Características del argón
- Símbolo: Ar
- Masa atómica: 39,948 ± 0,001 u
- Número CAS: 7440-37-1
- Configuración electrónica: [Ne] 3s2 3p6
- Número atómico: 18
- Grupo: 18
- Bloque: Bloque p
- Familia de elementos: Gas noble
- Punto de fusión: −189,36 °C
Argón
El argón, elemento atómico n°18 de símbolo Ar: sus propiedades principales, sus isótopos, sus compuestos, su producción, su historia y sus peligros.
Incoloro, inodoro e insípido, el argón es un gas inerte. Se encuentra naturalmente en la atmósfera en una proporción del 0,93% en volumen. Constituye el tercer gas más abundante en la atmósfera. Se utiliza comúnmente en diversas aplicaciones industriales. Esto incluye la fabricación de tubos fluorescentes, lámparas de neón y sistemas de climatización. También se utiliza en la industria alimentaria. Sirve para llenar botellas de vino y en el envasado al vacío. Además, se encuentra en hornos de arco eléctrico de grafito. Este material se preserva de la combustión.
Representado por el símbolo Ar, figura en la tabla periódica. Tiene el número atómico 18. El argón también tiene la particularidad de pertenecer a la familia de los gases raros o gases nobles. Esta categoría incluye, entre otros, el neón, el helio, el kriptón, el radón y el xenón.
El argón se presenta en varios tipos. El argón 36 compone gran parte del universo. Se produce en las supernovas a través del proceso de nucleosíntesis estelar. En cuanto a la corteza terrestre, contiene esencialmente argón 40. Se trata de un nucleido radiogénico. Este elemento químico resulta de la desintegración del potasio 40.
El nombre del elemento químico argón viene del griego antiguo, argos. Significa “inactivo” o “inerte”, en referencia al hecho de que el argón es un gas inerte. Su composición electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6, es decir, una capa de valencia saturada. Esto hace que este halógeno sea estable, impidiéndole formar enlaces covalentes. Su temperatura de punto triple es de 83,805 8 K. Se utiliza como punto de referencia en la escala internacional de temperatura de 1990 (ITS-90).
La producción industrial del argón comienza con el tratamiento térmico del aire. Tiene como objetivo separar los diferentes gases que lo componen. Estos últimos se separan luego utilizando una técnica de adsorción criogénica. Permite separar el argón de los otros gases cuando está a temperaturas muy bajas. Se comprime y enfría para transformarlo en fluido líquido. Este se destila y purifica mediante filtros especiales para eliminar las impurezas. El fluido líquido se comprime nuevamente y se transforma en gas a presión. Puede utilizarse en diversas aplicaciones industriales.
Propiedades principales del argón
El argón es un gas noble inerte y no tóxico en estado natural. Está presente en estado de traza en la atmósfera terrestre. Esto significa que no reacciona fácilmente con otros elementos. El argón tiene muchas propiedades interesantes. Tiene, por ejemplo, una densidad relativamente baja y es muy estable a altas temperaturas. Además, constituye un muy buen aislante térmico y posee una conductividad térmica baja. Es un excelente material para el aislamiento y la protección térmica.
La solubilidad del argón en agua es casi equivalente a la del oxígeno. Sin embargo, es 2,5 veces más importante que la del nitrógeno.
Los experimentos muestran que el argón puede formar compuestos químicos bajo ciertas condiciones fuera del equilibrio. Por ejemplo, el fluorohidruro de argón, HArF, ha sido sintetizado por fotólisis de HF. Esta se realiza en una matriz criogénica de yoduro de cesio y argón. Esta molécula permanece estable a temperaturas inferiores a 27 K (-246,15 °C).
Del argón, es posible formar estructuras llamadas “clatratos” en el agua. Este proceso es posible cuando sus átomos quedan atrapados en la red tridimensional del hielo. Por otra parte, existen iones poliatómicos que contienen argón. Esto incluye el catión hidruro ArH+, así como exciplejos entre los mismos átomos de argón. Se trata principalmente de los átomos Ar2* y ArF*. Los compuestos que presentan enlaces estables entre el argón y el carbono son susceptibles de ser sintetizados.
Isótopos del argón
El argón 40 (40Ar) representa el 99,6% de todos los isótopos de argón presentes en la corteza terrestre. Se trata del argón 36 (36Ar) 0,34% y del argón 38 (38Ar) 0,06%. La desintegración espontánea del potasio 40 (40K) produce 11,2% de argón 40 por emisión de positrón. También se obtiene por captura electrónica. Este proceso permite también producir 88,8% de calcio 40 (40Ca) por desintegración β−. El período radiactivo de este elemento es de 1,25 mil millones de años.
La datación por potasio-argón permite determinar la edad de las rocas. Este procedimiento se basa en la duración y la relación entre los subproductos formados. En el subsuelo, se obtiene el argón 39 a partir del potasio 39. Se produce por captura neutrónica, seguida de una emisión de protón. En la atmósfera terrestre, el argón 39 se genera principalmente por la interacción de la radiación cósmica con el argón 40. Termina con una doble emisión de neutrón.
Los compuestos isotópicos del argón difieren según el sistema solar. En las rocas, el potasio 40 se desintegra radiactivamente y produce argón 40. Se trata de la principal sustancia en las atmósferas telúricas en Venus, la Tierra y Marte. En cambio, el viento solar ha mostrado que en los planetas gigantes, la abundancia relativa de los isótopos 36Ar : 38Ar : 40Ar es de 8 400 : 1 600 : 1. Se forman por nucleosíntesis estelar, principalmente a partir del argón 36. Este se crea por captura neutrónica seguida de una desintegración alfa. Además, el argón 37 se produce durante ensayos nucleares subterráneos a partir del calcio 40. Tiene un período radiactivo de 35 días.
La concentración de argón de la atmósfera terrestre se eleva a 9 340 ppm. Representa el 0,934% de la totalidad de la fracción volumétrica. La atmósfera de Mercurio contiene una pequeña cantidad, solo 0,07 ppm. La concentración en la de Venus es más elevada, a 70 ppm. Sin embargo, Marte muestra la mayor proporción, con 19.300 ppm, es decir, el 1,93% de la atmósfera.
El argón 40 radiogénico es el principal componente de la atmósfera terrestre. Esto explica por qué su masa atómica de 39,95 u es superior en 0,85 u a la del potasio. Dmitri Mendeleiev estableció su tabla periódica de los elementos en 1894. Se dio cuenta de que el argón se sitúa entre el potasio y el calcio. La diferencia de masa atómica entre el cloro y el potasio era sin embargo de 3,65 u. Este enigma fue resuelto más tarde por Henry Moseley. Estudió largamente los diferentes elementos químicos. Demostró en 1913 que había que tener en cuenta el número atómico creciente más que la masa atómica creciente.
El argón está presente en gran cantidad en la atmósfera en comparación con los otros gases nobles. Hay 9.340 ppm de argón, mientras que la cantidad de helio se eleva a 5,24 ppm. Para el neón, es de 18,18 ppm. En cuanto al kriptón y el xenón, su cantidad es de 1,14 ppm y de 0,087 ppm. Esta abundancia puede explicarse por el argón 40 radiogénico. La abundancia de este elemento es de 31,5 ppm (es decir, el 0,337% de lo que está contenido en la atmósfera). Esta cantidad es comparable a la del neón.
Compuestos del argón
El argón está dotado de un átomo, cuya capa de valencia está saturada de electrones. También está compuesto de subcapas p y s completas. Estas características son el origen de la estabilidad de este elemento químico. Lo hacen también inerte, ya que no puede formar ningún enlace químico con otros átomos. Hasta 1962, la formación de compuestos químicos a partir de los gases nobles se consideraba improcedente. Sin embargo, en el mismo período aparece la química de los gases nobles. Esta se debe a la síntesis del hexafluoroplatinato de xenón20 XePtF6.
En 1975, los investigadores publicaron su descubrimiento concerniente al argón. Se trataba de su primer compuesto, el pentacarbonilo de tungsteno. Su fórmula química es W(CO)5Ar. Sin embargo, otros estudios cuestionan la existencia real de este compuesto.
Se descubrió durante una síntesis de fluorohidruro de argón HArF en la Universidad de Helsinki. El proceso se realizó vía una fotólisis ultravioleta de fluoruro de hidrógeno HF. Se desarrolló en una matriz criogénica de argón Ar y yoduro de cesio CsI. El fluorohidruro de argón HArF es estable cuando está expuesto a una temperatura inferior a 27 K o (-246,15 °C). También ha sido identificado por espectroscopia infrarroja. Los científicos determinaron así la posibilidad de formar componentes débilmente ligados a partir del argón.
Se observó, en 2009, que el dianión metaestable ArCF22+ equivale al fluoruro de carbonilo COF2. Lo mismo ocurre con el fosgeno COCI2. Este cuerpo isoelectrónico puede, por lo tanto, permitir crear un enlace carbono-argón. El ion molecular 36ArH+ corresponde al catión hidruro del argón 36 (argonio). Su presencia ha sido detectada a nivel de la nebulosa del Cangrejo, particularmente en el medio interestelar. Tiene la particularidad de ser el primer compuesto de gas noble detectado en el espacio.
La fórmula del hidruro de argón sólido Ar(H2)2. Este compuesto de van der Waals posee una estructura cristalina similar a la fase de Laves MgZn2. Para formarse, necesita presiones comprendidas entre 4,3 y 220 GPa. Sin embargo, pruebas con espectroscopia Raman muestran la disociación de las moléculas H2 del compuesto Ar(H2)2. Estas están por encima de 175 GPa.
Producción industrial y aplicaciones
La producción del argón se hace vía un proceso industrial. Se trata particularmente de una destilación fraccionada de aire licuado. Este proceso se realiza en unidades criogénicas específicas. Tiene como objetivo separar el nitrógeno líquido. Este elemento hierve a 77,3 K, el punto de ebullición del argón es de 87,3 K. En cuanto al oxígeno líquido, solo entra en ebullición a 90,2 K. A título informativo, la producción media de argón es de 700.000 toneladas por año en todo el mundo.
Muchas propiedades del argón explican la utilización del argón en diferentes aplicaciones industriales:
- constituye una alternativa económica al nitrógeno;
- se considera un gas inerte en el plano químico;
- tiene numerosas propiedades electrónicas, incluyendo el espectro de emisión y la ionización;
- tiene una baja conductividad térmica.
Muchos otros gases poseen las mismas propiedades. Los industriales pueden por lo tanto utilizarlos. Sin embargo, el argón sigue siendo el producto más barato en el mercado. De hecho, se considera un subproducto en comparación con el nitrógeno y el oxígeno.
Aplicaciones industriales del argón
Numerosos procesos industriales requieren una alta temperatura elevada. Sin embargo, la mayoría de las sustancias químicas inertes se vuelven reactivas cuando alcanzan su umbral límite. Por lo tanto, es preferible utilizar argón. Este gas inodoro permite efectivamente crear una atmósfera segura en los hornos eléctricos con electrodos de grafito. Este material podría efectivamente incendiarse.
En otros casos, el oxígeno o el nitrógeno podría dañar el material. Los industriales prefieren así utilizar argón. Este elemento químico es más adecuado para realizar trabajos de soldadura por arco. Esto incluye, entre otros, la soldadura TIG y la soldadura MIG-MAG. El argón conviene igualmente al tratamiento de elementos reactivos como el titanio. Sirve también para producir cristalinas de calidad. La atmósfera de argón favorece el crecimiento de los cristales de germanio y de silicio.
El argón encuentra su lugar en la industria avícola, en el proceso de sacrificio de aves de corral. Este gas permite crear una atmósfera controlada que permite asfixiar a los animales en el marco de un sacrificio masivo. Este procedimiento se utiliza principalmente después de la detección de una enfermedad que afecta a varios individuos. Constituye, por otra parte, una excelente alternativa a la electronarcosis. En efecto, el argón permanece cerca del suelo debido a su densidad en comparación con el aire. Además, contribuye a la conservación de los alimentos sustituyendo parcialmente al oxígeno. No presenta ningún riesgo sanitario, ya que no es nocivo.
Numerosas investigaciones se han efectuado para encontrar aplicaciones útiles al argón. De esta manera, los científicos han podido desarrollar un extintor fiable y eficaz. El argón constituye efectivamente uno de los principales componentes del líquido contenido en los extintores. Estos se utilizan generalmente para apagar incendios eficazmente. Contribuyen así a la protección de los equipos frágiles y de valor. Esto incluye, entre otros, los servidores informáticos. Los extintores estándar a base de espuma o agua podrían dañarlos.
Aplicaciones médicas del argón
El argón encuentra su lugar en el sector médico, particularmente en los procedimientos de criocirugía. La crioablación consiste en utilizar argón líquido. Sirve para destruir células dañadas como las células cancerosas. Este gas también se utiliza en electrocirugía. Forma parte del procedimiento de coagulación mejorada por argón. Sin embargo, los médicos la practican muy raramente. Efectivamente puede conllevar un riesgo de embolia gaseosa. Se ha registrado una muerte desde la utilización de este método.
La sutura de las arterias requiere, por otra parte, el dominio de las técnicas apropiadas. Los médicos pueden utilizar láseres azules de argón. Este tipo de material sirve igualmente para eliminar los tumores en cirugía ocular. También puede ser utilizado en el marco de la electrocoagulación por vía endoscópica. Este procedimiento permite suturar las lesiones que originan las hemorragias digestivas.
Se han efectuado investigaciones con el objetivo de reemplazar el nitrógeno por el argón en el gas respiratorio, que es el Arfox. Favorece la eliminación del nitrógeno que se ha disuelto en la sangre.
Investigación científica
Los científicos necesitan argón líquido para realizar investigaciones sobre la materia oscura. También lo necesitan para la detección de neutrinos. Al interactuar con los núcleos de los átomos de argón, los hipotéticos WIMPs producen centelleo. Esta reacción puede observarse mediante tubos fotomultiplicadores.
También se producen electrones por ionización durante estas interacciones. Hay que utilizar detectores de dos fases para detectar estos elementos. Las herramientas utilizadas contienen argón gaseoso.
El índice de centelleo del argón líquido es tan elevado como para los otros gases nobles licuados. Este es de aproximadamente 51 fotones/keV. Por lo tanto, es más fácil purificarlo. Su costo es relativamente más asequible que el del xenón. Facilita la diferenciación entre las interacciones nucleares y las interacciones electrónicas.
En cambio, la radioactividad β es elevada debido a la presencia del argón 39. Solo el argón procedente del subsuelo terrestre contiene una pequeña cantidad. Por lo tanto, su duración de radioactividad es de solo 269 años.
El argón 39 ha hecho posible, entre otras cosas, la datación de los testigos de hielo y de las aguas subterráneas en la Antártida. En cuanto a la datación radiométrica, se efectúa con una mezcla de argón-argón o potasio-argón. Esta técnica se utiliza sobre todo para datar rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias.
Conservante
Conocido con el nombre de E398, el argón se utiliza en la industria alimentaria como conservante. Sirve para eliminar la humedad y el oxígeno presentes en el envase. De esta manera, la fecha de caducidad es más larga. La hidrólisis así como la oxidación del aire constituyen las principales reacciones que originan la degradación de los productos alimenticios. Este gas inerte también se utiliza como agente conservante para el poliuretano, los barnices y las pinturas.
El argón interviene igualmente en el proceso de vinificación. Previene la oxidación del vino protegiéndolo del oxígeno. Este elemento químico impide, entre otras cosas, la formación de bacterias, en concreto las bacterias acéticas. Su interacción transforma efectivamente el vino en vinagre.
Equipos de laboratorio
Debido a su coste asequible, el argón es a menudo elegido como gas inerte para cajas de guantes y rampas de vacío. Comparado con el nitrógeno, también tiene la ventaja de ser más denso que el aire. Su uso es, por otra parte, más simple y más práctico.
El argón también se utiliza como gas portador en el proceso de cromatografía. Lo mismo ocurre con la ionización por electronebulizador y la espectrometría de plasma de acoplamiento inductivo.
Iluminación
El filamento de una lámpara incandescente puede oxidarse en contacto con el aire a alta temperatura. La bombilla está por tanto llena de argón para evitar este tipo de interacción. Este gas noble también está presente en los calorímetros en física de partículas y en las lámparas de plasma. Se utiliza efectivamente debido a su radiación por ionización.
El argón puro está presente en las lámparas de descarga. Por lo tanto, se obtiene una luz violeta pálido. Esta se vuelve azul cuando se añade mercurio al argón. El mismo procedimiento se utiliza en la fabricación de láseres iónicos verdes y azules.
Aplicaciones diversas
Teniendo un buen rendimiento térmico, el argón se utiliza en el proceso de fabricación de carpintería de doble acristalamiento. Permite, entre otras cosas, llenar los trajes estancos. Estos equipos resultan indispensables para el buceo con escafandra.
En el sector de la astronomía, el argón sirve de propulsor para los VASIMR. También encuentra su lugar en el armamento aéreo. En efecto, permite enfriar la cabeza de los misiles, como el AIM-9.
En atletismo, el argón simula la hipoxia. Se considera como un dopante al igual que el xenón. Por lo tanto, figuró en la lista de sustancias prohibidas entre 2014 y 2020 establecida por la Agencia Mundial Antidopaje.
Historia y etimología del argón
La palabra argón deriva del griego antiguo Argos. El prefijo “a” significa “sin” y la palabra “ergon” se traduce como “trabajo”. El nombre de este gas se refiere por tanto a su carácter inerte.
Henry Cavendish ya había sospechado su presencia en la atmósfera en 1785. Sin embargo, fueron Sir William Ramsay y Lord Rayleigh quienes lo descubrieron en 1894. Estos investigadores del University College comunicaron públicamente su descubrimiento el 31 de enero de 1895. El argón tenía el símbolo químico A hasta 1957.
Procedieron a una destilación fraccionada del aire licuado. Constataron que el nitrógeno producido químicamente era más ligero que el argón en un 0,5%. Gracias a sus estudios, pudieron producir argón en gran cantidad en 1898. Estos también les permitieron descubrir el xenón y el neón. W.N. Hartley y H.F. Newall también observaron la presencia del argón en 1882. El espectro de emisión del aire extraído les era desconocido.
Peligros
Al igual que el helio, el uso del argón en pequeña cantidad es seguro. Sin embargo, es 38 veces más denso que el aire. Una inhalación en gran cantidad provocaría asfixia.
