อาร์กอน

 

อาร์กอนสามารถทำละลายกับน้ำเช่นเดียวกับออกซิเจน และทำละลายกับน้ำมากกว่าไนโตรเจน 2.5 เท่า อาร์กอนเป็นธาตุไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่ติดไฟ และปลอดสารพิษ เป็นได้ทั้งสามสถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว แก๊ส^[3] อาร์กอนเป็นแก๊สเฉื่อยภายใต้เงื่อนไขและรูปแบบที่ไม่ได้รับการยืนยันว่าเป็นสารประกอบที่มีความเสถียรที่อุณหภูมิห้อง แม้ว่าอาร์กอนเป็นแก๊สมีตะกูลก็มีการตรวจพบว่ามีความสามารถเป็นโครงสร้างของสารประกอบบางชนิด ยกตัวอย่างเช่นการสร้าง อาร์กอนฟลูออโรไฮไดรด์ (HArF) ถูกสร้างในวันที่ 24 สิงหาคม ค.ศ. 2000 โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเฮลซิงกิ ^[4][5] โดยนำอาร์กอนมาทำปฏิกิริยากับ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ บนผิวของซีเซียมไอโอไดต์ที่ -265 องศาเซลเซียส หลังจากนั้นนำไปผ่านรังสีอัลตราไวโอเลต จึงได้สารประกอบนี้มา แต่เมื่อมันมีอุณหภูมิสูงกว่า -256 องศาเซลเซียส มันจะกลับไปเป็นอาร์กอนและไฮโดรเจนฟลูออไรด์เหมือนเดิม

อาร์กอน (αργόν รูปเอกพจน์เพศของ αργός ความหมายในภาษากรีก "ใช้งาน" ในการอ้างอิงถึงการใช้งานสารเคมี)^{[6] [7]} ถูกสงสัยว่าจะอยู่ในอากาศโดย เฮนรี คาเวนดิชในปี 1785 แต่ไม่ได้แยกจนถึงปี 1894 โดยลอร์ดเรย์ลีและเซอร์ William Ramsay ที่มหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอนได้ทำการทดลองโดยในการทดลองของพวกเขาได้เอาออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และไนโตรเจน จากตัวอย่างของอากาศที่สะอาด ^[8][9][10] พวกเขาระบุว่าไนโตรเจนที่ผลิตจากส่วนผสมทางเคมีเป็นร้อยละครึ่งหนึ่งเบากว่าไนโตรเจนจากบรรยากาศ เป็นสิ่งสำคัญมากพอที่จะดึงดูดความสนใจของพวกเขามานานหลายเดือน พวกเขาสรุปว่ามีแก๊สอื่นในอากาศผสมกับไนโตรเจน ^[11] อาร์กอนยังเป็นธาตุที่พบในปี 1882 และได้มีการผ่านการวิจัยอิสระของ H . F . นูออลและ เอ็น. ฮาร์ทลี่ย์ สังเกตสีแต่ละสเปกตรัมของอากาศ แต่ก็ไม่สามารถที่จะระบุองค์ประกอบที่ชัดเจนได้ อาร์กอนจึงกลายเป็นธาตุชนิดแรกของแก๊สมีสกุลที่จะค้นพบ สัญลักษณ์สำหรับอาร์กอน "A" แต่จนถึงปี 1957 เปลี่ยนเป็น "Ar". ^[12]

อาร์กอนถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1894 ในขณะที่วิลเลียม แรมเซย์ กำลังทำให้แก๊สไนโตรเจนบริสุทธิ์ โดยให้แก๊สไนโตรเจนผ่านไปยังโลหะแมกนีเซียมที่เพิ่งให้ความร้อนมาใหม่ๆ ^[13][9][14] และเขาก็พบว่ายังมีแก๊สเหลืออีกประมาณ 1/80 ปริมาณเดิม ^[15] เมื่อเขามาตรวจสอบจึงพบว่า มันมีสมบัติที่ไม่ตรงกับหมู่ใดๆ ของตารางธาตุ เขาจึงให้อาร์กอนอยู่ในหมู่ธาตุใหม่และอยู่ระหว่าง คลอรีนกับโพแทสเซียม อาร์กอนเป็นก๊าซแรกของแก๊สมีสกุลที่ถูกค้นพบ ในปี 1957 อาร์กอนมีสัญลักษณ์ธาตุ คือ A แต่ในปัจจุบันอาร์กอนมีสัญลักษณ์ธาตุ คือ Ar ^[16]

อาร์กอนถือว่ามีค่าเท่ากับ 0.934% โดยปริมาตรและ 1.288%โดยมวล ของชั้นบรรยากาศของโลก ^[17]และอากาศยังเป็นวัตถุดิบหลังที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตสินค้า อาร์กอนที่บริสุทธิ์จะถูกแยกออกจากอากาศวิธีการแยกที่ใช้มากที่สุด โดยการกลั่น บางส่วนอุณหภูมิอยู่ในสภาวะสารเย็นเยือกซึ่งเป็นกระบวนการที่ยังผลิตก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์ที่ได้จาก ออกซิเจน นีออน คริปทอน และซีนอน ^[18] อีกทั้งเปลือกโลกและน้ำทะเลมีค่า1.2 ppm และ0.45 ppm ของอาร์กอนตามลำดับ ^[19]

 

อาร์กอนจะมีอิเล็กตรอนแสดงให้เห็น s และ p เป็นระดับพลังงาน อาร์กอนมีเสถียรภาพมากและทนมากที่จะเชื่อมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ก่อนปี 1962 อาร์กอนและแก๊สมีสกุลอื่น ๆ ได้รับการพิจารณาให้เป็นสารเคมีเฉื่อย แต่สารประกอบของแก๊สมีสกุลหนักได้รับการสังเคราะห์ตั้งแต่ ในเดือนสิงหาคม 2000 สารประกอบอาร์กอนแรกที่ถูกค้นพบโดยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเฮลซิกิ โดยการส่องแสงอัลตราไวโอเลตบนอาร์กอนแช่แข็งที่มีจำนวนเล็ก ๆ ของฟลูออไรไฮโดรเจนไอโอไดด์แคลเซียม^[20] อาร์กอน ฟลูออไฮไดร์(HArF)ที่ถูกสร้างขึ้น. ^[5][21] จะมีเสถียรภาพถึง 40 เคลวิน (-233 °c) ArCF2 + 2 เป็นความจุที่มีฟลูออไรด์ พบว่าในปี 2010 [28] อาร์กอน-36 ในรูปแบบของไฮไดรด์ไอออนอาร์กอนที่ได้รับการตรวจพบในฝุ่นจักรวาลที่เกี่ยวข้องกับเนบิวลาปูซูเปอร์โนวา ^{[22] [23][24]}

อาร์กอนที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมการกลั่นลำดับส่วนของไอน้ำในหน่วยแยกอากาศอุณหภูมิ กระบวนการที่แยกไนโตรเจนเหลวซึ่งเดือดที่ 77.3 K จากอาร์กอนซึ่งเดือดที่ 87.3 K และออกซิเจนเหลวซึ่งเดือดที่ 90.2 K ประมาณ 700,000 ตัน อาร์กอนมีการผลิตเป็นประจำทุกปีทั่วโลก ^[25]

40Ar, ไอโซโทปที่มีความสมบูรณ์ที่สุดของอาร์กอนมีการผลิตจากการสลายตัวของ 40K กับครึ่งชีวิตของ 1.25 × 109 ปีโดยจับภาพการปล่อยอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอน เพราะเหตุนี้จึงมีการใช้หาคู่ของโพแทสเซียมอาร์กอนเพื่อกำหนดอายุของหิน

มีเหตุผลหลายประการที่ทำให้อาร์กอนถูกนำมาใช้

• อาร์กอนเป็นธาตุที่ถูกที่สุดที่สามารถนำมาใช้แทนได้เมื่อไนโตรเจนมีความเฉื่อยไม่เพียงพอ
• นำความร้อนได้น้อยมาก
• เมื่อจำเป็นต้องใช้สมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของมัน ( ไอออไนเซชัน/การปล่อยสเปกตรัม )

แก๊สมีสกุลอื่นอาจถูกนำมาใช้เช่นกัน แต่อาร์กอนนั้นเป็นธาตุที่ถูกที่สุดในบรรดาแก๊สมีสกุล อาร์กอนนั้นมีอยู่ทั่วไปในอากาศและหาได้ง่ายเพราะเป็นผลพลอยได้ของอุณหเคมีและการแยกผลิตภัณฑ์ของอากาศระหว่างออกซิเจนเหลวและไนโตรเจนเหลว โดยที่ส่วนประกอบหลักของอากาศนั้นถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ แก๊สมีสกุลชนิดอื่น (ยกเว้นฮีเลียม) สามารถนำมาใช้ได้ดีเช่นกัน แต่อาร์กอนนั้นมีอยู่มากมายมหาศาลและเหตุผลที่ปริมาณการใช้ของอาร์กอนมีมากนั้น เพราะมันมีความเฉื่อยและถูกที่สุด

 

อาร์กอนถูกนำมาใช้ในบางกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิสูงซึ่งปกติสารที่ไม่ทำปฏิกิริยากลายเป็นปฏิกิริยา ยกตัวอย่างเช่นบรรยากาศอาร์กอนจะใช้ในเตาเผาไฟฟ้ากราไฟท์เพื่อป้องกันไม่ให้กราไฟท์จากการเผาไหม้ สำหรับบางส่วนของกระบวนการเหล่านี้ปรากฏตัวของก๊าซไนโตรเจนออกซิเจนหรืออาจทำให้เกิดข้อบกพร่องภายในวัสดุ อาร์คกอนถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆของส่วนโค้งเชื่อมเช่นก๊าซเชื่อมอาร์คโลหะและก๊าซเชื่อมอาร์คทังสเตนเช่นเดียวกับในการประมวลผลของไททาเนียมและองค์ประกอบปฏิกิริยาอื่น ๆ บรรยากาศอาร์คกอนยังใช้สำหรับการเติบโตของผลึกซิลิคอนและเจอร์เมเนียม อาร์กอนที่ใช้ในอุตสาหกรรมสัตว์ปีกที่ใช้ในการรัดคอนกทั้งการเลือกสรรมวลต่อไปนี้การระบาดของโรคหรือเป็นวิธีการของการฆ่าอย่างมีมนุษยธรรมมากกว่าการอาบน้ำไฟฟ้า อาร์กอนจะมีความหนาแน่นค่อนข้างสูงทำให้มันยังคงอยู่ใกล้กับพื้นดินในช่วงแก๊ส ลักษณะที่ไม่ใช่ปฏิกิริยาของมันทำให้มันเหมาะในผลิตภัณฑ์อาหารและตั้งแต่แทนที่ออกซิเจนภายในนกตายอาร์กอนยังช่วยเพิ่มอายุการเก็บรักษา ^[26] อาร์กอนบางครั้งใช้สำหรับดับไฟที่เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่ควรหลีกเลี่ยง

อาร์กอนเหลวที่ใช้เป็นเป้าหมายสำหรับการทดลองนิวตริโนและการค้นหาสสารมืดโดยตรง การทำงานร่วมกันของอนุภาคสามัญสมมุติกับนิวเคลียสอาร์กอนผลิตแสงประกายที่ตรวจพบโดยหลอดขยายอิเล็กตรอน เครื่องตรวจจับสองเฟสยังใช้แก๊สอาร์กอนในการตรวจสอบอิเล็กตรอนแตกตัวเป็นไอออน ที่ผลิตในช่วงกระเจิงสามัญ-นิวเคลียส เช่นเดียวกับของเหลว แก๊สมีสกุลอื่นส่วนใหญ่อาร์กอนมีประกายแสงผลผลิตสูง (~ 51 โฟตอน / เคฟ ^[27])) มีความโปร่งใสมีประกายแสงของตัวเองและมีความสะดวกในการทำความสะอาด เมื่อเทียบกับซีนอน อาร์กอนมีราคาถูกและมีรายละเอียดที่แตกต่างกันเวลาประกายแสง ซึ่งจะช่วยให้การแยกของอิเล็กตรอนหันกลับจากนิวเคลียร์หันกลับมา ในทางตรงกันข้าม ,พื้นหลังของเบต้า-เรย์ที่แท้จริงจะมีขนาดใหญ่เนื่องจาก 39 Ar ปนเปื้อน ถ้าใช้แหล่งที่มาของอาร์กอนใต้ดินซึ่งมีน้อยมาก 39Ar การปนเปื้อน ส่วนใหญ่ของอาร์กอนในชั้นบรรยากาศของโลกที่ถูกผลิตโดยการจับภาพอิเล็กตรอนระยะยาว 40 K (40K + e-→ 40Ar + ν) โพแทสเซียมที่มีอยู่ในธรรมชาติภายในแผ่นดิน 39Ar กิจกรรม ในชั้นบรรยากาศปรับปรุงโดยผลิตรังสีคอสมิกผ่าน 40Ar (n, 2n) 39Arและปฏิกิริยาที่ คล้ายกัน ฮาล์ฟไลฟ์ 39Ar เพียง 269 ปีที่ผ่านมา ส่งผลให้ชั้นใต้ดินมีการบังหินและน้ำที่มี 39Ar น้อยกว่า การปนเปื้อนเครื่องตรวจจับสสารมืดปัจจุบันการดำเนินงานกับอาร์กอนเหลวรวมถึงด้านมืดบิด อายุกลไกการย่อยสลาย ที่ทำความสะอาดขนาดเล็กและแบบลึกในตัว รวมถึงการทดลองนิวตริโน อิคารัสและ ไมโคร โบนน์ ซึ่งทั้งสองใช้อาร์กอนเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูงในห้องฉายเวลาสำหรับการปรับความละเอียดในการถ่ายภาพสามมิติของการสื่อสารนาโนเทคโนโลยี

 

อาร์กอนจะใช้ในการไล่อากาศออกซิเจนและความชื้นที่มีอยู่ในบรรจุภัณฑ์ที่จะขยายอายุการเก็บรักษาของเนื้อหา (ยุโรปใช้อาร์กอนมีสารเติมแต่งอาหาร รหัส E938) การเกิดออกซิเดชันทางอากาศ, การย่อยสลายและปฏิกิริยาทางเคมีอื่น ๆ ที่ทำให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมเสียและมีความมีป้องกันช้าลง ขวดสารเคมีบริสุทธิ์สูงและผลิตภัณฑ์ยาบางอย่างที่มีอยู่ในขวดที่ปิดสนิทหรือหลอดบรรจุในอาร์กอน. อาร์กอนยังมีอยู่ในกระป๋องสเปรย์ซึ่งอาจจะใช้ในการรักษาเช่นสารเคลือบยูรีเทน, สี, ฯลฯ สำหรับการจัดเก็บหลังจากที่เปิดใช้งาน ^[28] ตั้งแต่ปี 2002 ร้านค้าหอ จดหมายเหตุแห่งชาติอเมริกันเอกสารสำคัญระดับชาติเช่นการประกาศอิสรภาพและรัฐธรรมนูญภายในกรณีอาร์กอนที่เต็มไปด้วยการยับยั้งการย่อยสลายของพวกเขา ใช้อาร์กอนช่วยลดการรั่วไหลของก๊าซฮีเลียมเมื่อเทียบกับที่ใช้ในก่อนหน้านี้ห้าสิบปี^[29]

อาร์กอนอาจจะใช้เป็นก๊าซเฉื่อยและมีการใช้ไนโตรเจนอาร์กอนด้วยในห้องปฏิบัติ และไนโตรเจนอาจทำปฏิกิริยากับสารเคมีหรืออุปกรณ์การทดลอง อาร์กอนอาจจะใช้เป็นโคก๊าซและในมวลสารไอออนไนซ์ เป็นก๊าซของทางเลือกสำหรับพลาสม่าที่ใช้ในสเปคโทร ICP อาร์กอนใช้สำหรับการเคลือบปะทุของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แก๊สอาร์กอนยังเป็นที่นิยมใช้สำหรับการสะสมปะทุของฟิล์มที่ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ใช้สำหรับการทำความสะอาดและเวเฟอร์ในชิ้นงานขนาดเล็ก

ขั้นตอนการรักษาด้วยความเย็นเช่นการใช้อาร์กอนเหลว ที่จะทำลายเนื้อเยื่อ เช่น เซลล์มะเร็ง ในการผ่าตัดจะใช้ในขั้นตอนที่เรียกว่า "การแข็งตัวของอาร์กอนที่เพิ่มขึ้น" ซึ่งเป็นรูปแบบของพลาสม่าอาร์กอน ขั้นตอนการผ่ามีความเสี่ยงในการเกิดเส้นเลือดอุดตันในผู้ป่วยและส่งผลให้เกิดการเสียชีวิต ^[30] อาร์กอนเลเซอร์สีฟ้าถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดหลอดเลือดแดงที่จะเชื่อมทำลายเนื้องอกและแก้ไขข้อบกพร่องที่ตา อาร์กอนยังถูกใช้ในการทดลองที่จะเปลี่ยนไนโตรเจนในการผสมการหายใจหรือการบีบอัด เพื่อเพิ่มความเร็วในการกำจัดของไนโตรเจนที่ละลายจากเลือด^[31]

แสงสว่างโชตช่วงที่เติมเต็มด้วยอาร์กอน ทำงานโดยอาร์กอนนั้นถูกเก็บไว้ในเส้นใยที่อุณหภูมิสูงจากการออกซิเดชัน มันถูกใช้เมื่อมันถูกไอออไนซ์และจะเปล่งแสง อย่างเช่นในพลาสมาและการวัดความร้อนนหารหาอนุภาคทางฟิสิกส์ โคมไฟแก๊สที่สามารถปล่อยแสงได้เมื่อถูกเติมด้วยอาร์กอนบริสุทธิ์จะให้แสงสีม่วง เมื่อเติมอาร์กอนและปรอทบางส่วนจะให้แสงสีน้ำเงิน และอาร์กอนนั้นยังถูกใช้ในการสร้างแสงเลเซอร์สีน้ำเงินและสีเขียว

อาร์กอนใช้สำหรับฉนวนกันความร้อนในระดับพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ^[32] อาร์กอนยังใช้ในการดำน้ำลึกทางเทคนิคในการขยายชุดแบบแห้งเพราะมันเป็นก๊าซเฉื่อยและมีการนำความร้อนต่ำ ^[33] อาร์กอนจะถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงของจรวด (VASIMR) แก๊สอาร์กอนได้รับอนุญาตให้ใช้เป็นส่วนประกอบในการผลิตอาวุธ แก๊สอาร์กอนจะถูกเก็บไว้ที่ความดันสูงเพื่อรักษาระดับการขยายตัวของความร้อน ^[34] อาร์กอน-39 มีครึ่งชีวิต 269 ปีได้ถูกนำไปใช้งานเป็นหลักแกนน้ำแข็งและพื้นที่น้ำใต้ดิน นอกจากนี้การออกค้นพบโพแทสเซียมอาร์กอนถูกนำมาใช้ในการค้นพบหินอัคนี เมื่อวันที่ 31 สิงหาคม 2014 มีหน่วยงานต่อต้านการใช้ยาสลบ (WADA) ที่มีส่วนผสมของอาร์กอนซีนอน ^[35]

• อาร์กอนใช้บรรจุในเครื่องไกเกอร์มูลเลอร์เคาน์เตอร์ ซึ่งใช้ตรวจวัดปริมาณรังสีที่ทำให้อิเล็กตรอน 1 ตัวหลุดออกจากอะตอมของอาร์กอนกลายเป็น ${\displaystyle Ar^{+}}$ 
• เป็นแก๊สที่มีราคาถูกที่สุดและใช้มากที่สุดในบรรดาแก๊สเฉื่อยทั้งหลาย (แก๊สที่ใช้มากถัดไปคือ He ซึ่งมีการใช้น้อยกว่า Ar เพียงเล็กน้อย) ใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมถลุงโลหะและการเชื่อมโลหะโดยใช้คุ้มกันโลหะที่สามารถถูกออกซิไดซ์ง่ายหรือสามารถทำปฏิกิริยากับ N2
• ใช้ในหลอดไฟพิเศษ เช่น นีออน หลอด fluorescent หลอดไอโซเดียม (sodium vapor lamps)
• ใช้ในการกระบวนการทำให้แร่ Ti และ Zr บริสุทธิ์ขึ้น

แม้ว่าอาร์กอนจะไม่เป็นพิษ แต่มันมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศถึง 38% ดังนั้นมันจึงเป็นอันตรายเมื่ออยู่ในที่ปิด เพราะจะทำให้หายใจไม่ออกจนสลบ อาร์กอนนั้นยากที่จะตรวจจับได้ เพราะมันไม่มีสี ไม่มีกลิ่นและไม่มีรส ในปี 1994 มีเหตุการณ์หนึ่งเกิดขึ้น เมื่อชายคนหนึ่งสลบหลังจากเข้าไปในส่วนที่เต็มไปด้วยอาร์กอนของท่อน้ำมันใต้การก่อสร้างที่อลาสก้า การป้องกันคือ ต้องจำกัดพื้นที่การใช้อาร์กอน และเน้นให้มีการใช้ พื้นที่เก็บและการจัดการที่เหมาะสม ^[36]