گاز آرگون چیست و چه کاربردهایی دارد؟

بشر در طول زندگی شاهد پیشرفت‌های چشم‌گیری در عرصه‌های مختلف بوده است، رایلی فیزیکدان انگلیسی و ویلیام رمزی شیمی دان اسکاتلندی که از کاشفین این گاز آرگون پر کاربرد در صنعت هستند شاید هرگز در سال ۱۸۹۴ میلادی فکر نمی‌کردند این گاز که یک درصد از هوا کره را تشکیل می‌دهد یک روز با پیشرفت تکنولوژی به جایگاهی در صنایع مختلف دست پیدا کند، در این مقاله از نشریه جهان شیمی فیزیک ما قصد داریم بیشتر با این گاز نجیب  آشنا شویم پس اگر به مباحث شیمیایی و گاز‌های نجیب علاقه مندید با ما همراه باشید.

تعریف اجمالی گاز آرگون:

آرگون با نام شیمیایی Ar  یکی از گازهای نجیب است که در اتمسفر زمین یافت می‌شود و در جدول تناوبی عدد اتمی ۱۸ به آن اختصاص داده شده است، این گاز نام آرگون را که ریشه آن به معنای غیر فعال و تنبل است را به دلیل حضور نداشتن در واکنش های شیمیایی به صورت مستقیم به دست آورده است، زیرا این گاز بی رنگ و بی بو و بی مزه که در اطراف ما وجود دارد و قابل مشاهده نیست تمایلی برای ترکیب شدن با سایر موارد و تولید فرآورده خاصی را ندارد.

فرآیند تولید گاز آرگون:

برای تولید این گاز  همانند دیگر گازها مانند نیتروژن   و اکسیژن باید عمل تقطیر جز به جز هوای مایع را انجام داد، در طول این پروسه هوایی که در دمای بسیار کم تحت فشار به حالت مایع درآمده است را تحت معرض دمای بیشتر قرار می‌دهند و بعد از جدا کردن آب و هیدروکربن و کربن دی اکساید، هر گاز متشکل در دمای ذوب مخصوص خود تبخیر و آزاد می‌شود، بعد از این فرآیند بخار آزاد شده را درباره کاهش دما داده و در محفظه حبس می‌کنند. تجهیزات مورد استفاده برای بازیابی این گاز به روش برودتی از هوای مایع ASU)  ) نام دارد که قدمت استفاده از به صدها سال پیش بازمی‌گردد.

ایزوتوپ‌های ‘گاز آرگون:

آرگون و تمامی گازهای شیمیایی جو زمین دارای دگر شکل‌هایی هستند که میزان پایداری و طول عمر متغیری دارند مثلاً گاز نجیب آرگون دارای ۲۴ ایزوتوپ است اما ایزوتوپ‌های شاخص آرگون که در زمین یافت می‌شوند، Ar-40 ، Ar-36 ، Ar-38 هستند که در بین آن‌ها ایزوتوپ Ar -40 با نیمه عمر ۱۰۲۵۰/۱ سال پایدارترین نوع طبیعی آرگون است و از میان ایزوتوپ‌های رادیو اکتیو یا ناپایدار این گاز ایزوتوپ پرتوزای Ar-39 با نیمه عمر ۲۶۹ سال به نسبت بقیه پایدارتر است.
این دگر شکل در فضای جو به وسیله ذراتي که انرژي بسيار بالایی دارند و با سرعت نور در فضا درحركت هستند تولید می‌شوند، در واقع این ذرات که اشعه کیهانی نام دارند با انرژی بالای یک میلیون مرتبه با تمام قوا به جو زمین برخورد کرده و از آرگون‌های ایزوتوپ ۴۰ ایزوتوپ‌های ۳۹ را تولید می‌کنند.

کاربردهای گاز آرگون در صنایع مختلف:

بااینکه در معنی لغوی اسم تنبل و بی اثر بر روی این گاز گذاشته شده اما این گاز دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که می‌توان از آن در عرصه‌های مختلف استفاده کرد که در ادامه به کاربردهای گاز آرگون به صورت کامل خواهیم پرداخت.

کاربرد گاز آرگون در پزشکی:

به لطف وجود خاصیت نگهداری سرمای بالای این گاز از آن در صنایع مختلف از جمله پزشکی استفاده‌های مؤثر زیادی می‌شود که یکی از این مصارف استفاده از آرگون مایع در روش cryoablation  سلول‌های سرطانی خصوصاً سرطان سینه است.

در این روش حراجی سلول‌های سرطانی مشخص ‌شده و به وسیله سرمای شدید آرگون به نقطه انجماد می‌رسند و جراح به راحتی اقدام به ساکشن این سلول‌ها می‌کند، این روش نو ظهور که به کمک گاز آرگون رواج یافته احتیاجی به هزینه‌های زیاد و اتاق حراجی و گذشت زمان زیاد برای بهبودی ندارد و حتی در کلینیک‌های درمانی نیز قابل‌اجرا است.
البته گاز آرگون در پزشکی برای بررسی جهش احتمالی ژن APC در بیماران مبتلا به پولیپوز آدنوماتوز به روش غربالگری نیز مورد استفاده است، که این غربالگری می‌تواند در سطح وسیعی این عارضه را تشخیص دهد و از ایجاد سرطان روده بزرگ در افراد جلوگیری کند.

کاربرد گاز آرگون در ساخت و ساز:

گاز آرگون بیشترین گاز خنثی در دسترسِ که قیمت به صرفه و ارزان‌تری نسبت به بقیه گازها دارد، از این در مصارف مختلفی که به یک گاز بی اثر برای ساخت و ساز نیاز دارند گزینه مناسبی است. مثلاً از  آرگون در ساخت پنجره‌های دوجداره برای پر کردن فضای بین دو جداره پنجره استفاده می‌شود.

دلیل انتخاب  آرگون در پنجره‌‌های دو جداره وجود خاصیت بی رنگ بی بو و غیر سمی و سنگین بودن آن است که موجب می‌شود حرارت و سرمای خارج محیط دچار یک جریان هم رفتی کند در بین جداره ها شود و به درون ساختمان منتقل نشود، همچنین در کنار ایجاد عایق برای دما وجود آرگون در جدارها تا حد زیادی موجب حبس صداها در محفظه بین جداره‌ها شده و همین امر موجب ایجاد خاصیت عایق صدا بودن می‌شود.
همچنین همانطور که گفته شد، این گاز با هیچ ماده‌ای ترکیب نشده و قطعات پنجره دچار سایش و فرسودگی نخواهند شد، از این پنجره‌های دوجداره پر شده با آرگون طول عمر بیشتری نسبت به سایرین دارند. البته قابل ذکر است که این نوع پنجره ‌ها حتی توانایی انعکاس اشعه ماوراءبنفش را دارا هستند.

کاربرد گاز آرگون در لامپ سازی:

چون آرگون با الکترود‌های داخل لامپ واکنش نشان نمی‌دهد، از آن در لامپ روشنایی و کم مصرف و نئون استفاده زیادی می‌شود، همچنین گاز آرگون را می‌توانید در لوله های نوری بلند و فلورسنت نیز پیدا کنید.

همچنین آرگون می‌تواند با گازهای دیگر مخلوط شود و رنگ هایی زیبایی مانند سبز ، زرد و آبی و .. به وجود بیاورد که امروزه با نام نئون شناخته شده‌اند. در این نوع لامپ آرگون در محفظه شیشه‌ای با یک قوس برخورد کرده ایجاد دما می‌کند و جیوه‌ای در کنار آن وجود دارد را ذوب می‌کند، در این زمان بخار جیوه با رد شدن از قوس ایجاد نور ماوراءبنفش می‌کند.

کاربرد گاز آرگون در صنعت جوشکاری:

شکل گیری پروسه TIG یا جوشکاری ابتدا توسط قوس الکتریکی بین دو رسانا با ایجاد دمای زیاد متصل به دو فلز و الکترود ها انجام می‌شود.

الکترودهای موجود در دستگاه جوشکاری که تنگستن نام دارد یک عنصر فلزی سنگین و سخت است که در برابر دما دچار احتراق خواهد شد از این رو در منطقه مشعل جوشکاری و قوس برای حفاظت از تنگستن در برابر اکسید شدن از گاز بی اثر آرگون بهره می‌برند. همچنین این گاز در جوشکاری میزان انتشار گازهای فسیلی را کاهش می‌دهند.

کاربرد گاز آرگون در خودرو سازی:

از این گاز هم به صورت مجزا هم به صورت ترکیبی در صنعت خودرو سازی و فلز روکش بدنه خودرو جهت جلوگیری از واکنش فلز مایع با گازهای محلول در هوا استفاده می‌گردد این روش یکی از روش‌های تولید فولاد ضد زنگ نیز می‌باشد که در آن محلول اکسیژن و آرگون برای حفاظت از فرسایش و زنگ زدگی به صورت روکش فولاد قرار داده می‌گردد.
به علاوه در این صنعت از  این گاز  به‌صورت مخلوط با گاز نیتروژن برای پر کردن کیسه‌های هوا استفاده می‌شود.

کاربرد گاز آرگون در صنایع غذایی و داروسازی:

از این گاز در صنایع غذایی برای افزایش ماندگاری مواد استفاده می‌گردد، مثلاً در پروسه تولید شراب از این گاز برای جلوگیری از اکسید شدن استفاده می‌شود، همچنین در داروهای در معرض فساد در قسمت وریدی بسته بندی مقدار آرگون جهت ایجاد حفاظت از فساد و افزایش زمان انقضا استفاده می‌گردد.

البته کاربردهای متفرقه‌ای از آرگون نیز مانند حفاظت از اسناد کهن و قدیمی در برابر سایش و زوال نیز وجود دارد.

عوارض گاز آرگون بر سلامتی انسان‌ها:

آرگون یک گاز مانند اکسیژن است که به‌راحتی به وسیله تنفس وارد بدن انسان می‌شود، با این که این گاز خطرناک و سمی نیست اما در شرایطی که میزان درصد خلوص آن زیاد باشد و مکان امکان تبادل هوا و جذب اکسیژن را نداشته باشد، فضای محیط از گاز فوق اشباح می‌شود و در این حالت درصد اکسیژن در مدت چند ثانیه به شدت کاهش یافته و فرد دچار سنگینی ریه ها و احساس خفگی و تهوع سرگیجه و از دست دادن هشیاری جسمی شده و به دلیل بیهوشی فرد توانایی محافظت از خود را از دست داده و در مواردی منجر به کما و مرگ می‌گردد.

 

کمک‌های اولیه برای نجات افراد از خطرات گاز آرگون:

در شرایطی که فرد دچار خفگی و کمبود اکسیژن با آرگون شده و توانایی نفس کشیدن ندارد او را به محیطی باز منتقل کرده و به کپسول اکسیژن متصل کنید، اگر فرد دچار یخ زدگی عضو شده هرگز آن قسمت را مالش ندهید زیرا دچار پاشش بافتی شده و توانایی خود را از دست می‌دهد در چنین شرایطی او را به منطقه مرطوب با دمای بالای۱۰۵ درجه فارنهایت منتقل کنید و بدن قربانی را با محافظ پلاستیکی بپوشانید و سریعاً با پزشک تماس بگیرید.

 

ایمنی و حفاظت در برابر گاز آرگون:

 

• هرگز موجبات تماس آرگون مایع را با کربن و فولاد کم آلیاژ در محیط و کارخانجات صنعتی ایجاد نکنید.
• تمامی مخازن گاز آرگون باید در محیط باز با تهویه مناسب و وجود تبادل هوایی نگهداری شوند.
• در هنگام حمل و نقل مکان گاز‌های آرگون آن‌ها را به صورت عمودی نگهداری کنید، تا به هم برخورد نکنند و دچار ضربه نشوند.
• هرگز بدون دستکش و عینک محافظ به کار با این گاز مشغول نشوید، زیرا لمس ذره ای از گاز آرگون ایجاد قرمزی و یخ زدگی می‌کند و رنگ پوست را به خاکستری و تغییر می‌دهد.

نگهداری فروش انواع گاز آرگون:

معمولاً گاز های آرگون مایع را در محفظه‌های برودتی کرایوژنیک بسته به حجم گاز مطابق استاندارد نهاد فدرال آمریکا که مقررات حمل و نقل مواد خطرناک را تنظیم می نماید، نگهداری می‌کنند.
گاز آرگون از کشورهای دیگر با درصدخلوص،۹۹.۹۹۹% وارد می‌گردد،  که معمولا در جایگاه ۵۰ لیتری و با میزان فشار ۲۰۰_۱۸۰ بار عرضه می‌شود، اما گاز آرگون داخلی با خلوص ۹۹.۹۹۹% ، ۹۹.۹۹% موجود است که در سیلندرهای ۵، ۱۰ ، ۴۰ ، ۵۰ لیتری  به مشتریال فروخته می‌شود .
به دلیل نوسانات بازار قیمت دقیقی از این گاز وجود ندارد.

نتیجه گیری:

تا چندین دهه پیش دانشمندان عناصر گروه ۱۸ جدول تناوبی را عناصر راکد ، صفر، نادر می‌نامیدند زیرا باور داشتند این عناصر کاربرد خاصی ندارند و ترکیبی ایجاد نمی‌کنند اما با گذشت زمان و پیشرفت علم این عناصر جز اصلی زندگی روزمره انسان‌ها شدند و روز به روز به سوی آینده پر پیشرفت در حال صعود هستند، اما در کنار همه این‌ها نباید بر خطرات استفاده ناآگاهانه و بدون تخصص گازهای نجیب مانند گاز آرگون هم چشم پوشی کرد.