مقدمة
الأرجون عنصر كيميائي يحمل الرمز Ar والعدد الذري 18. يقع في المجموعة 18 من الجدول الدوري، وهي مجموعة الغازات النبيلة. يتميز الأرجون بخموله الكيميائي، مما يعني أنه نادرًا ما يتفاعل مع العناصر والمركبات الأخرى. يشتق اسم الأرجون من الكلمة اليونانية “ἀργόν” (أرجون) والتي تعني “كسول” أو “غير نشط”، وذلك بسبب خموله الكيميائي.
اكتشاف الأرجون
اكتشف الأرجون في عام 1894 على يد اللورد رايلي والسير ويليام رامزي في جامعة لندن. لاحظا وجود فرق طفيف في كثافة النيتروجين المستخرج من الهواء والنيتروجين الناتج كيميائيًا من الأمونيا. قاما بتحليل دقيق للهواء وأدركا وجود غاز أثقل وأقل تفاعلًا من النيتروجين، وأطلقوا عليه اسم الأرجون.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأرجون
الأرجون غاز عديم اللون والرائحة والمذاق في الظروف القياسية. تشمل بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للأرجون ما يلي:
- الوزن الذري: 39.948 وحدة ذرية.
- نقطة الانصهار: -189.35 درجة مئوية (-308.83 درجة فهرنهايت).
- نقطة الغليان: -185.85 درجة مئوية (-302.53 درجة فهرنهايت).
- الكثافة: 1.784 جرام/لتر في الظروف القياسية.
- التوزيع الإلكتروني: [Ne] 3s² 3p⁶ (طبقة خارجية كاملة).
- الخمول الكيميائي: الأرجون خامل كيميائيًا للغاية ولا يشكل مركبات بسهولة. ومع ذلك، فقد تم تحضير بعض المركبات النادرة للأرجون في ظل ظروف خاصة جدًا.
وفرة الأرجون
الأرجون هو ثالث أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي للأرض، حيث يشكل حوالي 0.934٪ من حجم الهواء الجاف. يتم إنتاج معظم الأرجون التجاري عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل. يوجد الأرجون أيضًا بكميات صغيرة في بعض المعادن والصخور.
نظائر الأرجون
يحتوي الأرجون على ثلاثة نظائر مستقرة: الأرجون-36 (36Ar)، والأرجون-38 (38Ar)، والأرجون-40 (40Ar). الأرجون-40 هو النظير الأكثر وفرة، حيث يشكل حوالي 99.6٪ من الأرجون الطبيعي. يتكون الأرجون-40 عن طريق التحلل الإشعاعي للبوتاسيوم-40 (40K) في الصخور والمعادن، وهذه الخاصية تستخدم في التأريخ الإشعاعي.
استخدامات الأرجون
نظرًا لخموله الكيميائي وتوافره النسبي، يستخدم الأرجون في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
- اللحام: يستخدم الأرجون كغاز خامل في لحام المعادن، حيث يحمي المعدن المصهور من الأكسدة والتلوث الجوي.
- الإضاءة: يستخدم الأرجون في المصابيح المتوهجة والمصابيح الفلورية.
- حفظ المواد: يستخدم الأرجون لحماية المواد الحساسة للأكسجين والرطوبة، مثل المواد الكيميائية الحساسة والأطعمة.
- صناعة أشباه الموصلات: يستخدم الأرجون في عمليات تصنيع أشباه الموصلات.
- التأريخ الإشعاعي: يستخدم نظير الأرجون-40 في تقنيات التأريخ الإشعاعي لتحديد عمر الصخور والمعادن.
- التطبيقات الطبية: يستخدم الأرجون في بعض الإجراءات الطبية، مثل جراحة الأوعية الدموية بالليزر.
- غاز عازل: يستخدم الأرجون كغاز عازل بين ألواح الزجاج المزدوج في النوافذ لتقليل انتقال الحرارة.
الأرجون في الطبيعة
يتواجد الأرجون في الغلاف الجوي للأرض نتيجة لعمليات طبيعية، وأهمها التحلل الإشعاعي للبوتاسيوم-40 في الصخور. يتسرب الأرجون الناتج إلى الغلاف الجوي ببطء على مدى ملايين السنين. لا يعتبر الأرجون عنصرًا ضروريًا للحياة، ولا توجد له وظائف بيولوجية معروفة في النباتات أو الحيوانات.
السلامة والاحتياطات
الأرجون غير سام وغير قابل للاشتعال. ومع ذلك، يمكن أن يسبب الاختناق إذا حل محل الأكسجين في الهواء. لذلك، يجب استخدام الأرجون في مناطق جيدة التهوية. يمكن أن يؤدي استنشاق كميات كبيرة من الأرجون إلى الدوخة والصداع وفقدان الوعي، وفي الحالات القصوى، الوفاة.
مركبات الأرجون
نظرًا لخموله الشديد، كان يُعتقد في السابق أن الأرجون لا يشكل أي مركبات كيميائية. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، تمكن العلماء من تحضير بعض المركبات النادرة للأرجون في ظل ظروف خاصة جدًا. من بين هذه المركبات فلوروهيدريد الأرجون (HArF)، وهو مركب غير مستقر يتشكل فقط في درجات حرارة منخفضة جدًا.
الأرجون في التكنولوجيا الحديثة
يلعب الأرجون دورًا حاسمًا في العديد من التقنيات الحديثة. على سبيل المثال، يُستخدم في إنتاج شاشات البلازما، وفي بعض أنواع الليزر المستخدمة في الطب والصناعة. كما أنه يستخدم في عمليات التصنيع المتقدمة لإنتاج مواد ذات خصائص محددة.
الأرجون في الفضاء
تم اكتشاف الأرجون في الغلاف الجوي لبعض الكواكب الأخرى، بما في ذلك المريخ. تساعد دراسة وفرة نظائر الأرجون في الكواكب على فهم تاريخ وتطور هذه الكواكب.
إنتاج الأرجون الصناعي
يتم إنتاج الأرجون الصناعي بشكل رئيسي عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل. تتضمن هذه العملية تبريد الهواء إلى درجة حرارة منخفضة جدًا، مما يؤدي إلى تسييله. ثم يتم فصل مكونات الهواء السائل، بما في ذلك النيتروجين والأكسجين والأرجون، بناءً على نقاط غليانها المختلفة.
مستقبل الأرجون
من المتوقع أن يظل الأرجون عنصرًا مهمًا في العديد من الصناعات والتقنيات في المستقبل. مع استمرار التطورات في مجالات مثل أشباه الموصلات والإضاءة واللحام، من المرجح أن يزداد الطلب على الأرجون.
خاتمة
الأرجون هو غاز نبيل خامل كيميائيًا يستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك اللحام والإضاءة وحفظ المواد والتأريخ الإشعاعي. يتم إنتاجه بشكل رئيسي عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل. على الرغم من خموله، فقد تم تحضير بعض المركبات النادرة للأرجون في ظل ظروف خاصة. يلعب الأرجون دورًا مهمًا في العديد من التقنيات الحديثة ومن المتوقع أن يظل عنصرًا مهمًا في المستقبل.