الموسوعة العربية

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

الأرغون

ارغون

Argon - Argon

الأرغون argon عنصر كيميائي رمزه Ar، وهو أحد الغازات النبيلة، عدده الذري 18 ووزنه الذري 39.948. هو غاز يقع في الفصيلة الرئيسية الثامنة (أو الفصيلة 18) إلى أقصى اليمين في الجدول الدوري، ويطلق اسم الغازات الخاملة inert gases أو النادرة rare أو النبيلة noble على مجموعة الغازات الكائنة في هذه الفصيلة، وهذه الغازات - إضافة إلى الأرغون - هي: الهليوم He، النيون Ne، الكريبتون Kr، الزينون Xe، وأثقلها الرادون Rn وهو عنصر جميع نظائره مشعة.

شك كاڤنديش Cavendish عام 1785 بوجود الأرغون في الهواء، ولم يتم التأكد من وجوده إلا في عام 1894 على يد الفيزيائي الإنكليزي جون وليم ستروت John William Strutt (اللورد رايلي Lord Rayleigh) والكيميائي السير وليم رامزي W.Ramsay ، فبعد قياس كثافة بعض الغازات الشائعة وجدا أن كثافة عيّنة من الآزوت (النتروجين) N₂ المأخوذة من الهواء تختلف قليلاً عن كثافة الغاز نفسه المحضَّر من النشادر NH₃، وعندما أزيح النتروجين من عينة «النتروجين الجوي» بتفاعله مع المغنزيوم وتشكيله نتريد المغنزيوم Mg₃ N₂ وجد رايلي ورامزي كمية صغيرة جداً من غاز أحادي الذرة ذي كثافة أعلى بكثير سُمي الأرغون؛ والكلمة تعني باليونانية «الكسول»؛ دلالة على خموله الكيمياوي. واقترح رامزي أن هذا العنصر والعنصر الذي كان مكتشفاً حديثاً آنذاك (وهو الهليوم) ينتميان كلاهما إلى فصيلة جديدة كلياً في الجدول الدوري. ويحوي الهواء الجوي الجاف في الغلاف الجوي 0.94 % من الأرغون حجماً.

يعزى وجود الأرغون بكميات كبيرة - نسبياً- في الهواء (إذا ما قورن بباقي غازات الفصيلة) إلى أن الأرغون ذا العدد الكتلي 40 يتشكل من تفكك البوتاسيوم المشع ذي العدد الكتلي 40 بالتقاط (أسر) إلكترون.

ويكوّن الأرغون 40 مقدار 99.6 % من الأرغون في الهواء الجوي. أما النظيران الآخران فهما الأرغون 36 (0.337%) من الأرغون الجوي والنظير أرغون (38 0.063%). وللأرغون عدة نظائر مشعة تُصنَّع جميعها ولا توجد في الطبيعة، وهذه النظائر لها الأعداد الكتلية 35 و37 و39 و41 و42. ويتحول جزء من الأرغون 40 غير المشع في الهواء بامتصاص النترونات إلى أرغون 41 ذي عمر النصف 110 دقيقة؛ ونظراً لقصر عمر نصفه فليس له خطر يُذكر. ويصادف الأرغون أيضاً في التربة التي تحوي فلزات يورانيوم أو ثوريوم أو راديوم.

أما البنية الالكترونية للأرغون فهي:

، أو: .

ونصف قطر الذرة: 1.7 أنغستروم، وكمون التأين (التشرد) الأول: 1520 كيلو جول/مول، ودرجة الغليان: (-7.581 سo) أما درجة الانصهار فهي:(-2.981 سo)، وانحلاله في الماء 37.9 سم3 في

الدرجة 20سْ ، ونسبة الحرارتين النوعيتين تحت ضغط ثابت Cp وتحت حجم ثابت (Cp/Cv) تساوي 1.65، وكتلة الحجوم من الغاز عند الدرجة صفر سلسيوس وضغط 1 جو 1.7809 (غ/ل).

جزيء الأرغون وحيد الذرة. ويلاحظ أن نسبة الحرارة النوعية للغاز تحت ضغط ثابت إلى حرارتة النوعية تحت حجم ثابت لا تختلف إلا قليلاً عن القيمة النظرية وهي 1.677 للغازات الكاملة (المثالية) الأحادية الذرة. يتحول الغاز إلى سائل لا لون له عند الدرجة (-7.581 سo) وإلى صلب بلوري عند الدرجة (-2.981 سo)، ولا يمكن تمييع الغاز بضغطه فوق الدرجة (-3.221 سo)، وعند هذه الدرجة يتطلب تمييعه ضغطاً قدره 48 ضغطاً جوياً على الأقل. ويستحصل الأرغون من الهواء السائل بالتقطير التجزيئي fractional distillation.

إن الاستعمال الرئيس للأرغون هو توفير جو خامل، فهو يستعمل وسطاً خاملاً في عمليات التعدين التي تجري بدرجة مرتفعة من الحرارة، كما يستعمل في ملء المصابيح الكهربائية؛ إذ إن وجود الغاز الخامل يخفف من سرعة تأكل السلك المتوهج، ويحول دون تبخره ويفضل على الآزوت لأنه أقل نقلاً للحرارة، ويستعمل في أنابيب عدادات غايغر؛ وفي أنابيب الراديو، ويستعمل الأرغون لحماية الإلكترودات في اللِحام الكهربائي القوسي arc welding، وتحتاج المصابيح إلى أرغون بنقاوة 99.99 %. كما يستعمل في الليزرات الغازية. ويستعمل في أحد أنماط مصابيح النيون؛ فالنيون النقي يعطي ضوءاً أحمر في حين يعطي الأرغون ضوءاً أزرق. وأنابيب الأرغون تحتاج إلى فرق كمون أخفض من أنابيب النيون، ولهذا تضاف كميات صغيرة من الأرغون - في بعض الأحيان - إلى النيون. ويستعمل الأرغون السائل - عادة - مذيباً في بعض الدراسات وحاملاً لغازات أخرى في الدراسات الطيفية.

والأرغون كيميائياً خامل جداً، وقد استطاع باحثون في جامعة هلسنكي في عام 2000 الحصول على مركب للأرغون صيغته أرغون فلوروهدريد Argon fluorohydrid (HArF)؛ وذلك بتوجيه الأشعة فوق البنفسجية على الأرغون المجمَّد الذي يحوي كمية صغيرة من فلوريد الهدروجين HF.

تستعمل طريقة «بوتاسيوم - أرغون للتأريخ» لتحديد زمن أصل الصخور بقياس نسبة البوتاسيوم 40 المشع إلى الأرغون 40، وتعتمد هذه الطريقة على التفكك الإشعاعي للبوتاسيوم 40 وتحوله إلى غاز الأرغون 40 في الفلزات والصخور؛ علماً أن عمر نصف البوتاسيوم 40 هو 1.26 بليون سنة، فنسبة الأرغون 40 والبوتاسيوم 40 والكلسيوم المشع 40 إلى البوتاسيوم 40 في فلز أو صخرة يقيس عمر تلك العينة.

وقلما تستعمل طريقة الكلسيوم - بوتاسيوم لتحديد العمر؛ لأن الكلسيوم غير المشع الواسع الانتشار في الفلزات والصخور يطغى على وجود الكلسيوم المشع. ومن ناحية أخرى فإن كمية الأرغون في التربة ضئيلة؛ لأن الأرغون يتسرب منتشراً في الجو في أثناء العمليات المصاحبة لاندفاع البراكين.

وقد أمكن تطبيق طريقة البوتاسيوم - أرغون لتأريخ مجال واسع من الأعمار، فعمر البوتاسيوم - أرغون لبعض الشهب السماوية meteorites يبلغ سنة؛ وعمر الصخور البركانية عشرون ألف سنة فقط.

موفق شخاشيرو

مراجع للاستزادة:

- فيليب ماثيوس، الكيمياء المتقدمة 2 العضوية واللاعضوية، ترجمة هيام بيرقدار، المنظمة العربية للتربية والثقافة والعلوم، دمشق 2000.

- F. A. Cotton et al., Advanced Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons 1999.