Что тяжелее аргон или воздух

Основные сведения об азоте и аргоне

Азот – газ без цвета и запаха. На предприятиях черной металлургии используется азот чистой 95-97%; азот чистый с содержанием примесей менее 0,01% и азот жидкий чистотой более 99%.

При испарении жидкого азота, содержащего небольшое количество кислорода, в первую очередь испаряется азот, в результате чего концентрация кислорода в жидкости увеличивается и может достигнуть значений, при которых возникает опасность загорания и взрыва в ней ряда веществ и материалов.

Аргон – газ без цвета и запаха. При охлаждении до температур жидкого азота и жидкого аргона многие материалы становятся хрупкими.

Аргон тяжелее воздуха и может скапливаться в приямках, колодцах, тупиках, вытесняя при этом воздух. Содержание кислорода может снижаться ниже предельных величин. Выравнивание концентрации за счет диффузии происходит медленно и зависит от объемов, геометрических форм, притока аргона в атмосферу, его температуры. Температура азота или аргона имеет большое значение. Так, несмотря на то, что азот легче воздуха, он, как и аргон может скапливаться в приямках и колодцах, если температура поступающего азота ниже температуры воздуха.

Применение азота и аргона

Азот газообразный используется для охлаждения редуктора бесконусного загрузочного устройства доменных печей, уплотнения газоотводящих тракторов конвертеров, производства защитных атмосфер и т. д.

Азот жидкий – для обработки деталей в цехах главного механика, в лабораториях и т. д., а после газификации – для различных технологических нужд на предприятиях, не имеющих собственных кислородных станций.

Аргон в значительных количествах используется в сталеплавильных цехах для повышения качества стали, а также при сварке и резке.

Азот и аргон доставляются потребителями тремя способами. По трубопроводам, в основном, на предприятиях, их производящих. На этих предприятиях, как правило, существуют сети магистральных аргоно – и азотопроводов. В баллонах или реципиентах под давлением 150-165 кгс/см2 азот и аргон используются в местах с небольшими объемами потребления или при периодической потребности в этих газах. При большой потребности в этих газах и значительном удалении от места производства азот и аргон доставляются в жидком виде с последующей газификацией в специальных установках. Жидкий азот используется также в качестве хладоагента при эпизодических работах. Например, для замораживания грунта при строительстве фундамента, разрушении старых фундаментов, тушении пожаров в шахтах и т. п.

Быстрый рост использования азота и аргона в различных процессах и отсутствие необходимой и доступной информации о свойствах этих газов и влиянии их на человеческий организм являются основными причинами несчастных случаев.

В приведенных ниже сведениях о влиянии на организм человека атмосферы с пониженным содержанием кислорода и мерах первой помощи использованы данные института медико-биологических проблем и института биофизики.

Физиологическое воздействие азота и аргона на человека

Аргон и азот – физиологически инертные, нетоксичные газы. Замещая кислород в воздухе и вытесняя собой кислород из организма, они воздействуют на человека как удушающие агенты (асфиксанты) по причине снижения парциального давления кислорода.

При медленном снижении содержания кислорода в атмосфере до непродолжительно переносимого организмом уровня (5-7%) обнаруживаются симптомы: • учащение дыхания и пульса, ритм дыхания может быть волнообразным (периоды учащения дыхания сменяются периодами замедления);
• потеря равновесия, головокружение, возможна эйфория;
• чувство тяжести или сдавливания в лобной части головы;
• стук в висках;
• чувство жара во всем теле;
• чувство покалывания в языке, кончиках пальцев рук и ног;
• затруднение речи;
• прогрессивно (возможно быстро) снижающаяся физическая работоспособность, нарушение координации;
• изменение восприятия окружающей обстановки и угнетение функции органов чувств, особенно осязания;
• возможны «провалы» памяти и потеря сознания.

Симптомы могут появляться в зависимости от индивидуальной предрасположенности человека к действию гипоксии.

При резком снижении содержания кислорода в атмосфере и, особенно при случайном попадании человека в среду азота или аргона достаточно нескольких вдохов для снижения парциального давления кислорода в крови до критического уровня – наступает потеря сознания, практически всегда внезапно.

Разницы в воздействии на человека аргона или азота при полном вытеснении ими из атмосферы кислорода не существует.

При вдыхании гипоксической, но переносимой организмом, смеси воздуха с аргоном в отличие от азота индивидуально может проявляться слабое наркотическое действие аргона, выражающееся небольшой эйфорией. Но принципиального значения относительно угрожающей опасности это не имеет.

Меры первой помощи попавшему в атмосферу с пониженным содержанием кислорода

При обнаружении зоны с пониженным содержанием кислорода и человека в этой зоне необходимо немедленно вызвать газоспасателей.

Пострадавшего необходимо эвакуировать из загазованной зоны на свежий воздух. Оказывающий помощь должен воспользоваться кислородно-изолирующим прибором или шланговым противогазом. В случае применения шлангового противогаза необходимо контролировать содержание кислорода вместе забора воздуха непрерывным автоматическим анализатором в присутствии наблюдающего.

Пострадавшему развязать галстук, расстегнуть рубашку, пояс брюк (у мужчин дыхание преимущественно брюшное). Если пострадавший находится в сознании, а также при потере сознания с сохранением дыхания достаточно создать ему покой. Допустимо дыхание чистым кислородом (кислородная подушка).

При потере сознания и остановке дыхания следует немедленно сделать искусственное дыхание до его восстановления (способом «рот в рот» или с применением специальных аппаратов; другие способы искусственного дыхания малоэффективны). После полного восстановления дыхания допустимо дыхание кислородом.

Читайте также:  Чем полировать дерево в домашних условиях

Объем оказания дальнейшей помощи должен определяться врачом.

Аргон – инертный газ с атомной массой 39,9, в обычных условиях – бесцветный, без запаха и вкуса, примерно в 1,38 раза тяжелее воздуха. Аргон считается наиболее доступным и сравнительно дешевым среди инертных газов.

Аргон занимает третье место по содержанию в воздухе (после азота и кислорода), на него приходятся примерно 1,3% массы и 0,9% объема атмосферы Земли.

В промышленности основной способ получения аргона – метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением кислорода и азота и попутным извлечением аргона. Также аргон получают в качестве побочного продукта при получении аммиака.

Газообразный аргон хранится и транспортируется в стальных баллонах (по ГОСТ 949-73). Баллон с чистым аргоном окрашен в серый цвет, с надписью «Аргон чистый» зеленого цвета.

Согласно ГОСТ 10157-79 газообразный и жидкий аргон поставляется двух видов: высшего сорта (с объемной долей аргона не менее 99,993%, объемной долей водяных паров не более 0,0009%) и первого сорта (с объемной долей аргона не менее 99,987%, объемной долей водяных паров не более 0,001%).

Аргон не взрывоопасен и не токсичен, однако при высокой концентрации в воздухе может представлять опасность для жизни: при уменьшении объемной доли кислорода ниже 19% появляется кислородная недостаточность, а при значительном снижении содержания кислорода возникают удушье, потеря сознания и даже смерть.

История открытия

Аргон относится к числу благородных газов, а история изобилует поистине драматичными моментами. В 1785 году английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот, выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал Nature обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин.

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот. Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что молекула этого газа состоит из одного атома, — а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

Когда Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную — почти процент! Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 года, аргон и получил свое имя (от греч. «аргос» — «ленивый», «безразличный»).

Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической системы рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки были давно заняты. Аргон не имел в таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической системе.

Поэтому официальное признание аргон получил лишь четверть века спустя — после открытия гелия. Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным газам нужно отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

Химическая инертность аргона (как и других газов нулевой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек.
Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при -185,9°С, затвердевает при –189,4°С (в условиях нормального давления). Молекула аргона одноатомна.

В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°С). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Под действием электрического тока аргон ярко светится, и сегодня сине-голубое свечение аргона широко используется в светотехнике.

Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений. Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук, морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и только 2% кислорода.

На Земле и во Вселенной

На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) — 0,04 г на тонну, что в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 — чем неона. Есть аргон и в воде, до 0,3 см3 в литре морской и до 0,55 см3 в литре пресной воды. Любопытно, что в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находится больше, чем в атмосферном воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот.

Главное «хранилище» земного аргона — атмосфера. Его в ней (по весу) 1,286%, причем 99,6% атмосферного аргона — самый тяжелый изотоп — аргон-40. Еще больше доля этого изотопа в аргоне земной коры. Между тем у подавляющего большинства легких элементов картина обратная — преобладают легкие изотопы.

Читайте также:  Трубогиб для профильной своими руками размеры

В материи Вселенной аргон представлен еще обильнее, чем на нашей планете. Особенно много его в веществе горячих звезд и планетарных туманностей. Подсчитано, что аргона в космосе больше, чем хлора, фосфора, кальция, калия — элементов, весьма распространенных на Земле.

Как добывают аргон

Земная атмосфера содержит 66 • 1013 тонн аргона. Этот источник газа неисчерпаем. Тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород — из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10–12% аргона, до 0,5% азота, остальное — кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3—10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией). В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ой чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства — из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Нужный в хозяйстве «лентяй»

Как самый доступный и относительно дешевый инертный газ аргон стал продуктом массового производства, особенно в последние десятилетия.

Первоначально главным потребителем элемента №18 была электровакуумная техника. И сейчас подавляющее большинство ламп накаливания (миллиарды штук в год) заполняют смесью аргона (86%) и азота (14%). Переход с чистого азота на эту смесь повысил светоотдачу ламп. Поскольку в аргоне удачно сочетаются значительная плотность с малой теплопроводностью, металл нити накаливания испаряется в таких лампах медленнее, передача тепла от нити к колбе в них меньше. Используется аргон и в современных люминесцентных лампах для облегчения зажигания, лучшей передачи тока и предохранения катодов от разрушения.

Однако в последние десятилетия наибольшая часть получаемого аргона идет не в лампочки, а в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности. В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов. В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов (сильные восстановители).

Уже существуют металлургические цеха объемом в несколько тысяч кубометров с атмосферой, состоящей из аргона высокой чистоты. В этих цехах работают в изолирующих костюмах, а дышат подаваемым через шланги воздухом (выдыхаемый воздух отводится также через шланги); запасные дыхательные аппараты закреплены на спинах работающих.

Защитные функции выполняет аргон и при выращивании монокристаллов (полупроводников, сегнетоэлектриков), а также при производстве твердосплавных инструментов. Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла.

Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми.

Не будет преувеличением сказать, что электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.

Стремление использовать свойства и возможности сверхчистых материалов — одна из тенденций современной техники. Для сверхчистоты нужны инертные защитные среды, разумеется, тоже чистые; аргон — самый дешевый и доступный из благородных газов. Поэтому его производство и потребление росло, растет и будет расти.

Применение аргона при сварке

Аргон используется в качестве инертного защитного газа при дуговой сварке, в том числе в качестве основы защитной газовой смеси (с кислородом, углекислым газом). Является основной защитной средой при сварке алюминия, титана, редких и активных металлов.

Аргон также применяется при плазменной сварке в качестве плазмообразующего газа, при лазерной сварке в качестве плазмоподавляющего и защитного газа.

В зависимости от требуемых объемов потребления аргона могут использоваться несколько схем его обеспечения. При объеме потребления до 10 000 м3/г аргон обычно доставляют в баллонах. При объеме потребления свыше 10 000 м3/г аргон целесообразно перевозить в жидком виде в специальных емкостях железнодорожным или автомобильным транспортом. При транспортировке по железной дороге применяются специализированные цистерны 8Г-513 или 15-558. На автомобильном транспорте наиболее часто устанавливаются универсальные газовые емкости типа ЦТК объемом от 0,5 до 10 м3. В этих емкостях также могут транспортироваться кислород и азот.

Читайте также:  Сталь 35х характеристики применение

При централизованном снабжении схемы обеспечения сварочных постов аргоном могут быть следующими:

• непосредственно от транспортной емкости через перекачивающий насос и стационарный газификатор в сеть (см. рисунок ниже);
• от транспортной емкости в стационарную емкость с дальнейшей газификацией и подачей в сеть;
• заполнение баллонов от транспортной газификационной установки.

Рисунок. Снабжение аргоном сварочных постов от транспортной емкости

Показатели качества аргона газообразного и жидкого ГОСТ 10157-79.

Высший сорт Аргон, не менее 99,993 Кислород, не более 0,0007 Азот, не более 0,005 Водяной пар, не более, что соответствует t насыщения аргона водяными парами при 760 мм рт. ст., 0° С, не выше 0,0009 минус 61 Сумма углеродсодержащих соединений в пересчёте на СО2, не более 0,0005

Показатели качества газообразного аргона высокой чистоты ТУ 6-21-12-94

Высший сорт Аргон, не менее 99,998 Кислород, не более 0,0002 Азот, не более 0,001 Водяной пар, не более 0,0003 Сумма углеродсодержащих соединений в пересчёте на СО2, не более 0,00002 Метан, не более 0,0001 Водород, не более 0.0002

С анализом российского рынка аргона Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков « Рынок аргона в России ».

В переводе с греческого «argon» означает «медленный» или «неактивный». Такое определение газ аргон получил благодаря своим инертным свойствам, позволяющим широко его использовать во многих промышленных и бытовых целях.

Химический элемент Ar

Ar – 18-й элемент периодической таблицы Менделеева, относящийся к благородным инертным газам. Данное вещество является третьим после N (азота) и O (кислорода) по содержанию в атмосфере Земли. В обычных условиях – бесцветен, не горюч, не ядовит, без вкуса и запаха.

Другие свойства газа аргона:

  • атомная масса: 39,95;
  • содержание в воздухе: 0,9% объема и 1,3% массы;
  • плотность в нормальных условиях: 1,78 кг/м³;
  • температура кипения: -186°С.

На рисунке название химического элемента и его свойства

Данный элемент был открыт Джоном Стреттом и Уильямом Рамзаем при исследовании состава воздуха. Несовпадение плотности при различных химических испытаниях натолкнуло ученых на мысль, что в атмосфере помимо азота и кислорода присутствует инертный тяжелый газ. В итоге в 1894 г. было сделано заявление об открытии химического элемента, доля которого в каждом кубометре воздуха составляет 15 г.

Как добывают аргон

Ar не поддается изменениям в процессе его использования и всегда возвращается в атмосферу. Поэтому ученые считают данный источник неисчерпаемым. Он добывается как сопутствующий продукт при разделении воздуха на кислород и азот посредством низкотемпературной ректификации.

Для реализации этого метода применяются специальные воздухоразделительные аппараты, состоящие из колонн высокого, низкого давления и конденсатора-испарителя. В результате процесса ректификации (разделения) получается аргон с небольшими примесями (3-10%) азота и кислорода. Чтобы произвести очистку, примеси убираются с помощью дополнительных химических реакций. Современные технологии позволяют достичь 99,99% чистоты данного продукта.

Представлены установки по производству данного химического элемента

Хранится и транспортируется газ аргон в стальных баллонах (ГОСТ 949-73), которые имеют серый окрас с полосой и соответствующей надписью зеленого цвета. При этом процесс наполнения емкости должен полностью соответствовать технологическим нормам и правилам безопасности. Детальную информацию о специфике заполнения газовых баллонов можно прочитать в статье: баллоны со сварочной смесью – технические особенности и правила эксплуатации.

Где применяется газ аргон

Данный элемент имеет достаточно большую сферу применения. Ниже приведены основные области его использования:

  1. заполнение внутренней полости ламп накаливания и стеклопакетов;
  2. вытеснение влаги и кислорода для долгого хранения пищевых продуктов;
  3. огнетушащее вещество в некоторых системах тушения пожара;
  4. защитная среда при сварочном процессе;
  5. плазмообразующий газ для плазменной сварки и резки.

В сварочном производстве он применяется как защитная среда в процессе сварки редких металлов (ниобия, титана, циркония) и их сплавов, легированный сталей разных марок, а также алюминиевых, магниевых и хромоникелевых сплавов. Для черных металлов, как правило, применяют смесь Ar с другими газами – гелием, кислородом, углекислотой и водородом.

Вид защитной среды при сварочном процессе, которую создает аргон

Являясь тяжелее воздуха, аргоновая струя надежно защищает металл во время сварки. Инертный газ на протяжении длительного времени является защитой для расплавленной и нагретой металлической поверхности. Больше о сварочном процессе с применением аргоновой защитной среды читайте в статье: сварка аргоном – технология и режимы работы оборудования.

Меры предосторожности при эксплуатации

Данный химический элемент не представляет абсолютно никакой опасности для окружающей среды, но при большой концентрации оказывает удушающее воздействие на человека. Он нередко скапливается в районе пола в недостаточно проветриваемых помещениях, а при значительном уменьшении содержание кислорода может привести к потере сознания и даже смертельному исходу. Поэтому важно следить за концентрацией кислорода в закрытом помещении, которая не должна падать ниже 19%.

Еще мы советуем посмотреть третью часть обучения сварке в защитной среде аргона:

Жидкий Ar способен вызвать обморожение участков кожи и повредить слизистую оболочку глаз, поэтому в процессе работы важно использовать спецодежду и защитные очки. При работе в атмосфере этого газа с целью предотвращения удушения необходимо применять изолирующий кислородный прибор или шланговый противогаз.

Заправить баллоны аргоном можно в компании «Промтехгаз», где соблюдается правильная технология заправки и предоставляется качественное обслуживание.

Если вы интересуетесь другими техническими газами, информацию можете найти здесь.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector