Z příběhu o objevu argonu by byla dobrá detektivka. Ne všichni chemici zprávě o objevu nového plynu uvěřili. Sám Mendělejev o něm pochyboval. Zdálo se, že objev argonu by mohl vést ke zhroucení celé „budovy“ periodické tabulky. Argon neměl v tabulce žádné analogy, neměl vůbec žádné místo v periodické tabulce: kam, řekněte, může být umístěn prvek bez chemických vlastností?
Osmnáctý prvek
Argon patří mezi vzácné plyny a historie je plná skutečně dramatických okamžiků. V roce 1785 anglický chemik a fyzik G. Cavendish objevil ve vzduchu nějaký nový plyn, neobvykle chemicky stabilní. Tento plyn tvořil přibližně stodvacátý objem vzduchu. Cavendishovi se ale nepodařilo zjistit, o jaký druh plynu šlo.
Tento experiment byl připomínán o 107 let později, když John William Strutt (Lord Rayleigh) narazil na stejnou nečistotu a poznamenal, že dusík ve vzduchu byl těžší než dusík izolovaný ze sloučenin. Protože Rayleigh nenašel spolehlivé vysvětlení anomálie, obrátil se prostřednictvím časopisu Nature na ostatní přírodovědce s návrhem, aby společně přemýšleli a pracovali na odhalení jejích příčin.
O dva roky později Rayleigh a W. Ramsay zjistili, že dusík ve vzduchu ve skutečnosti obsahuje příměs neznámého plynu, těžšího než dusík. Plyn se choval paradoxně: nereagoval s chlórem, kovy, kyselinami, zásadami, tzn. byl zcela chemicky inertní. A ještě jedno překvapení: Ramsay dokázal, že molekula tohoto plynu se skládá z jednoho atomu – a do té doby nebyly monatomické plyny neznámé.
Když Rayleigh a Ramsay veřejně oznámili svůj objev, udělalo to ohromující dojem. Mnohým se zdálo neuvěřitelné, že několik generací vědců, kteří provedli tisíce vzduchových testů, přehlédlo jeho složku, a dokonce i tak nápadnou – téměř procento! Mimochodem, právě v tento den a hodinu, 13. srpna 1894, dostal argon své jméno (od r. Řek «Argos” – “líný”, “lhostejný”).
Ne všichni chemici zprávě o objevu nového plynu věřili, sám Mendělejev o tom pochyboval. Zdálo se, že objev argonu by mohl vést ke zhroucení celé „budovy“ periodické tabulky. Atomová hmotnost plynu (39,9) ho umístila mezi draslík (39,1) a vápník (40,1). Ale v této části tabulky jsou všechny buňky už dávno obsazené. Argon neměl v tabulce žádné analogy, neměl vůbec žádné místo v periodické tabulce.
Oficiálního uznání se proto argon dočkal až o čtvrt století později, po objevu helia. Nyní nebylo místo pro dva prvky v periodické tabulce. Mendělejev a Ramsay po dlouhých diskuzích dospěli k závěru, že inertním plynům by měla být přidělena samostatná, tzv. nulová skupina mezi halogeny a alkalickými kovy.
Chemická inertnost argonu (ale i dalších plynů nulové skupiny) a monoatomární charakter jeho molekul se vysvětluje především extrémním nasycením elektronových obalů.
Z podskupiny těžkých inertních plynů je argon nejlehčí. Je 1,38krát těžší než vzduch. Kapalný se stává při -185,9 °C a tuhne při -189,4 °C (za normálních tlakových podmínek). Molekula argonu je monoatomická.
Na rozdíl od helia a neonu se celkem dobře adsorbuje na površích pevných látek a rozpouští se ve vodě (3,29 cm 3 ve 100 g vody při 20 °C). Argon se ještě lépe rozpouští v mnoha organických kapalinách. V kovech je ale prakticky nerozpustný a neprochází jimi.
Pod vlivem elektrického proudu argon jasně září a dnes je modro-modrá záře argonu široce používána ve světelné technice.
Biologové zjistili, že argon podporuje růst rostlin. I v atmosféře čistého argonu klíčila semínka rýže, kukuřice, okurek a žita. Cibule, mrkev a salát dobře rostou v atmosféře, která se skládá z 98 % argonu a pouze 2 % kyslíku.
Na Zemi i ve Vesmíru
Na Zemi je mnohem více argonu než všech ostatních prvků její skupiny dohromady. Jeho průměrný obsah v zemské kůře (klark) je 0,04 g na tunu, což je 14krát více než helium a 57krát více než neon. Ve vodě je argon, až 0,3 cm 3 na litr mořské vody a až 0,55 cm 3 na litr sladké vody. Je zvláštní, že ve vzduchu plaveckého měchýře ryb je více argonu než v atmosférickém vzduchu. Argon je totiž ve vodě rozpustnější než dusík.
Hlavním „skladištěm“ zemského argonu je atmosféra. Obsahuje (hmotnostně) 1,286% a 99,6% atmosférického argonu je nejtěžší izotop – argon-40. Podíl tohoto izotopu v argonu zemské kůry je ještě větší. Přitom u velké většiny světelných prvků je obraz opačný – převládají světelné izotopy.
Argon je ve hmotě Vesmíru přítomen ještě hojněji než na naší planetě. Obzvláště hojný je v hmotě horkých hvězd a planetárních mlhovin. Odhaduje se, že ve vesmíru je více argonu než chlóru, fosforu, vápníku a draslíku – prvků, které jsou na Zemi velmi běžné.
Jak se vyrábí argon?
Zemská atmosféra obsahuje 66 • 1013 tun argonu. Tento zdroj plynu je nevyčerpatelný. Navíc téměř veškerý argon se dříve nebo později vrátí do atmosféry, protože při použití nepodléhá žádným fyzikálním ani chemickým změnám. Výjimkou jsou velmi malé množství izotopů argonu, které se spotřebují na výrobu nových prvků a izotopů v jaderných reakcích.
Získejte jako argon vedlejší produkt dělení vzduchu na kyslík a dusík. Typicky se používají dvojitá rektifikační vzduchová separační zařízení, sestávající z dolní vysokotlaké kolony (předseparace), horní nízkotlaké kolony a mezilehlého kondenzátoru-výparníku. Nakonec je dusík odstraněn shora a kyslík z prostoru nad kondenzátorem.
Těkavost argonu je větší než u kyslíku, ale menší než u dusíku. Proto se frakce argonu vybírá v bodě umístěném přibližně ve třetině výšky horní kolony a odvádí se do speciální kolony. Složení argonové frakce: 10–12 % argonu, do 0,5 % dusíku, zbytek tvoří kyslík. V „argonové“ koloně připojené k hlavnímu zařízení se vyrábí argon s příměsí 3-10 % kyslíku a 3-5 % dusíku. Následuje čištění „surového“ argonu od kyslíku (chemicky nebo adsorpcí) a od dusíku (rektifikací). Argon až do 99,99% čistoty se nyní vyrábí v průmyslovém měřítku. Argon se také získává z odpad z výroby amoniaku – z dusíku zbývajícího poté, co byla jeho většina smíchána s vodíkem.
Potřebný „líný člověk“ v domácnosti
Jako nejdostupnější a relativně levný inertní plyn se stal argon hromadně vyráběný produkt, zejména v posledních desetiletích.
Zpočátku byl hlavním konzumentem prvku č. 18 elektrovakuová technologie. A nyní drtivá většina žárovky (miliardy kusů ročně) jsou plněny směsí argonu (86 %) a dusíku (14 %). Přechod z čistého dusíku na tuto směs zvýšil světelný výkon výbojek. Protože argon úspěšně kombinuje významnou hustotu s nízkou tepelnou vodivostí, kov vlákna se v takových lampách odpařuje pomaleji a přenos tepla z vlákna do žárovky je menší. Argon se používá i v moderně zářivky pro usnadnění zapalování, lepší přenos proudu a ochranu katod před zničením.
V posledních desetiletích však největší část vyrobeného argonu nesměřuje do žárovek, ale do hutnictví, kovoobrábění a některá související odvětví. V argonovém prostředí probíhají procesy, při kterých je nutné zabránit kontaktu roztaveného kovu s kyslíkem, dusíkem, oxidem uhličitým a vzdušnou vlhkostí. Prostředí argonu se používá horké zpracování titanu, tantalu, niobu, berylia, zirkonia, hafnia, wolframu, uranu, thoria a také alkalických kovů. Plutonium se zpracovává v argonové atmosféře za vzniku některých sloučenin chrómu, titanu, vanadu a dalších prvků (silná redukční činidla).
Již nyní existují hutní dílny o objemu několika tisíc metrů krychlových s atmosférou z vysoce čistého argonu. V těchto dílnách pracují v izolačních oblecích a dýchají vzduch přiváděný hadicemi (vydýchaný vzduch je také odváděn hadicemi); náhradní dýchací přístroj je připevněn na záda pracovníků.
Argon plní ochranné funkce i když rostoucí monokrystaly (polovodiče, feroelektrika), dále při výrobě tvrdokovových nástrojů. Profukováním argonu tekutou ocelí se z ní odstraňují plynové vměstky. Tím se zlepší vlastnosti kovu.
Stále více používané svařování elektrickým obloukem v argonovém prostředí. V argonovém paprsku je možné svařovat tenkostěnné výrobky a kovy, které byly dříve považovány za obtížně svařitelné.
Nebylo by přehnané říci, že elektrický oblouk v argonové atmosféře způsobil revoluci v technologii řezání kovů. Proces byl mnohem rychlejší a bylo možné řezat tlusté plechy z nejvíce žáruvzdorných kovů. Argon foukaný podél sloupce oblouku (smíšený s vodíkem) chrání hrany řezu a wolframovou elektrodu před tvorbou oxidových, nitridových a jiných filmů. Současně stlačuje a soustřeďuje oblouk na malé ploše, čímž teplota v zóně řezání dosáhne 4000-6000°C. Navíc tento proud plynu vyfukuje řezné produkty. Při svařování v argonové trysce nejsou potřeba tavidla a povlaky elektrod, a proto není potřeba čistit šev od strusky a zbytků tavidla.
Touha využívat vlastnosti a schopnosti ultračistých materiálů je jedním z trendů moderních technologií. Pro ultračistotu jsou potřeba inertní ochranná média, která jsou samozřejmě také čistá; argon je nejlevnější a nejdostupnější ze vzácných plynů. Proto jeho výroba i spotřeba rostla, roste a dále poroste.
- Vysoce čistý argonový plyn třídy 4.8
- Argonový plyn prémiové třídy 4.3
- Argonová kapalina
