. При обычных условиях А. — газ без цвета, запаха и вкуса. К открытию А. привело обнаруженное в 1892 Дж. Рэлеем превышение на 0,0016 г/л (при 0°С и 101 325 н/м2) плотности азота из воздуха по сравнению с плотностью азота, полученного из его соединений. В 1894 Рэлей и У. Рамзай выделили из азота воздуха газ, обладающий химической инертностью (греч. argys — бездеятельный). После открытия других инертных газов они были объединены в отдельную нулевую группу периодической системы; теперь общепринято рассматривать их как главную подгруппу VIII гр.
В природе А. присутствует только в свободном виде. Атмосфера содержит 16-1012 т А., земная кора 0,165·1012 т, вода 0,752·1012 т. Объёмная концентрация А. в воздухе 0,93%. Атмосферный А. состоит из трёх стабильных изотопов: 36Ar (0,337% ), 38Ar (0,063% ) и 40Ar (99,600% ). Преобладание тяжёлого изотопа связано с его образованием при радиоактивном распаде природного калия 40K (в результате общее количество А. в атмосфере непрерывно возрастает). Вследствие высокого содержания 40Ar атомная масса Ar больше, чем у следующего за ним в таблице Менделеева К. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов А. для радиоактивной метки наиболее пригоден 37Ar с периодом полураспада 35,0 дней. Плотность А. (при 0°С и 101 325 н/м2) 1,7839 кг/м3, tпл —189,3°C, tkип —185,9°C. В 1 л воды при нормальных условиях растворяется 51,9 см3 А. В металлах А. практически не растворим. Молекула А. одноатомна. Энергия первичной ионизации А. велика (15,755 эв или 2,5241·10-18 адж), сродством к электрону А. не обладает. Все попытки получить валентные соединения А. оканчивались неудачей. А. способен образовывать соединения включения (клатраты) с веществами, имеющими в своих кристаллических решётках полости с размерами, приблизительно соответствующими диаметру атома А. (H2O, D2O, фенол, гидрохинон). Наиболее полно изучен Ar·6H2O, впервые синтезированный в 1896 П. Вийаром при кристаллизации воды в атмосфере А. (давление А. 15,5 Мн/м2). температура разложения Ar·6H2O при 101 325 н/м2 42,0°C. А. с фенолом даёт соединение Ar·3С6Н5ОН. В соединениях включения, например в SO2·6H2O, можно SO2 изоморфно заместить Ar (работы Б. А. Никитина и др.), что даёт возможность синтезировать Ar·6H2O при нормальном давлении.
В промышленности А. получают в процессе разделения воздуха при глубоком охлаждении. Возможно получение А. из продувочных газов колонн синтеза аммиака. Отделять А. от других инертных газов лучше всего газохроматографическими методами. А. широко используется при термической обработке легко окисляющихся металлов. В защитной атмосфере из А. проводят, например, сварку и резку различных редких и цветных металлов, плавку Ti, W, Zr и т.д. В атмосфере А. выращивают кристаллы полупроводниковых материалов. А. заполняют электрические лампочки (А. снижает скорость испарения вольфрама и позволяет увеличить светоотдачу). Аргоновые трубки применяют для рекламы (сине-голубое свечение). На определении отношения 40Ar : 40K. основан один из методов определения возраста минералов (см. Геохронология). Радиоактивный А. иногда применяют для контроля вентиляционных систем.
Литература:
- Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровский Ю. В., Инертные газы, М., 1964;
- Головко Г. А., Аппараты и установки для производства аргона, М.—Л., 1965;
- Финкельштейн Д. Н., Инертные газы, М., 1961;
- Бердоносов С. С., Инертные газы вчера и сегодня, М., 1966.
С. С. Бердоносов.
- Эта статья или раздел использует текст Большой советской энциклопедии.
