اگر در کار جوشکاری، شیشه دوجداره، روشنایی، تجهیزات پزشکی یا فروش گازهای صنعتی باشید، حتماً اسم «گاز آرگون» زیاد به گوشتان خورده است. آرگون گازی بیرنگ، بیبو، بیاثر و غیرقابل اشتعال است که عمدتاً از تقطیر جزءبهجزء هوای مایع به دست میآید و بهعنوان یک گاز محافظ و عایق، نقش مهمی در صنعت ایفا میکند. از لامپها و اسپکترومترها گرفته تا جوشکاری TIG و رشد کریستالهای سیلیسیوم، رد پای آرگون را میبینیم. در این مقاله، آرگون را از صفر تا صد بررسی میکنیم: خواص فیزیکی و شیمیایی، ایزوتوپها، کاربردها، اثرات بر سلامت و محیطزیست، مقایسه با گازهای دیگر و در نهایت راهنمای انتخاب و خرید برای کاربردهای مختلف.
آرگون یک عنصر شیمیایی با نماد Ar و عدد اتمی ۱۸ است و در گروه ۱۸ جدول تناوبی، یعنی گروه گازهای نجیب قرار میگیرد. این گاز برای مدتها «ناشناخته» بود تا اینکه در سال ۱۸۹۴ توسط لرد ریلی (Lord Rayleigh) فیزیکدان انگلیسی و ویلیام رمزی (William Ramsay) شیمیدان اسکاتلندی کشف شد. آنها متوجه شدند ترکیب هوا با نیتروژن خالص تفاوت دارد و در نهایت موفق به جداسازی گازی شدند که بسیار «ساکن» و بیواکنش بود؛ این گاز را «آرگون» نامیدند که در یونانی به معنای «تنبل/غیرفعال» است.
آرگون در شرایط عادی:بیرنگ، بیبو و بیمزه است، بهصورت گاز در دمای اتاق وجود دارد، و وقتی تحت ولتاژ الکتریکی بالا در لامپها قرار میگیرد، به رنگ آبی روشن متمایل به بنفش در میآید؛ به همین دلیل در بسیاری از لامپهای تخلیه گازی و فلورسنت از آن استفاده میشود.
در اتمسفر زمین، حدود ۰٫۹۳–۰٫۹۴ درصد حجم هوا را آرگون تشکیل میدهد و به این ترتیب بعد از نیتروژن و اکسیژن، سومین گاز فراوان جو است. در اتمسفر مریخ نیز حدود ۱٫۶ درصد آرگون-۴۰ و مقدار کمی (در حد ppm) آرگون-۳۶ گزارش شده است.
آرگون نمونهی کلاسیک یک گاز نجیب و بیاثر است. لایه الکترونی آخرش کامل است، بنابراین تقریباً هیچ تمایل شیمیایی برای تشکیل ترکیب ندارد؛ به همین خاطر تا امروز ترکیب پایدار شیمیایی رایجی از آرگون در شرایط معمول شناخته نشده است و مشابه گازهای کریپتون، زنون و رادون، نقش اصلیاش فراهم کردن محیطی خنثی است.
بر اساس دادههای علمی و اطلاعاتی که دادی، میتوان ویژگیهای مهم آرگون را اینگونه خلاصه کرد:
| ویژگی | مقدار / توضیح |
|---|---|
| نماد شیمیایی | Ar |
| عدد اتمی | ۱۸ |
| جرم اتمی | ۳۹٫۹۴۸ |
| گروه در جدول تناوبی | ۱۸ (گازهای نجیب) |
| دوره تناوبی | ۳ |
| حالت استاندارد | گاز |
| رنگ | بیرنگ |
| بو | بیبو |
| دانسیته در شرایط استاندارد | حدود ۱٫۷۸۳۸ kg/m³ (سنگینتر از هوا) |
| نقطه ذوب | °C ۱۸۹٫۲- |
| نقطه جوش | °C ۱۸۵٫۷- |
| گرمای تبخیر | ۶٫۵۲ kJ/mol |
| گرمای ویژه | ۰٫۵۲۰ J/g·K |
| انرژی یونیزاسیون اول | حدود ۱۵۲۰ kJ/mol |
| آرایش الکترونی | 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶ |
این ویژگیها نشان میدهند که آرگون در دمای معمولی گاز است، نسبت به هوا سنگینتر است، در دماهای بسیار پایین مایع میشود و یونیزهکردن آن (گرفتن الکترون) نیازمند انرژی نسبتاً بالاست؛ چیزی که در طراحی تجهیزات الکتریکی و لامپها اهمیت دارد.
همانطور که اکسیژن در آب حل میشود، آرگون نیز قابلیت حلالیت در آب دارد، هرچند این حلالیت کم است و از نظر زیستی نقش شناختهشدهای ندارد. بخشی از آرگون موجود در دریاها و دریاچهها از همین انحلال در آب بهدست میآید.
آرگون در طبیعت ترکیبی از چند ایزوتوپ پایدار و ناپایدار است:
ایزوتوپهای رادیواکتیو مهم:
در مجموع، ۳ ایزوتوپ پایدار و بیش از ۱۲ ایزوتوپ رادیواکتیو برای آرگون شناسایی شده است. بخش عمده آرگون جو از تجزیه رادیواکتیو پتاسیم-۴۰ در پوسته زمین به وجود آمده و به تدریج وارد جو شده است.
آرگون صنعتی معمولاً از تقطیر جزءبهجزء هوای مایع تولید میشود. مراحل کلی:
در اتمسفر زمین، حدود ۰٫۹۴٪ آرگون وجود دارد و همین «مقدار کم اما پایدار» منبع اصلی تولید صنعتی آن است. آرگون معمولاً در سیلندرهای تحت فشار یا بهصورت آرگون مایع در مخازن کرایوژنیک به آزمایشگاهها و صنایع ارسال میشود، نه بهصورت گاز آزاد.
| نوع گرید / خلوص | خلوص تقریبی | کاربردهای رایج |
|---|---|---|
| آرگون صنعتی عمومی | ≈ ۹۹٫۹٪ | جوشکاری عمومی، پر کردن فضاهای صنعتی |
| آرگون گرید جوشکاری | ۹۹٫۹۹٪ و بالاتر | جوشکاری TIG/MIG حساس، استیل و آلومینیوم |
| آرگون گرید پزشکی/تحقیقاتی | ۹۹٫۹۹۹٪ و بالاتر | لیزر، اسپکترومترها، آزمایشگاهها |
| آرگون مایع صنعتی | مشابه گرید صنعتی | مصارف بزرگ صنعتی و تحقیقاتی |
در هر فرآیند جوشکاری برقی، یک حوضچه فلز مذاب ایجاد میشود که اگر در معرض هوای معمولی قرار بگیرد، سریع با اکسیژن و نیتروژن واکنش میدهد؛ نتیجهاش پوکی، ترک، تغییر رنگ و جوش ضعیف است. اینجاست که گاز آرگون وارد بازی میشود؛ گاز بیاثری که مثل یک «پتو محافظ» روی حوضچه مذاب مینشیند و اجازه نمیدهد هوا به آن برسد. به همین دلیل در اکثر فرآیندهای جوشکاری حرفهای، آرگون بهعنوان گاز محافظ پایه حضور دارد.
در هر دو روش، ثبات قوس، شکل حوضچه، میزان پاشش (اسپاتر) و ظاهر نهایی جوش به نوع و کیفیت گاز محافظ شدیداً وابسته است. آرگون اینجا نقش «ستون فقرات» را دارد.
استفاده از آرگون خالص یا پایهآرگون در جوشکاری این مزایا را دارد:
به همین دلیل، در بسیاری از کارگاهها وقتی میگویند «سیلندر آرگون»، در واقع منظورشان آرگون خالص یا مخلوطهای پایهآرگون است.
بهطور کلی، میتوان این الگو را برای انتخاب گاز محافظ در نظر گرفت:
| نوع گاز محافظ | کیفیت ظاهری جوش | نفوذ جوش | پاشش | هزینه تقریبی | مناسب برای |
|---|---|---|---|---|---|
| آرگون خالص | بسیار تمیز | متوسط | بسیار کم | بالا | آلومینیوم، استیل، کارهای دقیق |
| آرگون + CO₂ | خوب | خوب | متوسط | متوسط | فولاد کربنی و سازهها |
| CO₂ خالص | متوسط تا پایین | خوب | زیاد | پایین | برخی کارهای پرسرعت ارزان |
| آرگون + هلیوم | عالی | بالا | کم | بسیار بالا | آلومینیوم ضخیم و قطعات خاص |
آرگون در بسیاری از لامپهای الکتریکی و فلورسنت با فشاری حدود ۴۰۰ پاسکال استفاده میشود. وقتی ولتاژ بالا به لامپ وارد میشود، گاز آرگون یونیزه شده و نور آبی روشن متمایل به بنفش تولید میکند. این ویژگی باعث شده در لامپهای فلورسنت،لامپهای گرم و مشتعل (Globe ها)،برخی لامپهای تابلویی و تزئینی بهعنوان گاز پرکننده بهکار رود.
از آرگون بهعنوان گاز محافظ در تولید و برش تیتانیوم و دیگر فلزات واکنشپذیر، رشد کریستالهای سیلیسیوم و ژرمانیوم برای نیمههادیها، بستهبندی قطعات الکترونیکی حساس، استفاده میشود تا از اکسید شدن و واکنشهای ناخواسته جلوگیری شود. همچنین آرگون در برخی فرآیندهای عکاسی قدیمی و تجهیزات نوری نقش داشته است.
آرگون بهعنوان گاز حامل، گاز محافظ یا محیط تخلیه در بسیاری از تجهیزات تحلیلی و آزمایشگاهی استفاده میشود، مثل اسپکترومتر جرمی، کروماتوگرافی مایع و گازی، اسپکترومتر نشری، دستگاه جذب اتمی، میکروسکوپهای خاص، دستگاههای X-Ray، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) و سیستمهای مادون قرمز.
در بخش در و پنجره، آرگون بیشتر بهعنوان گاز عایق شناخته میشود.
وقتی فضای بین دو شیشه با آرگون پر میشود ضریب انتقال حرارت کاهش مییابد، عملکرد عایق حرارتی پنجره بهتر میشود، مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش ساختمان کاهش مییابد، و تا حدی عایق صوتی نیز بهبود مییابد.
| گاز داخل شیشه | کارایی عایق حرارتی | هزینه نسبی | توضیح |
|---|---|---|---|
| هوای معمولی | متوسط | پایین | گزینه پایه و ارزان |
| آرگون | خوب تا بسیار خوب | متوسط | توازن عالی بین قیمت و عملکرد |
| کریپتون | بسیار خوب | بالا | برای پنجرههای بسیار خاص و گرانقیمت |
در بعضی لیزرهای پزشکی و تجهیزات درمانی، آرگون بهعنوان محیط گازی بهکار میرود. بهویژه در درمانهای چشمی و برخی جراحیهای دقیق، لیزر آرگون نقش مهمی دارد.
آرگون بهعنوان یک گاز بیاثر در بستهبندی مواد غذایی حساس به اکسیداسیون (مانند قهوه و آجیل)، پر کردن محفظههای نگهداری آثار هنری و اسناد تاریخی، استفاده میشود تا از واکنش با اکسیژن و رطوبت جلوگیری کند و ماندگاری و کیفیت را افزایش دهد.
ایمنی گاز آرگون و اثرات آن بر سلامت انسان
آرگون از نظر شیمیایی سمی نیست، اما از نظر ایمنی در دسته گازهای خفهکننده (Asphyxiant) قرار میگیرد؛ یعنی اگر در یک فضای بسته جمع شود، با گرفتن جای اکسیژن میتواند باعث خفگی شود. مشکل از خود آرگون نیست، از کمشدن اکسیژن است؛ و خطرناکترین نکته اینکه آرگون هیچ بو، رنگ یا طعمی ندارد و شما معمولاً قبل از بروز علائم، چیزی حس نمیکنید.
در محیطهای صنعتی که آرگون مصرف یا تصفیه میشود، احتمال این وجود دارد که غلظت آن در هوا افزایش یابد. وقتی آرگون جای اکسیژن را بگیرد: بدن اکسیژن کافی دریافت نمیکند،مغز و عضلات دچار کمبود اکسیژن میشوند،و فرد بدون اینکه متوجه بوی خاص یا تحریک تنفسی شود، وارد فاز خفگی میگردد.
علائم اولیه کمبود اکسیژن و خفگی با آرگون:
با ادامه کاهش اکسیژن:
نکته مهم: این روند در محیطهایی که اکسیژن خیلی سریع پایین میآید، میتواند در حد چند ثانیه تا چند دقیقه اتفاق بیفتد.
آرگون مایع در دمای حدود ۱۸۶- درجه سانتیگراد نگهداری میشود. تماس مستقیم آن با پوست یا چشم باعث یخزدگی (Frostbite) میشود، پوست ابتدا سفید/کدر میشود، احساس سوزش و بیحسی ایجاد میشود، و در صورت تماس طولانی، میتواند به تاول، آسیب بافتی و نکروز منجر شود.
در صورت تماس آرگون مایع:
| وضعیت/کار | اقدام ایمنی توصیهشده |
|---|---|
| کار در فضای بسته | نصب سنسور اکسیژن، سیستم تهویه، آموزش کارکنان درباره خفگی با گاز خنثی |
| انبار سیلندرهای آرگون | نگهداری عمودی، مهار با زنجیر یا بست، محیط خشک و با تهویه مناسب |
| حمل سیلندر | استفاده از ترالی مناسب، بستن درپوش شیر، بلند نکردن با دست از کلاه سیلندر |
| نصب و اتصال رگولاتور | استفاده از رگولاتور استاندارد، تست نشتی با کف صابون، عدم روغنکاری اتصالات |
| کار با آرگون مایع | استفاده از دستکش کرایوژنیک، عینک و شیلد صورت، کفش و لباس پوشیده |
| ورود به فضای مشکوک به نشتی | تست اکسیژن، عدم ورود تنها، آماده داشتن طرح واکنش اضطراری |
این توصیهها جنبهی عمومی دارند و جایگزین پروتکلهای حرفهای HSE و پزشکی نیستند.
از نظر اکولوژیک و زیستمحیطی، آسیب خاصی برای آرگون گزارش نشده است:
برای بسیاری از مصرفکنندگان صنعتی، سؤال اصلی این است: «آرگون، نیتروژن یا هلیوم؟».
| ویژگی / گاز | آرگون (Ar) | نیتروژن (N₂) | هلیوم (He) |
|---|---|---|---|
| نوع گاز | نجیب، تکاتمی | دو اتمی، نسبتاً خنثی | نجیب، تکاتمی |
| چگالی نسبت به هوا | ≈ ۱٫۳۸ برابر هوا | تقریباً برابر هوا | بسیار سبکتر از هوا |
| درصد در جو | ~۰٫۹۳٪ | ~۷۸٪ | بسیار کم |
| هدایت حرارتی | پایین | متوسط | بسیار بالا |
| قیمت نسبی | متوسط | پایین | بالا |
| کاربرد شاخص | جوشکاری، شیشه، روشنایی | اینرتسازی، غذا، نیتروژن مایع | بالون، خنکسازی سریع، جوشکاری خاص |
برای جوشکاری دقیق و شیشه دوجداره، آرگون معمولاً انتخاب بهتری نسبت به نیتروژن است.
برای کاربردهای بسیار حساس و خاص (مثلاً خنکسازی شدید یا نفوذ عمیق قوس)، ترکیب آرگون و هلیوم استفاده میشود، اما هزینه هلیوم بالاست.
راهنمای انتخاب و خرید گاز آرگون برای کاربردهای مختلف
بعد از شناخت خواص و کاربردها، سؤال عملی این است:
«برای کار من، چه نوع آرگونی مناسب است و چهطور عاقلانه خرید کنم؟»
| نوع مشتری/کاربرد | مثال عملی | گرید/خلوص پیشنهادی | توضیح |
|---|---|---|---|
| کارگاه جوشکاری عمومی | سازه فلزی، درب و پنجره فولادی | آرگون صنعتی ≈ ۹۹٫۹٪ | برای جوشکاری MIG/MAG با مخلوط CO₂ مناسب است. |
| جوشکاری استیل و آلومینیوم حساس | صنایع غذایی، دارویی، استیل دکوراتیو | ≥ ۹۹٫۹۹٪ | خلوص بالاتر کیفیت سطح و خواص خوردگی بهتری میدهد. |
| تولید شیشه دوجداره | کارخانه در و پنجره UPVC/آلومینیوم | آرگون صنعتی با کنترل رطوبت | بیشتر روی کیفیت تزریق و آببندی باید حساس بود. |
| آزمایشگاهها و دانشگاهها | دستگاههای تحلیلی، اسپکترومترها | ≥ ۹۹٫۹۹۹٪ | نیاز به گواهی آنالیز (COA) و ثبات کیفیت در طول زمان. |
| صنایع پیشرفته و پزشکی | لیزر، تجهیزات حساس | گرید ویژه/طبی | انتخاب دقیق بر اساس توصیه سازنده دستگاه. |
اگر جواب این سؤالها روشن باشد، انتخاب بین سیلندر گاز، پالت سیلندر، یا مخازن ذخیره مایعات کرایوژنیک و همینطور گرید خلوص، سادهتر و بهصرفهتر میشود.
آرگون شاید در نگاه اول فقط یک گاز بیرنگ و بیبو بهنظر برسد، اما در پسزمینه بسیاری از فرآیندهای صنعتی و آزمایشگاهی حضور دائمی دارد؛ از جوشکاری TIG و MIG، شیشههای دوجداره و لامپهای فلورسنت گرفته تا رشد کریستالهای سیلیسیوم، تجهیزات تحلیلی و لیزرهای پزشکی. خواص فیزیکی و شیمیایی خاص آن – از جمله بیاثری، چگالی بالاتر از هوا و قابلیت مایع شدن در دماهای بسیار پایین – باعث شده یک انتخاب ایدهآل برای نقش «گاز محافظ» و «گاز عایق» باشد.
در عین حال، استفاده ایمن از آرگون به این معناست که همیشه به تهویه مناسب، سنجش اکسیژن و نگهداری درست سیلندرها توجه کنیم؛ چون خطر اصلی آن نه از طریق سمیت، بلکه از طریق کاهش اکسیژن و خفگی است. اگر در صنعت خود با گازهای صنعتی سروکار دارید، انتخاب گرید مناسب، تأمینکننده حرفهای و رعایت نکات ایمنی میتواند کیفیت، ایمنی و بهرهوری کارتان را چند پله بالاتر ببرد.
.jpg "13 کاربرد مهم اکسیژن در صنعت و پزشکی")
ارسال نظر