X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018
ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Мое внимание особенно привлекала восьмая группа, главная подгруппа, которую составляют благородные (инертные, редкие) газы. За все время моего знакомства с курсом химии они оставались в стороне, скрываясь в тени широко используемых элементов. Мало кто знает об их значении, когда даже самый маленький представитель среднего образования может назвать сферы, где применяются Al, Fe, Cu или S. Я постараюсь восстановить баланс, ознакомив читателей со значением гелия (He), неона (Ne), аргона (Ar), криптона (Kr), ксенона (Xe) и радона (Rn) (формально к этой группе также причисляют оганесон (Og), однако его химические свойства почти не исследованы). Особенно интересно применение, некоторых из этих газов в строительной сфере, так как это имеет прямое отношение к тому пути, с которым я связал свою жизнь в настоящее время и планирую оставаться на нем и в будущем.
Общая характеристика инертных газов
Инертные газы, благородные газы, редкие газы, химические элементы, образующие главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева: гелий Не (атомный номер 2), неон Ne (10), аргон Ar (18), криптон Kr (36), ксенон Xe (54) и радон Rn (86). Из всех инертных газов только Rn не имеет стабильных изотопов и представляет собой радиоактивный химический элемент.
Название "инертные газы" отражает химическую инертность элементов этой подгруппы, что объясняется наличием у атомов инертных газов устойчивой внешней электронной оболочки, на которой у Не находится 2 электрона, а у остальных инертных газов по 8 электронов. Удаление электронов с такой оболочки требует больших затрат энергии в соответствии с высокими потенциалами ионизации атомов инертных газов.
Из-за химической инертности инертные газы долгое время не удавалось обнаружить, и они были открыты только во 2-й половине 19 в. К открытию первого инертного газа — гелия — привело проведённое в 1868 французом Ж. Жансеном и англичанином Н. Локьером спектроскопическое исследование солнечных протуберанцев. Остальные инертные газы были открыты в 1892—1908.
Все инертные газы не имеют ни цвета, ни запаха. Внешние электронные оболочки их атомов содержат максимально возможное для соответствующих внешних оболочек число электронов: 2 у гелия и по 8 у остальных. Такие оболочки обладают высокой устойчивостью. С этим связана, во-первых, химическая пассивность инертных газов по отношению к другим элементам. А во-вторых, неспособность их атомов вступать в связь друг с другом, вследствие чего молекулы их одноатомны. Инертные газы, особенно легкие, трудно перевести в жидкое состояние. Попробуем разобраться, почему это так.
Молекулы других газов либо представляют собой постоянные диполи, как, например, HCl, либо легко становятся диполями (Cl2). У постоянных диполей «центры тяжестей» положительного и отрицательного зарядов постоянно не совпадают между собой. Образование же диполя в молекулах типа Cl2 связано со смещением в них «центров тяжести» зарядов друг относительно друга под воздействием внешних сил, в частности под действием электрических полей соседних молекул. Таким образом, и в молекулах HCl, и в молекулах Cl2 между разноименным полюсами диполей существуют силы электростатического притяжения. При определенных пониженных температурах этих сил оказывается достаточно, чтобы удержать молекулы друг возле друга. У атомов инертных газов расположение электронов вокруг ядер строго сферическое. Поэтому соседние атомы не могут вызвать смещение «центров тяжести» электрических зарядов в их атомах и привести к образованию «наведенного» диполя, как в молекулах хлора. Таким образом, ни постоянных, ни наведенных диполей в атомах инертных газов нет. А раз так, то и силы притяжения между ними при нормальных условиях практически отсутствуют. Однако ввиду постоянных колебаний атомов, «центры» зарядов могут на мгновение сместиться в разные стороны атома. Возникающие при образовании этого мгновенного диполя силы электростатического притяжения очень малы, однако при очень низких температурах их хватает для того, чтобы сконденсировать эти газы.
Долгое время попытки получить обычные химические соединения инертных газов, оканчивались неудачами. Положить конец представлениям об абсолютной химической неприступности инертных газов удалось канадскому ученому Н. Бартлетту, который в 1962 году сообщил о синтезе соединения ксенона с гексафторидом платины PtF6. Полученное соединение ксенона имело состав Xe[PtF6]. В последующие годы было синтезировано большое количество и других соединений радона, ксенона и криптона.
Применение благородных газов не так широко в связи с несколькими факторам:
отсутствие необходимого оборудования на предприятиях из-за высокой цены;
отсутствие специалистов, способных грамотно взаимодействовать с таким материалом;
несовершенные знания, неполное представление о свойствах инертных газов.
Наибольшее практическое применение среди всех благородных газов находят аргон, неон и гелий, хотя и остальные элементы, относящиеся к редким газам, имеют немалое значение для той или иной сферы производства, да и в общем жизни общества.
Для того, чтобы подробнее ознакомиться с основной темой моей работы, необходимо понять, что представляет из-за себя каждый член этой "небольшой" группы. Для этого перейдём к следующей части реферата – главе №2.
«Каждый сам за себя"
Этот химический элемент назван в честь Гелиоса, греческого бога Солнца, поскольку первые свидетельства его существования были получены при анализе спектра солнечного луча (некоторые линии принадлежали ни одному известному в то время элементу). Кажется удивительным, что этот элемент, распространенный на Земле настолько, что им наполняют воздушные шары, был первым открыт в космосе.
Гелий – подлинно благородный газ. Заставить его вступить в какие-либо реакции пока не удалось. Молекула гелия одноатомна. По легкости этот газ уступает только водороду, воздух в 7,25 раза тяжелее гелия. Гелий почти нерастворим в воде и других жидкостях. И точно так же в жидком гелии заметно не растворяется ни одно вещество. Твердый гелий нельзя получить ни при каких температурах, если не повышать давление. Гелий – элемент необычный, и история его необычна. Он был открыт в атмосфере Солнца на 13 лет раньше, чем на Земле. Точнее говоря, в спектре солнечной короны была открыта ярко-желтая линия D, а что за ней скрывалось, стало достоверно известно лишь после того, как гелий извлекли из земных минералов, содержащих радиоактивные элементы.
Гелий на Солнце открыли француз Ж. Жансен, проводивший свои наблюдения в Индии 19 августа 1868 г., и англичанин Дж. H. Локьер – 20 октября того же года. Письма обоих ученых пришли в Париж в один день и были зачитаны на заседании Парижской Академии наук 26 октября с интервалом в несколько минут. Академики, пораженные столь странным совпадением, приняли постановление выбить в честь этого события золотую медаль.
Недра и атмосфера нашей планеты бедны гелием. Но это не значит, что его мало повсюду во Вселенной. По современным подсчетам 76% космической массы приходится на водород и 23% на гелий; на все прочие элементы остается только 1%! Таким образом, мировую материю можно назвать водородно-гелиевой. Эти два элемента главенствуют в звездах, планетарных туманностях и межзвездном газе.
Гелий, которым мы сейчас пользуемся, извлекают из природного газа, выходящего из недр Земли. Но в отличие от других стабильных элементов, он не присутствует там с момента образования планеты. Гелий образуется в результате радиоактивного распада урана (92) и тория (90). Эти элементы распадаются, испуская альфа частицы, а то, что физики называют альфа частицей, есть не что иное, как ядро атома гелия. Так что когда вы перед праздником надуваете воздушные шары, вы наполняете их атомами, которые несколько десятков миллионов или сотен миллионов лет назад были просто протонами или нейтронами больших радиоактивных атомов. Странно, правда?
В конце прошлого века английский журнал «Панч» поместил карикатуру, на которой гелий был изображен хитро подмигивающим человечком – жителем Солнца. Текст под рисунком гласил: «Наконец-то меня изловили и на Земле! Это длилось достаточно долго! Интересно знать, сколько времени пройдет, пока они догадаются, что делать со мной?» Действительно, прошло 34 года со дня открытия земного гелия (первое сообщение об этом было опубликовано в 1881 г.), прежде чем он нашел практическое применение. Определенную роль здесь сыграли оригинальные физико-технические, электрические и в меньшей мере химические свойства гелия, потребовавшие длительного изучения. Главными же препятствиями были рассеянность и высокая стоимость элемента №2.
Первыми гелий применили немцы. В 1915 г. они стали наполнять им свои дирижабли, бомбившие Лондон. Вскоре легкий, но негорючий гелий стал незаменимым наполнителем воздухоплавательных аппаратов. Начавшийся в середине 30-х годов упадок дирижаблестроения повлек некоторый спад в производстве гелия, но лишь на короткое время. Этот газ все больше привлекал к себе внимание химиков, металлургов и машиностроителей. Многие технологические процессы и операции нельзя вести в воздушной среде. Чтобы избежать взаимодействия получаемого вещества (или исходного сырья) с газами воздуха, создают специальные защитные среды; и нет для этих целей более подходящего газа, чем гелий.
Инертный, легкий, подвижный, хорошо проводящий тепло гелий – идеальное средство для передавливания из одной емкости в другую легко воспламеняемых жидкостей и порошков; именно эти функции выполняет он в ракетах и управляемых снарядах. В гелиевой защитной среде проходят отдельные стадии получения ядерного горючего. В контейнерах, заполненных гелием, хранят и транспортируют тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. С помощью особых течеискателей, действие которых основано на исключительной диффузионной способности гелия, выявляют малейшие возможности утечки в атомных реакторах и других системах, находящихся под давлением или вакуумом.
Последние годы ознаменованы повторным подъемом дирижаблестроения, теперь на более высокой научно-технической основе. В ряде стран построены и строятся дирижабли с гелиевым наполнением грузоподъемностью от 100 до 3000 т. Они экономичны, надежны и удобны для транспортировки крупногабаритных грузов, таких, как плети газопроводов, нефтеочистительные установки, опоры линий электропередач и т.п. Наполнение из 85% гелия и 15% водорода огнебезопасно и только на 7% снижает подъемную силу в сравнении с водородным наполнением.
В научных исследованиях и в технике широко применяется жидкий гелий. Сверхнизкие температуры благоприятствуют углубленному познанию вещества и его строения – при более высоких температурах тонкие детали энергетических спектров маскируются тепловым движением атомов. Уже существуют сверхпроводящие соленоиды из особых сплавов, создающие при температуре жидкого гелия сильные магнитные поля (до 300 тыс. эрстед) при ничтожных затратах энергии.
При температуре жидкого гелия многие металлы и сплавы становятся сверхпроводниками. Сверхпроводниковые реле – криотроны все шире применяются в конструкциях электронно-вычислительных машин. Они просты, надежны, очень компактны. Сверхпроводники, а с ними и жидкий гелий становятся необходимыми для электроники. Они входят в конструкции детекторов инфракрасного излучения, молекулярных усилителей (мазеров), оптических квантовых генераторов (лазеров), приборов для измерения сверхвысоких частот.
Конечно, этими примерами не исчерпывается роль гелия в современной технике. Но если бы не ограниченность природных ресурсов, не крайняя рассеянность гелия, он нашел бы еще множество применений. Не загадывая о будущих достижениях мировой науки, будем надеяться, что однажды этот уникальный газ дойдет и до строительной сферы, чтобы облегчить весьма нелегкую жизнь тех, кто заботиться о том, что бы человечество было укрыто от палящего солнца, имело свой уголок, чтобы укрыться от тягот окружающего мира.
Объединенные мной в пару, эти газы похожи по применению. Тем не менее, рассмотрим их по раздельности, чтобы яснее увидеть их свойства и значение для людей.
Ксенон
На Земле Ксенон присутствует главным образом в атмосфере. Атмосферный Ксенон состоит из 9 стабильных изотопов, среди которых преобладают 129Хе, 131Хе и 132Хе. Открыт в 1898 году английскими исследователями У. Рамзаем и М. Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Ксенон был обнаружен как примесь к криптону, с чем связано его название (от греч. xenos - чужой). Ксенон - весьма редкий элемент. Хотя содержание ксенона в атмосфере крайне мало, именно воздух – практически единственный и неисчерпаемый источник ксенона. Неисчерпаемый – потому, что почти весь ксенон возвращается в атмосферу.
Процесс выделения благородных газов из воздуха описан многократно. Воздух, очищенный предварительно от углекислоты и влаги, сжижают, а затем начинают испарять. Сначала «летят» более легкие газы. После испарения основной массы воздуха рассортировывают оставшиеся тяжелые инертные газы.
Любопытно, что с точки зрения химика ксенон на самом деле оказался «чужим» среди инертных газов. Он первым вступил в химическую реакцию, первым образовал устойчивое соединение (в 1962 году его «застукали» за образованием соединений с обычными элементами). И потому сделал неуместным сам термин «инертные газы».
Если рассматривать термин «строительство» в общем смысле, а именно реконструкцию, реставрацию и реновацию зданий и сооружений, то ксенон имеет прямое отношение, по своему применению, к затронутой мной теме.
Без ксенона – тяжелого, редкого и пассивного газа сегодня не могут обойтись многие отрасли народного хозяйства. Области его применения разнообразны и порой неожиданны.
В светотехнике признание получили ксеноновые лампы высокого давления. В таких лампах светит дуговой разряд в ксеноне, находящемся под давлением в несколько десятков атмосфер. Свет в ксеноновых лампах появляется сразу после включения, он ярок и имеет непрерывный спектр – от ультрафиолетового до ближней области инфракрасного.
Цвет его близок к белому с чуть желтоватым оттенком; на него можно смотреть только через фильтр: глаза не выдерживают таких ярких лучей.
Ксеноновые лампы применяются во всех случаях, когда правильная цветопередача имеет решающее значение: при киносъемках и кинопроекции, при освещении сцены и телевизионных студий, в текстильной и лакокрасочной промышленности.
Коллектив Московского электролампового завода создал уникальное осветительное устройство – ксеноновый светильник «Сириус». В лампе используется непрерывный электрический разряд в сосуде из кварцевого стекла, наполненном ксеноном под высоким давлением. Между двойными стенками сосуда циркулирует охлаждающая его вода. Мощность лампы «Сириус» 300 киловатт. Одна такая лампа способна осветить большую городскую площадь. Это, пожалуй, самая мощная лампа в мире.
Криптон
Данный обитатель Периодической системы обладает полностью завершенным внешним уровнем, что и определяет очень низкую химическую активность данного элемента. Тем не менее, при определенных условиях все же удается заставить вступать в некоторые реакции такой устойчивый газ, как криптон.
В естественных условиях содержится не просто элемент криптон, а его изотопы. Всего выделяют шесть разновидностей, устойчивых в природных условиях:
криптон-78 - 0,35%;
криптон-80 - 2,28%;
криптон-82 - 11,58 %;
криптон-83 - 11,49%;
криптон-84 - 57%;
криптон-86 - 17,3%.
Где же содержится данный газ? Конечно же, там, откуда его и выделили впервые - в воздухе. Процентное содержание очень невелико - всего 1,14*10^-4%. Также постоянное пополнение данным благородным газом запасов в природе происходит благодаря ядерным реакциям внутри литосферы Земли. Именно там формируется значительная часть устойчивых изотопных разновидностей данного элемента.
Война межу криптоном, аргоном и ксеноном за право освещать человеческие сооружения уже почти подошла к концу. И если ксенон всегда держался в стороне, потому что использовался для освещения более крупных объектов или производств, то аргон терпит сокрушительное поражение, ведь производство электроламп – главный потребитель криптона. Непоколебимость и инертность этого элемента оборачивается благом, когда нужно защитить что-либо от остального мира. Небольшие грибовидные лампы с криптоновым (или криптоноксеноновым) наполнением постепенно теснят лампы аргоно-азотного наполнения, которые в свое время вытеснили пустотные и азот-наполненные лампы.
Достоинства криптона в лампах накаливания очевидны: он в 2,1 раза тяжелее аргона и почти вдвое хуже проводит тепло. В более плотном газе замедляется распыление раскаленной вольфрамовой нити – это увеличивает стабильность светового потока. Малая же теплопроводность криптона способствует увеличению доли видимого излучения в общем потоке лучистой энергии. Криптоновое наполнение в сравнении с аргоновым повышает мощность ламп на 5...15% и сроки службы на 40...170%. Вдобавок наполовину уменьшается объем колбы.
Также немало важным достижением человечества было установление точного метра, чтобы линейные измерения не подвергались сомнениям. Эталоном метра был платиноиридиевый стержень, хранящийся в Севре близ Парижа. Но с течением времени росла необходимость в точности линейных измерений. Драгоценная палка как эталон уже не удовлетворяла, и в 1960 г. заключили международное соглашение, определяющее метр, как 1650763,73 длины волны оранжевой линии стабильного изотопа криптон-86.
Неон открыли в июне 1898 года шотландский химик Уильям Рамзай и английский химик Морис Траверс. Они выделили этот инертный газ «методом исключения», после того, как кислород, азот, и все более тяжёлые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый».
Неон находят повсюду – «на Земле, в небесах и на море». Наибольшая концентрация его в атмосфере – 0,00182% по объему. А всего на нашей планете около 6,6·1010 т неона. У элемента №10 три стабильных изотопа: 20Ne, 21Ne и 22Ne. Повсеместно преобладает легкий 20Ne. В воздушном неоне его 90,92%, на долю 21Ne приходится 0,257%, а на долю 22Ne –8,82%.
Среднее содержание неона в земной коре мало – всего 7·10–5 г/т. В изверженных породах, составляющих основную массу литосферы, около 3 млрд. т неона. Отсюда, по мере разрушения пород, неон улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды.
Причину неоновой бедности нашей планеты ученые усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов. Они ведь не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете.
Еще недавно электровакуумная промышленность и научные лаборатории были единственными потребителями неона. Их нужды могли удовлетворить отделения неоногелиевой смеси установок малой и средней мощности.
В последние годы положение стало меняться. На неон как хладагент предъявляет спрос интенсивно развивающаяся криогенная техника; и ей нужно куда больше неона, чем традиционным потребителям.
При температурах жидкого неона хранят ракетное топливо. В жидком неоне замораживают свободные радикалы, консервируют животные ткани и имитируют условия космического пространства в термобарокамерах. В неоновых криостатах безопасно проводить такие деликатные, не терпящие тепла реакции, как прямой синтез Н2О2а из жидкого озона и атомарного водорода или получение фторидов кислорода (О2F2, О3F2 и О4F2).
Вернемся к традиционному вопросу, который нас интересует, а именно, какое применение нашел неон в строительстве. Неон редко держится в тени. Неон – газ приборов и светильников. Можно подумать, что он повторяет судьбу криптона, ксенона или аргона. Отчасти – да, но его положение устойчиво, а значение немного в другом.
Начинается все с неоновых вывесок, которые привлекают взор и имеют широкое распространение. Там где сияет реклама, это газ непременно присутствует. Часто пишут, что Таймс-сквер и Лас-Вегас «купаются в неоне»: настолько прочно ассоциация между элементом и самым распространенным способом его применения. Оливер Сакс в восхитительной книге «Дядюшка Вольфрам» описывает свою прогулку по Таймс-сквер со спектроскопом в кармане. Он был очарован огромным количеством обнаруженных спектральных линий. Большая часть их принадлежала неону, который обладает уникальным по богатству спектром, непохожим на спектры других элементов и люминофоров.
Но всё же основным является свойство, которое и делает неон уникальным – туман не помеха для оранжево-красного свечения, которое видно на далекие расстояния и его невозможно спутать с чем-то иным. Эти качества делают газосветные неоновые лампы незаменимыми для сигнальных устройств разнообразного назначения. Неон светит на маяках, неоновыми лампами обозначают вершины высотных зданий и телевизионных башен, границы аэродромов, водных и воздушных трасс.
Конечно, неон имеет значение и для других сфер человеческой жизни, которые мы сегодня не затронули, но ознакомившись с данным материалом можно понять, что это газ редкий и очень нужный.
Радон - бесцветный газ, химически совершенно инертный. Радон лучше других инертных газов растворяется в воде (в 100 объемах воды растворяется до 50 объемов радона). При охлаждении до минус 62°C радон сгущается в жидкость, которая в 7 раз тяжелее воды (удельный вес жидкого радона почти равен удельному весу цинка). При минус 71°C радон "замерзает".
Радон – тяжелый радиоактивный инертный газ, приобретает в жизни человека все большее значение. К сожалению, преимущественно оно негативно - радон радиоактивен и потому опасен. А поскольку он непрерывно выделяется из почвы, то и распространен по всей земной коре, в подземной и поверхностной воде, в атмосфере, присутствует в каждом доме. Он входит в цепочки распада как уран (92), так и тория (90), которые содержатся в большом количестве, в частности, в гранитных коренных породах. Здания, построенные из гранита, излучают существенно количество радиации. Этим печально известен Центральный вокзал Нью-Йорка.
Радон, сочащийся из пола и собирающийся в нижнем этаже здания, у многих вызывает тревогу и озабоченность. Существуют специальные службы, занимающиеся детектированием и удалением радона. (Они с радостью приедут к вам на помощь и установят дорогостоящее оборудование, обеспечивающее удаление радона из-под вашего дома.)
По иронии, пока одни выкладывают денежки для защиты от радона, другие едут за тридевять земель, чтобы надышаться обогащенным радоном воздухом в пещерах близ урановых отложений. Считается, что это полезно. Основанием для этого убеждения, распространенного столетие назад гораздо шире, чем сейчас, служит тот факт, что многие горячие источники радиактивны. В медицине радоновые ванны оказываются полезными при лечении ряда хронических заболеваний: язвенной болезни двенадцатиперстной кишки и желудка, ревматизма, остеохондроза, бронхиальной астмы, экзем и др.
Радон используется в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных, в металлургии в качестве индикатора при определении скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и тория, в гидрологии - для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод.
Этот инертный газ не представляет интереса для нас в контексте данного реферата, поэтому мы переходим к заключительному элементу моей работы, вытесняемому, но еще не забытому, все также ценному открытию для строительства.
В 1785 г. 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, и крайне инертного химически. Когда они 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! Именно в этот день, 13 августа 1894 г., аргон и получил свое имя, которое в переводе с греческого значит «недеятельный». Можно провести параллель с высказыванием А. Эйнштейна о трудностях выявления ядерной энергии: « Нелегко распознать богача, если он не тратит своих денег».
На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 раз больше, 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 находят 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 – это самый тяжелый изотоп – аргон-40. Еще больше доля этого изотопа в аргоне земной коры.
Постепенно подходя к основному для нас применению аргона, нужно сказать, что аргон за счет своего количества не мог не преуспеть и в других отраслях деятельности человека. К таковым относится медицина. Аргон входит в состав смеси, вводящей пациентов в состояние наркоза. Наркоз мгновенно исчезает, если прекратить подачу аргона. Он считается лучшим вариантом для заполнения гидрокостюмов. Вы можете купить баллончик с аргоном и помощью специального приспособления заполнить им открытую бутылку вина для предотвращения окисления. (Возможно, проще выпить виноградный сок до того, как он испортится. Этот опыт можно распространить и на вино.)
Возвращаясь к традициям инертных газов, невозможно не сказать об аргоне, как о гиганте освещения, ведь подавляющее большинство ламп накаливания (миллиарды штук в год) заполнялись 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. Продувка аргоном жидкой стали намного повышает ее качество. И вот мы подошли к главному способу применения этого инертного газа, потому что это достижение ученых не прошло мимо строительных конструкций, точнее оно имеет непосредственное к ним отношение.
Конечно, нельзя забывать и про дуговую электросварку 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.
Таковы важнейшие применения аргона. Он стал необходим многим отраслям науки и техники, в том числе самым современным отраслям. Не следует, однако, считать, что все возможности элемента №18 уже исчерпаны. Насколько известно, намечается вовлечение в технику даже твердого аргона: в Физическом институте Академии наук СССР его кристаллы (как, впрочем, и другие благородные газы в твердом состоянии) исследовали как возможный материал для лазеров, работающих в ультрафиолетовом диапазоне.
Итог и взгляд в будущее
Подводя итог, можно сказать, что мы ознакомились с темой достаточно мало изученной, перспективной и требующей больше внимания. Благородные газы уже зарекомендовали себя в определенных сферах нашей жизни, но мы не ошибемся, если скажем, что это не все их возможности.
Из-за своего небольшого количества и непростых способов получения не все из них могут использоваться в массовом производстве. Но на примере аргона несложно сделать вывод, что инертные газы уже стали неотъемлемой частью жизни человечества.
Конечно, из неона не построить дом; не получится проложить дорогу, используя гелий, ксенон и криптон, а аргоном не распороть триумфальную арку г. Краснодара. В то же время, именно лампы накаливания заменяют нам солнце по вечерам при написании реферата на тему «Инертные газы в строительстве».
Список литературы
Справочник химика [Электронный ресурс]: химический справочник - режим доступа к справочнику:http://chem100.ru
Инертные газы [Электронный ресурс]: справочник по химии / Стелецкий А. Ю. - Электрон. текстовые дан. - 17 октября 2014 года - режим доступа: https://chemiday.com
Криптон - химический элемент [Электронный ресурс]: Электрон. журн. / Петрова Л. - Электрон. текстовые дан. - режим доступа: http://fb.ru
База знаний [Электронный ресурс]: многопредмет. науч. ресурс / ООО «Олбест» - Электрон. текстовые дан. - 2000 — 2017 - режим доступа: https://knowledge.allbest.ru
Популярная библиотека химических элементов [Электронный ресурс]: элект. библ. / МОО «Наука и техника» - Электрон. текстовые дан. - 18 марта 2002 года - режим доступа: http://n-t.ru
Инертные газы [Электронный ресурс]: сайт о химии / С. С. Бердоносов. - Электрон. текстовые дан. - режим доступа: http://www.xumuk.ru
Элементы: путеводитель по периодической таблице/ Теодор Грэй; пер. с англ. Генриха Элиха. – Москва: ACT: CORPUS, 2014. – 240