Argon

Rozbalit box

Obsah boxu

Argon (chemická značka Ar) je chemický prvek s protonovým číslem 18. Nachází se ve 3. periodě a 18. skupině periodické tabulky prvků. Jedná se o třetí nejrozšířenější plyn v zemské atmosféře, kde tvoří přibližně 0,934 % objemu. Patří mezi vznešené plyny, je bezbarvý, bez zápachu a chuti a vyznačuje se extrémně nízkou chemickou reaktivitou. Díky své netečnosti a relativní dostupnosti má široké uplatnění v průmyslu, vědě i medicíně.

🧪 Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Argon je za standardních podmínek bezbarvý plyn bez chuti a zápachu. Je přibližně 1,4krát hustší než vzduch, což způsobuje, že se v nevětraných prostorách hromadí u země. Jeho teplota varu je 87,3 K (−185,8 °C) a teplota tání 83,8 K (−189,3 °C), což jsou hodnoty velmi blízké hodnotám pro kyslík (90,2 K) a dusík (77,4 K). Tato podobnost bodů varu je klíčová pro jeho výrobu frakční destilací zkapalněného vzduchu.

Ve vodě je argon přibližně 2,5krát rozpustnější než dusík a má podobnou rozpustnost jako kyslík. V pevném stavu krystalizuje v kubické plošně centrované soustavě (fcc), podobně jako většina ostatních vznešených plynů. Při elektrickém výboji v plynu září charakteristickou fialovomodrou barvou, což se využívá v osvětlovací technice a reklamních nápisech.

Chemické vlastnosti

Jako vznešený plyn má argon plně zaplněnou valenční elektronovou slupku (oktet elektronů), což mu propůjčuje mimořádnou chemickou stabilitu a netečnost (inertnost). Za běžných podmínek netvoří stabilní chemické sloučeniny. Jeho název, odvozený z řeckého "argos" (líný, nečinný), přesně vystihuje tuto vlastnost.

Přestože byl dlouho považován za absolutně nereaktivní, v roce 2000 se finským vědcům na Helsinské univerzitě podařilo připravit první známou sloučeninu argonu – fluorohydrid argonu (HArF). Tato sloučenina je však extrémně nestabilní a existuje pouze za velmi specifických podmínek, při teplotách blízkých absolutní nule (−265 °C) v matrici z pevného argonu. Za normálních podmínek se okamžitě rozkládá. Argon může také tvořit klathráty s vodou, kde jsou jeho atomy uvězněny v krystalové mřížce ledu.

⏳ Historie objevů

První náznak existence argonu pochází již z roku 1785, kdy britský vědec Henry Cavendish prováděl experimenty se vzduchem. Snažil se určit jeho přesné složení a po odstranění veškerého dusíku a kyslíku pomocí elektrických jisker si všiml, že vždy zbývá malá bublinka plynu (asi 1/120 původního objemu), která s ničím nereaguje. Cavendish správně usoudil, že se jedná o dosud neznámou, extrémně netečnou složku vzduchu, ale jeho objev byl na více než sto let zapomenut.

K definitivnímu objevu došlo až v roce 1894 ve Spojeném království. Fyzik Lord Rayleigh zjistil, že dusík získaný ze vzduchu má nepatrně vyšší hustotu než dusík připravený chemickou cestou z amoniaku. Po konzultaci s chemikem Sirem Williamem Ramsayem dospěli k závěru, že vzdušný dusík musí obsahovat těžší, neznámý plyn. Ramsay úspěšně zopakoval Cavendishův experiment, izoloval tento plyn a pomocí spektroskopie potvrdil, že se jedná o nový prvek. Za tento objev získali oba vědci Nobelovy ceny – Rayleigh za fyziku (1904) a Ramsay za chemii (1904).

🌍 Výskyt v přírodě

Argon je třetím nejhojnějším plynem v atmosféře Země po dusíku (cca 78 %) a kyslíku (cca 21 %). Jeho objemový podíl činí 0,934 %, což je výrazně více než u ostatních vznešených plynů, jako je neon, helium nebo krypton. Na rozdíl od většiny ostatních prvků v atmosféře pochází téměř veškerý pozemský argon z radioaktivního rozpadu.

Dominantním izotopem na Zemi je ⁴⁰Ar (99,6 %), který vzniká beta rozpadem radioaktivního izotopu draslíku, draslíku-40 (⁴⁰K), s poločasem přeměny 1,25 miliardy let. Tento proces probíhá v zemské kůře a uvolněný argon postupně uniká do atmosféry. Ve vesmíru je naopak nejběžnějším izotopem ³⁶Ar, který vzniká při nukleosyntéze v masivních hvězdách. Přítomnost argonu byla detekována i v atmosférách jiných planet, například na Marsu a Merkuru.

🏭 Průmyslová výroba

Průmyslová výroba argonu probíhá téměř výhradně jako vedlejší produkt při výrobě kapalného kyslíku a dusíku. Základní metodou je frakční destilace zkapalněného vzduchu v kryogenních vzduchových separačních jednotkách. Tento proces využívá rozdílných bodů varu jednotlivých složek vzduchu.

Proces začíná stlačením a ochlazením vzduchu, dokud nezkapalní. Zkapalněný vzduch je poté veden do destilační kolony. Protože argon má bod varu (-185,8 °C) mezi bodem varu dusíku (-195,8 °C) a kyslíku (-183,0 °C), hromadí se ve střední části kolony v zóně obohacené kyslíkem. Z této frakce se následně v další rektifikační koloně odděluje surový argon, který se dále čistí od zbytkového kyslíku a dusíku, obvykle katalytickou reakcí nebo adsorpcí. Celosvětová produkce argonu dosahuje stovek tisíc tun ročně a je přímo závislá na poptávce po kyslíku a dusíku.

💡 Využití a aplikace

Díky své inertnosti a relativně nízké ceně má argon široké spektrum využití v mnoha odvětvích.

Svařování a metalurgie: 🛡️ Argon je nejpoužívanějším ochranným plynem při obloukovém svařování metodami TIG (wolframovou inertní atmosférou) a MIG (kovovou inertní atmosférou). Vytváří inertní atmosféru, která brání oxidaci a jiným chemickým reakcím roztaveného kovu, což zajišťuje vysokou kvalitu sváru. Používá se zejména při svařování nerezových ocelí, hliníku, titanu a dalších reaktivních kovů. V metalurgii se používá k proplachování tavenin pro odstranění rozpuštěných plynů.

Osvětlení: 💡 V klasických žárovkách se argon používá jako náplň, která zpomaluje odpařování wolframového vlákna a výrazně tak prodlužuje jeho životnost. V zářivkách a jiných plynových výbojkách slouží jako startovací plyn a přispívá k charakteristickému světelnému spektru.

Elektronika a polovodiče: 💻 Při výrobě polovodičových součástek se ultračistý argon používá k vytvoření inertní atmosféry při růstu krystalů křemíku a germania, čímž se zabraňuje vzniku nežádoucích defektů v krystalové mřížce.

Potravinářství: 🍇 V potravinářském průmyslu se argon používá jako balicí plyn (s označením E938) pro balení potravin v ochranné atmosféře. Nahrazuje kyslík v obalech, čímž zpomaluje oxidační procesy a prodlužuje trvanlivost produktů, jako jsou saláty, chipsy nebo káva. Ve vinařství se používá k ochraně vína před oxidací po otevření lahve.

Věda a výzkum: 🔬 V laboratořích se argon používá jako nosný plyn v plynové chromatografii a jako plazmový plyn v hmotnostní spektrometrii s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). V archeologii a geologii je klíčová draslík-argonová metoda datování, která na základě poměru ⁴⁰Ar a ⁴⁰K umožňuje určit stáří hornin a minerálů.

Lékařství: ⚕️ V medicíně se argonové plazma využívá v chirurgii (tzv. argonová plazmakoagulace) k rychlému a bezkontaktnímu zastavení krvácení. V kryochirurgii se kapalný argon používá k destrukci nádorových tkání zmražením.

⚛️ Izotopy

Argon má tři stabilní izotopy: ⁴⁰Ar (99,6003 %), ³⁶Ar (0,3365 %) a ³⁸Ar (0,0632 %). Jak bylo zmíněno, drtivá převaha izotopu ⁴⁰Ar na Zemi je důsledkem radioaktivního rozpadu draslíku-40. Většina tohoto draslíku se rozpadá na vápník-40, ale přibližně 11 % přeměn vede ke vzniku argonu-40.

Kromě stabilních izotopů je známa řada radioaktivních izotopů s nukleonovými čísly od 30 do 53. Nejstabilnějším z nich je ³⁹Ar s poločasem přeměny 269 let, který vzniká v atmosféře působením kosmického záření. Využívá se při datování podzemních vod a ledovcových jader. Další významný radioizotop, ³⁷Ar (poločas přeměny 35 dní), se používá při výzkumu neutrin.

⚠️ Bezpečnost a manipulace

Argon je považován za netoxický a chemicky inertní plyn. Hlavní nebezpečí spojené s jeho používáním spočívá v riziku udušení (asfyxie) v uzavřených nebo špatně větraných prostorách. Jelikož je hustší než vzduch, může vytlačit kyslík z úrovně podlahy, což může vést ke ztrátě vědomí a smrti bez varovných příznaků, protože lidské tělo nedokáže detekovat nedostatek kyslíku.

Při manipulaci se zkapalněným argonem je nutné používat ochranné pomůcky, včetně kryogenních rukavic a ochrany očí, protože kontakt s extrémně chladnou kapalinou (−186 °C) způsobuje vážné omrzliny. Tlakové lahve s argonem musí být skladovány a přepravovány v souladu s bezpečnostními předpisy pro stlačené plyny.

📈 Ekonomika a trh

Globální trh s argonem je stabilní a jeho velikost se k roku 2025 odhaduje na více než 450 milionů USD, s předpokládaným dalším růstem. Poptávka je úzce spjata s průmyslovou výrobou, zejména v sektorech metalurgie, výroby oceli a elektroniky. Čína, a Evropská unie jsou největšími spotřebiteli i producenty argonu.

Hlavními hráči na trhu jsou velké nadnárodní společnosti zabývající se výrobou průmyslových plynů, jako jsou Linde plc, Air Liquide a Air Products and Chemicals. Cena argonu je ovlivněna výrobními náklady na separaci vzduchu a logistickými náklady na distribuci. Rostoucí poptávka po vysoce kvalitních ocelích a rozvoj elektronického průmyslu jsou klíčovými faktory budoucího růstu trhu.

⚛️ Pro laiky

Představte si vzduch, který dýcháme, jako velkou společnost na večírku. Většina hostů jsou dusík a kyslík – jsou velmi společenští, neustále se spolu baví a reagují (například když něco hoří nebo rezaví, je to "konverzace" s kyslíkem). Argon je na tomto večírku tichý, samotářský host, který stojí v rohu a s nikým nemluví. Je tam, zabírá místo, ale do ničeho se nezapojuje.

Právě tato jeho "lenost" a neochota reagovat je neuvěřitelně užitečná. Když například svářeč spojuje dva kusy kovu, potřebuje zabránit, aby se horký kov "spřátelil" s kyslíkem ze vzduchu a začal reznout. Proto na něj fouká argon, který vytvoří ochranný štít – takovou neviditelnou bublinu, která kyslík odstrčí a udrží svár čistý a pevný. Podobně v žárovce chrání tenké wolframové vlákno, aby se nespálilo. I když se zdá vzácný, je ho ve vzduchu tolik, že kdybyste naplnili 100 lahví vzduchem, skoro jedna celá by byla plná jen argonu.

Zdroje