کاربرد گاز آرگون در صنعت

اگر کسی از شما بخواهد که سه گاز فراوان در جو زمین را نام ببرید، ممکن است به ترتیب اکسیژن، دی اکسید کربن و نیتروژن را انتخاب کنید. اما این یک واقعیت ناشناخته است که پس از نیتروژن و اکسیژن، سومین گاز فراوان گاز آرگون است و کمتر از 1 درصد از ترکیب جو زمین را تشکیل می دهد. گاز آرگون در دسته گازهای نجیب قرار می گیرد که از لحاظ شیمیایی تمایلی به واکنش با دیگر عناصر ندارند و بی اثر یا خنثی نامیده می شوند. با این حال، بجای عدم استفاده از آنها در صنعت، از ویژگی منحصر بفرد این عناصر برای کاربردهای تجاری استفاده می شود. از کاربردهای گاز آرگون در صنعت می توان به استفاده در لامپ­های نئونی، تعیین سن اشیا تاریخی بعنوان گاز جوشکاری و استفاده در چاپ سه بعدی اشاره کرد. در ادامه با کاربردهای این گاز نجیب آشنا می شویم.

گاز آرگون چیست ؟

همان طور که گفته شد، آرگون یکی از گاز نجیب در جدول تناوبی عناصر است و یک گاز بی رنگ و بی بو است. مقدار آرگون از زمان پیدایش زمین تاکنون همواره در حال افزایش بوده است. زیرا کاهش پتاسیم رادیواکتیو، منجر به تولید این گاز می شود. آرگون به صورت صنعتی از تقطیر هوای مایع به دست می آید. گرچه گاز آرگون در جو زمین فراوان بوده و اکنون به عنوان سومین گاز جوی شناخته شده است اما تا سال 1894 کشف نشده بود. در واقع کشف آرگون نتیجه توجیه تفاوت چگالی نیتروژن استخراج شده از هوا با چگالی نیتروژن حاصل از آمونیاک بود. پس از جداسازی این گاز، مشخص شد که ترکیب جدیدی از هوا استخراج شده است و بدین ترتیب گاز آرگون کشف شد.

گاز آرگون برای جوشکاری

از آرگون برای تشکیل اتمسفرهای بی اثر در جوشکاری قوس الکتریکی، بلورهای نیمه هادی و سایر فرآیندهایی که نیاز به محافظت در برابر گازهای جوی دارند، استفاده می شود. در طول جوشکاری، فرآیند فلزات در معرض دمای بیش از 7000 درجه انجام می شود. در این محدوده دمایی، اغلب فلزات ذوب شده و شرایط لازم برای تشکیل جوش فراهم می‌گردد. گاز آرگون برای محافظت از حوضچه فلز مذاب در برابر عناصر موجود در جو از جمله اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن استفاده می شود. آرگون همچنین نقش مهمی در حفظ پایداری قوس دارد که منجر به افزایش نفوذ جوش، انتقال بهتر سیم پرکننده و ظاهر بهتر جوش می‌شود. برای کاربرد جوشکاری، توصیه می شود که از آرگون با درصد خلوص بالا استفاده شود. زیرا گازهای محافظ مخلوط مانند مخلوط CO2 و آرگون، به خوبی آرگون خالص کار نمی کنند. البته خلوص فوق العاده بالا با درجه پزشکی مورد نیاز نیست.

کاربرد پزشکی

در برخی از روش های جراحی که به آن ها الکتروسرجری گفته می شود، از گاز آرگون برای افزایش اثربخشی فرایند جراحی استفاده می شود که در نتیجه آن، آسیب کمتری به بافت ها وارد شده و خون کمتری از دست می رود. یکی دیگر از کاربردهای گاز آرگون در پزشکی این است که از پلاسمای آرگون به عنوان محیطی برای انتقال جریان فرکانس بالا به بافت انعقادی استفاده می کنند. ویژگی غیر تماسی در این روش، اجازه انعقاد سریع با حداقل دستکاری و ضربه به بافت هدف را می دهد.

کاربرد آرگون در لامپ های فلورسنت و نئونی

از دیگر کاربردهای گاز آرگون در صنعت در لوله های فلورسنت و لامپ های کم مصرف، به منظور جلوگیری از خوردگی رشته لامپ  استفاده می گردد. لامپ های کم مصرف اکثراً حاوی آرگون و جیوه هستند. زمانی که جریان الکتریکی از درون گاز عبور می کند سبب تولید نور یو وی می شود. پوشش داخلی لامپ با نور یو وی فعال شده و روشن می شود. همچنین، در صنعت از گاز آرگون به عنوان پرکننده استاندارد برای لوله های تخلیه نئونی که در تابلوهای تبلیغاتی آشنا هستند استفاده می شود.

تعیین سن اشیا تاریخی

آرگون را می توان همراه با پتاسیم یا K، که عنصر شماره 19 جدول تناوبی است، برای تاریخ گذاری اشیایی با سن حتی 4 میلیارد سال استفاده کرد. پتاسیم معمولاً دارای 19 پروتون و 21 نوترون است که جرم اتمی آن تقریباً برابر با آرگون است (کمتر از 40) اما با ترکیب متفاوتی از پروتون و نوترون. هنگامی که یک ذره رادیواکتیو به نام ذره بتا با پتاسیم برخورد می کند، می تواند یکی از پروتون های هسته پتاسیم را به نوترون و خود اتم را به آرگون (18 پروتون، 22 نوترون) تبدیل کند. این فرایند با سرعتی قابل پیش بینی و ثابت در طول زمان رخ می دهد. بنابراین، اگر باستان شناسان با مقایسه نسبت آرگون به پتاسیم موجود در یک جسم تاریخی با یک جسم جدید، می توان سن تقریبی آن را تخمین زد.

کاربرد در چاپ سه بعدی

از دیگر کاربردهای گاز آرگون در صنعت در طول گرم شدن و سرد شدن سریع مواد مورد استفاده در چاپ، گاز آرگون از اکسید شدن فلزات و سایر واکنش ها جلوگیری می کند.

کاربرد در تولید فلزات

آرگون همانند نقشی که در جوشکاری دارد، می‌تواند در تولید فلزات نیز استفاده شود، زیرا از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند و گازهای ناخواسته مانند مونوکسید کربن را از محیط دور می کند.

کاربرد های دیگر آرگون

به طور کلی آرگون زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که جوی بدون واکنش شیمیایی و بی اثر نیاز باشد. از این گاز برای تولید تیتانیوم و دیگر عناصر واکنش پذیر استفاده می شود. لاستیک ماشین های لوکس نیز گاه با آرگون پر می شود تا از سر و صدای جاده بکاهد.

آیا آرگون خطرناک است؟

آرگون یک گاز ایمن است اما نگرانی هایی در مورد آن وجود دارد که در صورتی که با این گاز سرو کار دارید لازم است از آن ها آگاه باشید.  این گاز غیر سمی و غیر قابل اشتعال است. آرگون در مخزن فشرده  عرضه می شود و هنگام کار با این مخازن پروتکل ایمنی مناسب باید رعایت شود. چگالی آرگون 38 درصد بیشتر از هوا است، بنابراین هنگام کار در فضاهای بسته باید از مناسب بودن تهویه هوا اطمینان حاصل شود.  چرا که پخش مقدار زیادی از آن در هوا درعین این که توهم تنفس عادی برای فرد ایجاد می کند اما در واقع مانع از اکسیژن رسانی به بدن شده و منجر به سرگیجه، تهوع، استفراغ، بیهوشی و مرگ می شود.

منابع: byjus ، sunstonewelders، sciencing