Благородный газ аргон был открыт благодаря небольшим расхождениям в результатах двух измерений.

В 1892 году британский ученый Джон Стретт, более известный нам как лорд Рэлей (см. Критерий Рэлея), занимался одной из тех однообразных и не слишком увлекательных работ, без которых тем не менее не может существовать экспериментальная наука. Он исследовал оптические и химические свойства атмосферы, поставив перед собой цель измерить массу литра азота с точностью, которой до него никому не удавалось достичь.

Однако результаты этих измерений казались парадоксальными. Масса литра азота, полученного методом удаления из воздуха всех других известных тогда веществ (таких, как кислород), и масса литра азота, полученного посредством химической реакции (пропусканием аммиака над нагретой до красного каления медью) оказывались разными. Получалось, что азот из воздуха на 0,5% тяжелее азота, полученного химическим путем. Это расхождение не давало Рэлею покоя. Убедившись, что никаких ошибок в эксперименте допущено не было, Рэлей опубликовал в журнале Nature письмо, в котором спрашивал, не может ли кто-нибудь объяснить причину этих расхождений.

Сэр Уильям Рамзай (Рэмзи) (Sir William Ramsay, 1852-1916), работавший в то время в Университетском колледже в Лондоне, ответил Рэлею на это письмо. Рамзай предположил, что в атмосфере может присутствовать не открытый еще газ, и для выделения этого газа предложил использовать новейшее оборудование. В проведенном эксперименте обогащенный кислородом воздух, смешанный с водой, подвергался воздействию электрического разряда, что вызывало соединение атмосферного азота с кислородом и растворение образующихся окислов азота в воде. К концу эксперимента, после того как весь азот и кислород из воздуха уже были исчерпаны, в сосуде все еще оставался маленький пузырек газа. Когда через этот газ пропустили электрическую искру и подвергли его спектроскопии, ученые увидели неизвестные ранее спектральные линии (см. Спектроскопия). Это означало, что был открыт новый элемент. Рэлей и Рамзай опубликовали свои результаты в 1894 году, назвав новый газ аргоном , от греческого «ленивый», «безразличный». А в 1904 году оба они за эту работу получили Нобелевскую премию. Однако она не была разделена между учеными, как это принято в наше время, а каждый получил премию в своей области — Рэлей по физике, а Рамзай — по химии.

Имел место даже своего рода конфликт. В то время многие ученые полагали, что «владеют» отдельными областями исследований, и не было до конца ясно, давал ли Рэлей Рамзаю разрешение работать над этой проблемой. К счастью, оба ученых оказались достаточно мудры, чтобы осознать преимущества совместной работы, и, сообща опубликовав ее результаты, они исключили возможность неприятной борьбы за первенство.

Атомный номер 18, атомная масса 39,948. Объемная концентрация аргона в воздухе 0,9325% об. или 1,2862% вес. Аргон тяжелее воздуха, плотность 1,78 кг/м3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -185,85°C. Обладает низким потенциалом ионизации 15,7 В. С большинством элементов аргон не образует химических соединений, кроме некоторых гидридов. В металлах аргон, как в жидком, так и в твердом состоянии нерастворим. При обычных условиях - бесцветный, негорючий, неядовитый газ, без запаха и вкуса. Химическая формула - Ar.

Аргон добывают как побочный продукт, при получении кислорода и азота из воздуха методом низкотемпературной ректификации (см. )

Аргон был открыт Джоном Уильямом Стреттом (John Strutt) и Сэром Уильямом Рамзаем (Sir William Ramsay) при исследовании , полученного из воздуха химическим путем. Несовпадение плотности этого газа при различных способах получения натолкнуло этих ученых на идею о присутствии в воздухе какого-то тяжелого , который и был выделен ими в 1894 г. и назван аргоном, что с греческого переводится как «ленивый», «медлительный», «неактивный» .

Наиболее часто аргон применяют :

как защитный газ при ;
как плазмообразующий газ при плазменной и ;
для вытеснения кислорода и влаги из упаковки при хранении пищевых продуктов, что увеличивает срок их хранения (пищевая добавка Е938);
как газ для тушения огня в некоторых системах пожаротушения.

В сварочном производстве газообразный аргон применяют в качестве защитной среды при сварке активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, алюминиевых и магниевых сплавов, а также хромоникелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок.

Для сварки черных металлов аргон обычно используются в смеси с другими газами - , или .

Аргон, являясь более тяжелым, чем воздух, своей струей лучше защищает металл при сварке в нижнем положении. Растекаясь по поверхности свариваемого изделия, он защищает достаточно длительно довольно широкую и протяженную зону как расплавленного, так и нагретого при сварке металла.

Применение аргона позволяет повысить температуру , что улучшает проплавление , увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что дает возможность выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла больших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных ) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные .

При -сварке аргон служит защитой не только для сварочной ванны от вредного воздействия воздуха, а также инертной защитой конца электрода.

Хотя для в целом аргон применяется гораздо чаще, чем , однако при сварке листового алюминия толщиной менее 6 мм аргон рекомендуют смешивать с гелием , чтобы обеспечить нужную теплопроводность. В некоторых случаях аргонно-гелиевые смеси используют для зажигания дуги, после чего сварка происходит в присутствии гелия. Этот метод применяется для сварки толстолистового алюминия вольфрамовым электродом при постоянном токе.

Аргон не оказывает опасного воздействия на окружающую среду, но относится к асфиксантам (удушающий газ). Поскольку газообразный аргон тяжелее воздуха он может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что вызывает кислородную недостаточность и удушье.

Жидкий аргон – низкокипящая жидкость, которая может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз.

Газообразный и жидкий аргон поставляется по . Газообразный аргон хранят и транспортируют в стальных баллонах по под давлением 15МПа.

Стальные баллоны должны соответствовать ГОСТ 949. окрашивается в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью «АРГОН ЧИСТЫЙ» .

Возможна также транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газификацией.

История открытия аргона могла бы послужить основой для хорошего детектива. Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики. Усомнился в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической системы рухнет. Аргон не имел в таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической системе: куда, скажите, можно поместить элемент, лишенный химических свойств?

Восемнадцатый элемент

Аргон относится к числу благородных газов, а история изобилует поистине драматичными моментами. В 1785 году английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот, выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал Nature обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин...

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот. Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что молекула этого газа состоит из одного атома, - а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

Когда Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную - почти процент! Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 года, аргон и получил свое имя (от греч. «аргос » - «ленивый», «безразличный»).

Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической системы рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки были давно заняты. Аргон не имел в таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической системе.

Поэтому официальное признание аргон получил лишь четверть века спустя - после открытия гелия. Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным газам нужно отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

Химическая инертность аргона (как и других газов нулевой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек.

Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при -185,9°С, затвердевает при –189,4°С (в условиях нормального давления). Молекула аргона одноатомна.

В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°С). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Под действием электрического тока аргон ярко светится, и сегодня сине-голубое свечение аргона широко используется в светотехнике.

Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений. Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук, морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и только 2% кислорода.

На Земле и во Вселенной

На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) - 0,04 г на тонну, что в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 - чем неона. Есть аргон и в воде, до 0,3 см 3 в литре морской и до 0,55 см 3 в литре пресной воды. Любопытно, что в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находится больше, чем в атмосферном воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот...

Главное «хранилище» земного аргона - атмосфера. Его в ней (по весу) 1,286%, причем 99,6% атмосферного аргона - самый тяжелый изотоп - аргон-40. Еще больше доля этого изотопа в аргоне земной коры. Между тем у подавляющего большинства легких элементов картина обратная - преобладают легкие изотопы.

В материи Вселенной аргон представлен еще обильнее, чем на нашей планете. Особенно много его в веществе горячих звезд и планетарных туманностей. Подсчитано, что аргона в космосе больше, чем хлора, фосфора, кальция, калия - элементов, весьма распространенных на Земле.

Как добывают аргон

Земная атмосфера содержит 66 1013 тонн аргона. Этот источник газа неисчерпаем. Тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот . Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород - из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10–12% аргона, до 0,5% азота, остальное - кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3-10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией). В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ой чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства - из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Нужный в хозяйстве «лентяй»

Как самый доступный и относительно дешевый инертный газ аргон стал продуктом массового производства , особенно в последние десятилетия.

Первоначально главным потребителем элемента №18 была электровакуумная техника . И сейчас подавляющее большинство ламп накаливания (миллиарды штук в год) заполняют смесью аргона (86%) и азота (14%). Переход с чистого азота на эту смесь повысил светоотдачу ламп. Поскольку в аргоне удачно сочетаются значительная плотность с малой теплопроводностью, металл нити накаливания испаряется в таких лампах медленнее, передача тепла от нити к колбе в них меньше. Используется аргон и в современных люминесцентных лампах для облегчения зажигания, лучшей передачи тока и предохранения катодов от разрушения.

Однако в последние десятилетия наибольшая часть получаемого аргона идет не в лампочки, а в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности. В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов . В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов (сильные восстановители).

Уже существуют металлургические цеха объемом в несколько тысяч кубометров с атмосферой, состоящей из аргона высокой чистоты. В этих цехах работают в изолирующих костюмах, а дышат подаваемым через шланги воздухом (выдыхаемый воздух отводится также через шланги); запасные дыхательные аппараты закреплены на спинах работающих.

Защитные функции выполняет аргон и при выращивании монокристаллов (полупроводников, сегнетоэлектриков), а также при производстве твердосплавных инструментов. Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла.

Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми.

Не будет преувеличением сказать, что электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.

Стремление использовать свойства и возможности сверхчистых материалов - одна из тенденций современной техники. Для сверхчистоты нужны инертные защитные среды, разумеется, тоже чистые; аргон - самый дешевый и доступный из благородных газов. Поэтому его производство и потребление росло, растет и будет расти.

Аргон - одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) - 185,9°C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20°C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.

Пока известны только 2 химических соединение аргона - гидрофторид аргона и CU(Ar)O, которые существуют при очень низких температурах. Кроме того, аргон образует эксимерные молекулы, то есть молекулы, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg-Аr, образующееся в электрическом разряде, - это подлинно химическое (валентное) соединение. Не исключено, что будут получены другие валентные соединения аргона с фтором и кислородом, которые тоже должны быть крайне неустойчивыми. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция с образованием ArCl. Также со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решётке молекулами вещества-хозяина.

Бомбардировка электронами не вызывает напыления, если энергия не превышает сотни эВ из-за того, что перенос кинетической энергии от легких электронов на целевые атомы многих более тяжелых порядков очень неэффективны. Для того, чтобы бомбить поверхность, используются ионы, потому что их кинетическая энергия может быть достаточно высокой при электрических полях.

Пороговая энергия для процесса распыления совершенно не зависит от материала и газовой бомбы, так как это не является, по существу, двухчастным процессом, но, очевидно, существенная роль играют соседние атомы. Фактически, это может быть распыление даже тогда, когда ионы несчастные случаи происходят с нормальным падением на поверхности, и явление объясняется изменением количества движения больше 90 или из-за соседних атомов. Процессы с одной столкновением происходят только в случае наклонной бомбардировки поверхности.

Соединение CU(Ar)O получено из соединения урана с углеродом и кислородом CUO. Вероятно существованияесоединений со связями Ar-Si и Ar-C: FArSiF3 и FArCCH.

Получение аргона

Земная атмосфера содержит 66 1013 т аргона. Этот источник аргона неисчерпаем, тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Напыление - метод тонкого осаждения тонких пленок. Техника заключается в удалении материала из мишени, который является источником, и поместите его на подложку, например, на кремниевую пластину. Воссозданием является удаление материала, осажденного во время осаждения ионами или случайными атомами на подложке. Целевые распыленные атомы имеют большое распределение энергии от эВ-фракций до десятков эв. Распыленные атомы, если давление достаточно низкое, могут идти по прямой линии от мишени, натыкаясь на подложку или вакуумную камеру, что может вызвать повторное истощение.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород – из пространства над конденсатором.

Меры предосторожности при эксплуатации

Отметим, что ионы незначительны по сравнению с нейтральными атомами, фактически ионизируется лишь малая доля атомов порядка 01%. При более высоких давлениях атомы сталкиваются с атомами газа, действующими в качестве замедлителя, и движутся диффузно, достигая подложки или вакуумной камеры и конденсируя, сделав стохастический путь. Изменяя давление во время процесса, вы можете перейти от баллистических баллистических баллистических баллистических ракет с низкой энергией. Газ, используемый для распыления, обычно представляет собой инертный газ, такой как аргон.

Состав аргонной фракции: 10...12% аргона, до 0,5% азота, остальное – кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3...10% кислорода и 3...5% азота.

Для эффективной передачи количества движения атомный вес используемого газа должен быть аналогичен атомному весу материала мишени, поэтому для осаждения путем распыления легкого материала Неон является предпочтительным, в то время как для тяжелых материалов можно использовать Криптон или Ксенон. На практике аргон обычно используется по экономическим причинам, что намного дешевле других благородных газов.

Реактивные газы могут также использоваться для осаждения соединений. В этом случае соединение может быть образовано либо по пути, либо по субстрату в зависимости от параметров процесса. Тот факт, что многие параметры определяют характеристики осажденной пленки, делает сложный процесс, но также позволяет специалистам выращивать специфические пленки микроструктурной собственности.

В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ной чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства – из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Аргон хранят и транспортируют в баллонах емкостью 40 л, окрашенных в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью. Давление в них 150 атм. Более экономична перевозка сжиженного аргона, для чего используют сосуды Дюара и специальные цистерны. Искусственные радиоизотопы аргона получены при облучении некоторых стабильных и радиоактивных изотопов (37Cl, 36Аr, 40Аr, 40Са) протонами и дейтонами, а также при облучении нейтронами продуктов, образовавшихся в ядерных реакторах при распаде урана. Изотопы 37Аr и 41Аr используются как радиоактивные индикаторы: первый – в медицине и фармакологии, второй – при исследовании газовых потоков, эффективности спетом вентиляции и в разнообразных научных исследованиях. Но, конечно, не эти применения аргона самые важные.

Распыление обычно используется полупроводниковой промышленностью для осаждения тонких пленок различных материалов , таких как вольфрам, алюминий, титан, медь и т.д. поскольку температура подложки может быть низкой, это идеальный метод для металлических контактов в электронных устройствах. Важными приложениями являются антиотражающие слои на линзах, которые обычно реализуются с помощью этой техники. Металлизацию пластиковых контейнеров также обычно проводят с такой методикой.

Поверхность жесткого диска состоит из оксида хрома или других материалов, которые всегда выращивались с использованием той же технологии. Важным преимуществом нанесения напыления является то, что даже материалы с очень высокой температурой плавления могут распыляться, что практически невозможно при термическом испарении. Напыленные пленки имеют композицию, очень похожую на композицию источника. Возможная разница обусловлена различной диффузией от мишени к цели, поскольку более легкие материалы легче отбрасываются газом, но любая разница в составе не изменяется во время осаждения.

Применение аргона

Земная атмосфера содержит 66 1013 тонн аргона. Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10-12% аргона, до 0,5% азота, остальное - кислород. В "аргонной" колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3-10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка "сырого" аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией).

Напыленные пленки обычно имеют гораздо лучшую адгезию к подложке из испаренных пленок. Кроме того, мишень содержит большое количество материала и поэтому очень редко материал-мишень нуждается в обновлении, и это позволяет использовать этот метод даже в очень высоком вакууме. Источники распыления не содержат горячих частей и совместимы с реактивными газами, такими как кислород. Хотя испарение обязательно должно выполняться снизу вверх, распыление также может выполняться сверху вниз, это позволяет избегайте осаждения пыли на подложках в процессе осаждения.

Как самый доступный и относительно дешевый инертный газ аргон стал продуктом массового производства, особенно в последние десятилетия. Наибольшая часть получаемого аргона идет в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности.

В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов. В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов (сильные восстановители).

Нет проблемы с материалами, поскольку это происходит при испарении. Процесс распыления совместим со специальными процессами, такими как эпитаксиальный рост. Недостатки заключаются в том, что процесс сложнее сочетать с технологией подъема, используемой для структурирования пленок в плоскости, поскольку диффузный, распыляющий транспорт делает невозможным идеальную тень. Фактически, будучи неспособным полностью ограничить место, где находятся атомы, могут быть проблемы с загрязнением. Трудно контролировать рост слоя на слой.

Нужный в хозяйстве «лентяй»

Кроме того, в матрице с распылительной пленкой атомы инертного газа, используемые для плазмы, внедряются в структуру и несовершенны. Поскольку ионы дают свое количество движения атомам, расположенным на поверхности мишени, они становятся летучими и переносятся в виде пара на подложку, где они осаждаются в виде металлической пленки. Предоставляя разность потенциалов, «свободные электроны» будут ускоряться вдали от отрицательного катодного заряда. Они будут сталкиваться с атомами Аргона на своем пути, и они смогут ионизировать их, ударяя электрон, который атакует другой атом Аргона, и для цепного процесса создаст плазму. Излучение атомов, которые не были ионизированы, но возбуждены, определяет светимость разряда. Вы вводите комнату в аргон, который является инертным газом. . Целевое распыление и внеосевое осаждение.

Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла. Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми.

Электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же, эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.

Вытесненные атомы сталкиваются с подложкой, образующей чрезвычайно тонкую пленку. Как правило, формирование пленки состоит из пяти последующих процессов переноса материала на поверхности, поглощения предшественников, поверхностной диффузии, зарождения и роста островков, непрерывного роста пленки. Иногда бывает так, что количество движений предшественников настолько велико, что они имплантируются в субстрат. Скорость осаждения зависит от расстояния мишени от подложки. . Распыление связано с переносом количества движения от частицы аварии на твердый атом цели.

Характеристики аргона

Виды сварки с использованием аргона

Аргон относится к инертным газам, которые химически не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и др.), а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы , однородные по составу с основным и присадочным металлом (высоколегированные стали и др.). Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия.

Для того чтобы этот перенос был значительным, частица аварии должна иметь, по меньшей мере, массу, сравнимую с массой атома-мишени. Питающая зависимость. Другими вкладами являются зависимость от межатомной энергии связи мишени и угла падения. Из геометрических соображений ясно, что наклонное падение ионов, нацеленное на мишень, увеличивает выход распыления. При неперпендикулярном падении легче столкновения дают компоненту прямой скорости из мишени атомам мишени. Она приблизительно линейна для некоторой энергии, за которой она стремится к горизонтальной асимптотике.

Аргон газообразный чистый используется трех сортов: высшего, первого и второго. Содержание аргона соответственно 99,99 %; 99,98 %; и 99,95 %. Примеси – кислород (

К таким энергиям ионы проникают настолько глубоко, что энергия больше не передается поверхностным слоям, а лежит нижележащим слоям; так что атомы не имеют шансов выйти из цели. Это принцип работы другого процесса: ионная имплантация. Только атомы верхних слоев могут получить достаточную энергию для испускания. Помимо напыления падающий ион вызывает смещение атомов, а некоторые ионы даже имплантируются в мишень. Эти имплантированные ионы могут затем испускаться из образца в виде распыленных атомов и даже поступать на субстрат.

Электроны также могут быть исключены из цели. Для распыления используется только небольшая часть энергии ионов, остальная часть рассеивается при перемещении атомов внутри мишени, что приводит к перегреву. По этой причине цели охлаждают во время процесса. Если системы охлаждения недостаточно, повышение температуры может привести к смешению цели или поддержки! Дефектом в процессе распыления является большое угловое распределение атомов, которые воздействуют на поверхность из-за ударов атомов, поступающих из мишени и газа.

Аргонодуговая сварка – дуговая сварка, при которой в качестве защитного газа используется аргон. Применяют аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым и плавящимся электродами. Сварка может быть ручной и автоматической. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом предназначена для сваривания швов стыковых, тавровых и угловых соединений. Сварка плавящимся электродом применяется для сварки цветных металлов (Al, Mg , Cu ,Ti и их сплавов) и легированных сталей.

Химические и физические свойства газа аргона

Такое угловое распределение является технологической проблемой, когда металлические области должны быть очень узкими и узкими: по мере того, как пленка постепенно растёт, она стремится закрыть верхнее отверстие, не допуская контакта между верхним и нижним слоями. Угловое распределение типичной пленки показано на рисунке ниже. Приближение мишени к субстрату уменьшает вероятность возникновения ударов, но угловое распределение не изменяется заметно, рис. Поскольку необходимость иметь хорошую равномерность распыления подразумевает, что существует небольшое разделение между мишенью и субстратом, что уменьшает удары с молекулами газа.

Аргон используется в плазменной сварке как плазмообразующий газ. При микроплазменной сварке большинство металлов сваривают в непрерывном или импульсном режимах дугой прямой полярности, горящей между вольфрамовым электродом плазмотрона и изделием в струе плазмообразующего инертного газа – (чаще всего) аргона.

Аргонодуговая сварка

Дугoвaя cвapкa, пpи кoтopoй в кaчecтвe зaщитнoгo гaзa иcпoльзуeтcя apгoн.

Даже в этом случае атомы захватывают поверхность с большим угловым распределением. Чтобы уменьшить угловое распределение, давление может упасть ниже 1 Па, что вызывает незначительный эффект рассеяния газа. В случае, когда заполняются тесные контакты, в некоторых случаях используется коллиматор, который ограничивает поток атомов в пределах углового диапазона - 5 ° вокруг нормали, как показано на рисунке.

Это исследование расширяет модель областей роста, введенных для испаренных пленок. Торнтон вводит новую зону под названием Т, которая наблюдается для аргона низкого давления и характеризуется плотно упакованными волокнистыми зернами. Важнейшей точкой этого расширения модели является упор на давление р, которое считается важным параметром для процесса. Причина того, что давление играет значительную роль, связана с тем, что атомы, покидающие субстрат с высокой кинетической энергией, а давление через путь свободной среды определяет энергию, с которой они поступают на поверхность, где растет пленка.

ГОСТ 2601-84 Свapкa мeтaллoв. Тepмины и oпpeдeлeния ocнoвныx пoнятий (c Измeнeниями N 1, 2)

ISO 14555:1998 Свapкa. Дугoвaя пpивapкa шпилeк из мeтaлличecкиx мaтepиaлoв

Аргон занимает третье место по содержанию в воздухе (после азота и кислорода), на него приходятся примерно 1,3% массы и 0,9% объема атмосферы Земли.

Другим параметром, определяющим склонность пленки, является температура осаждения. Поскольку осаждение через распыление обрамлено в плазме, поддерживающем плазму, в дополнение к нейтральным атомам также имеются специфические заряды, которые повреждают поверхность, на которой выращивается пленка, и этот компонент может оказывать значительное влияние. Причина зависит от структурных параметров, таких как предпочтительная ориентация кристаллитов и состояние остаточного напряжения.

Целевой порт функционирует как катод и порт подложки как анод. Этот метод позволяет испаряться только проводящие пленки. Один из вариантов процесса состоит в использовании третьего электрода: анода, мишени, как и раньше, и дополнительного источника электронов. Камера удерживается до необходимого низкого давления, а электроны создаются из отдельного источника тепла нити. Электроны ускоряются до анода, последовательно ионизируя газ. Этот процесс называется разрядом, поддерживаемым электронами, потому что он возникает в присутствии большого количества электронов, генерируемых горячей нитью, обеспечивающей высокую ионизацию плазмы.

В промышленности основной способ получения аргона - метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением кислорода и азота и попутным извлечением аргона. Также аргон получают в качестве побочного продукта при получении аммиака.

Газообразный аргон хранится и транспортируется в стальных баллонах (по ГОСТ 949-73). Баллон с чистым аргоном окрашен в серый цвет, с надписью «Аргон чистый» зеленого цвета.

Согласно ГОСТ 10157-79 газообразный и жидкий аргон поставляется двух видов: высшего сорта (с объемной долей аргона не менее 99,993%, объемной долей водяных паров не более 0,0009%) и первого сорта (с объемной долей аргона не менее 99,987%, объемной долей водяных паров не более 0,001%).

Аргон не взрывоопасен и не токсичен, однако при высокой концентрации в воздухе может представлять опасность для жизни: при уменьшении объемной доли кислорода ниже 19% появляется кислородная недостаточность, а при значительном снижении содержания кислорода возникают удушье, потеря сознания и даже смерть.

История открытия

Когда Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную - почти процент! Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 года, аргон и получил свое имя (от греч. «аргос» - «ленивый», «безразличный»).

Химическая инертность аргона (как и других газов нулевой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек.
Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при -185,9°С, затвердевает при -189,4°С (в условиях нормального давления). Молекула аргона одноатомна.

На Земле и во Вселенной

На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) - 0,04 г на тонну, что в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 - чем неона. Есть аргон и в воде, до 0,3 см3 в литре морской и до 0,55 см3 в литре пресной воды. Любопытно, что в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находится больше, чем в атмосферном воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот...

Как добывают аргон

Земная атмосфера содержит 66 . 1013 тонн аргона. Этот источник газа неисчерпаем. Тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород - из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10-12% аргона, до 0,5% азота, остальное - кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3-10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией). В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ой чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства - из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

История открытия:

Первый вклад в открытие аргона внес английский физик и химик Генри Кавендиш. Изучая в 1785 году окисление атмосферного азота кислородом под действием электрического разряда, он обнаружил, что остается небольшой объем газа, не подвергающегося окислению. Однако он не нашел объяснения этому факту. В 1892 году английский физик Дж. Рэлей обнаружил небольшое (всего на 0,13%) превышение плотности азота, выделяемого из воздуха, над плотностью азота, получаемого химическим путем. Английский физик У. Рамзаем предположил, что причиной этого может быть примесь еще неизвестного более тяжелого газа и предложил выделить его. Ему и Дж. Рэлею в 1894 году удалось выделить этот газ и спектральным анализом доказать, что это новый химический элемент. Дальнейшие исследования показали полную химическую инертность этого вещества. Благодаря своей химической инертности (а это был первый из открытых инертных газов), новый элемент и получил свое название Аргон (греч. аrgos - неактивный, ленивый).

Нахождение в природе и получение:

В атмосферном воздухе содержится 0,93% аргона по объему (9,34 л в 1м 3), его запасы в атмосфере оцениваются в 4·10 14 т. Среди других изотопов преобладает aргон-40, постоянно образующийся в ходе ядерной реакции ("электронный захват") из природного изотопа калия: 40 K + e = 40 Ar + n e
В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре -185,9°C аргон конденсируется, при -189,4°С - кристаллизуется.

Физические свойства:

Бесцветный, без запаха газ. Температура кипения аргона (при нормальном давлении) -185,9°C, температура плавления -189,4°C. Плотность при нормальных условиях 1,784 кг/м3. В 100 мл воды при 20°C растворяется около 3,3 мл аргона. в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. При пропускании электрического разряда через стеклянную трубку, заполненную аргоном, наблюдается сине-голубое свечение.

Химические свойства:

Аргон химически инертен, при обычных условиях химических соединений не образует. Однако со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода "гость", находится в полости, образованной в кристаллической решетке молекулами вещества-хозяина.
При сверхнизких температурах спектральными методами зафиксировано образование некоторых чрезвычайно неустойчивых молекул, содержащих аргон.
Установлено существование так называемых эксимерных молекул, содержащих аргон. На переходах этих молекул из метастабильного состояния в несвязанное генерируется лазерное излучение.

Важнейшие соединения:

Клатрат Ar*6H 2 O - соединение включения, температура разложения Аr·6Н2О при 101325 Па 42,0°С.

Гидрофторид аргона HArF - первое открытое, и пока единственное известное на 2013 г. химическое соединение аргона с электронейтральной молекулой. Получен при УФ-облучении смеси аргона и фтороводорода при 8K. Нестоек и распадается уже при 17 К на фтороводород и аргон.

CU(Ar)O - образование такого соединение при 3 К предполагается на основании спектральных данных. В этой молекуле уран должен быть связан с тремя другими атомами - углеродом, аргоном и кислородом.

Применение:

Аргон широко используют для создания инертной и защитной атмосферы, прежде всего при термической обработке легко окисляющихся металлов (аргоновая плавка, аргоновая сварка и другие). В атмосфере аргона получают кристаллы полупроводников и многие другие сверхчистые материалы. Аргоном часто заполняют электрические лампочки (для замедления испарения вольфрама со спирали). Это же его свойство используется в аргоновой сварке, которая позволяет соединять алюминиевые и дюралевые детали.

Аргон (в смеси с неоном, парами ртути) применяют для наполнения газоразрядных трубок (сине-голубое свечение), что используется в светящейся рекламе. Также аргон используется в аргоновых лазерах.

В геохронологии по определению соотношения изотопов 40 Ar/ 40 К устанавливают возраст минералов.

Мавлянова Н.Х., Жудин С.М.
ТюмГУ, 501 группа, 2013 г.

Источники:
Аргон /WebElements.narod.ru/ URL: http://webelements.narod.ru/elements/Ar.htm (дата обращения: 8.07.13).
Аргон (элемент) // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Аргон (дата обращения: 8.07.2013).

Применение аргона в производстве. Аргон (общие сведения) Аргон благородный газ

Восемнадцатый элемент

На Земле и во Вселенной

Как добывают аргон

Нужный в хозяйстве «лентяй»

Получение аргона

Меры предосторожности при эксплуатации

Применение аргона

Нужный в хозяйстве «лентяй»

Характеристики аргона

Виды сварки с использованием аргона

Химические и физические свойства газа аргона

Аргонодуговая сварка

История открытия:

Нахождение в природе и получение:

Физические свойства:

Химические свойства:

Важнейшие соединения:

Применение: