Argon

Argon memiliki keterlarutan dalam air yang lebih kurang sama dengan oksigen dan adalah 2.5 kali ganda lebih larut di dalam air berbanding nitrogen. Argon tidak mempunyai warna dan bau, dan tidak beracun dalam bentuk pepejal, cecair atau gas. Argon bersifat lengai secara kimia dalam kebanyakan keadaan dan tidak membentuk sebarang sebatian stabil yang disahkan dalam suhu bilik.

Walaupun argon adalah gas adi, ia mempunyai kemampuan untuk membentuk beberapa sebatian. Penghasilan argon fluorohidrida (HArF), satu sebatian argon yang agak stabil dengan hidrogen dan fluorin, telah dilaporkan oleh para pengkaji di Universiti Helsinki pada tahun 2000.^[2] Walaupun sebatian kimia argon yang neutral dan berkeadaan asas buat masa sekarang hanya terhad kepada HArF, argon boleh membentuk klatrat dengan air apabila atom-atom argon terperangkap di dalam kekisi molekul air.^[3] Ion-ion dan kompleks keadaan teruja yang mengandungi argon seperti ArH⁺ dan ArF diketahui kewujudannya. Pengiraan telah meramalkan beberapa sebatian argon yang sepatutnya stabil secara teori,^[4] tetapi belum ada percubaan untuk mensintesis bahan ini telah dilakukan.

Argon (αργος, Bahasa Yunani untuk "tidak aktif", yang merujuk kepada ketidakaktifan kimianya)^[5][6] telah diramalkan kewujudannya dalam udara oleh Henry Cavendish pada 1785, tetapi tidak pernah diasingkan sehinggalah tahun 1894 oleh Lord Rayleigh dan William Ramsay di Scotland di dalam satu ujikaji di mana mereka mengasingkan kesemua oksigen, karbon dioksida, air dan nitrogen daripada satu sampel udara bersih.^[7][8][9] Mereka telah menentukan bahawa nitrogen yang dihasilkan daripada sebatian-sebatian kimia adalah setengah peratus lebih ringan daripada nitrogen di atmosfera. Perbezaan ini kelihatan seperti tidak penting, tetapi ia cukup penting untuk menarik perhatian mereka untuk beberapa bulan. Mereka menyimpulkan yang ada satu lagi gas di dalam udara yang bercampur dengan nitrogen.^[10] Argon juga telah ditemui pada tahun 1882 melalui kajian persendirian oleh H. F. Newall dan W. N. Hartley. Mereka telah memerhatikan garis-garis spektrum udara yang baru, tetapi tidak dapat mengenalpasti unsur yang menyebabkan garisan-garisan tersebut. Argon menjadi unsur gas adi yang pertama ditemui. Simbol untuk argon ialah "Ar", tetapi sehingga tahun 1957, simbolnya ialah "A".^[11]

Argon merangkumi 0.934% isipadu dan 1.28% jisim atmosfera Bumi, dan udara adalah bahan mentah utama yang digunakan oleh industri untuk menghasilkan argon tulen. Argon diasingkan daripada udara melalui pemeringkatan; cara yang paling biasa digunakan adalah penyulingan berperingkat kriogenik, satu proses yang juga menghasilkan nitrogen, oksigen, neon, kripton dan xenon yang tulen.^[12]

Isotop-isotop utama argon yang ditemui di Bumi ialah ⁴⁰Ar (99.6%), ³⁶Ar (0.34%) dan ³⁸Ar (0.06%). ⁴⁰K yang terbentuk secara semula jadi dan mempunyai separuh hayat 1.25 × 10⁹ tahun mereput kepada ⁴⁰Ar (11.2%) yang stabil melalui penangkapan elektron atau pemancaran positron, dan juga kepada ⁴⁰Ca (88.8%) melalui pereputan beta. Ciri-ciri dan nisbah-nisbah ini digunakan untuk menentukan usia batu-batan dengan kaedah pentarikhan K-Ar.^[13]

Dalam atmosfera Bumi, ³⁹Ar dihasilkan oleh aktiviti sinar kosmik, terutamanya dengan ⁴⁰Ar. Dalam keadaan bawah permukaan, ia juga dihasilkan melalui penangkapan neutron oleh ³⁹K atau pemancaran alfa oleh kalsium. ³⁷Ar dihasilkan daripada perkecaian neutron ⁴⁰Ca kesan daripada letupan nuklear bawah tanah. Ia mempunyai separuh hayat selama 35 hari.^[13]

Argon istimewa kerana komposisi isotopnya jauh berbeza antara tempat-tempat berbeza dalam sistem suria. Sepertimana di Bumi, ⁴⁰Ar akan menjadi isotop terbanyak sekiranya sumber argon utama sesuatu tempat ialah melalui pereputan ⁴⁰K. Sebaliknya, argon yang dihasilkan secara terus daripada sintesis nuklear najam kebanyakannya terdiri daripada ³⁶Ar yang dihasilkan melalui proses alfa. Berikutan itu, argon Matahari mengandungi 84.6% ³⁶Ar, berdasarkan kiraan terhadap angin suria.^{[14] 36}Ar julung mempunyai kelimpahan sebanyak hanya 31.5 ppmv (bahagian per sejuta mengikut isipadu) (= 9340 ppmv × 0.337%), setara dengan kelimpahan neon (18.18 ppmv). Atmosfera Marikh mengandungi 1.6% ⁴⁰Ar dan 5 ppm ³⁶Ar. Penerbangan kuar angkasa Mariner melepasi planet Utarid pada 1973 menemui bahawa Utarid mempunyai atmosfera yang sangat nipis yang mengandungi 70% argon, dipercayai terhasil daripada pelepasan gas tersebut sebagai hasil reputan daripada bahan radioaktif di atas planet tersebut. Pada 2005, prob Huygens juga telah mengesan kewujudan ⁴⁰Ar di Titan, bulan terbesar planet Zuhal.^[15] Setelah diukur, didapati bahawa nisbah tiga isotop argon, ³⁶Ar : ³⁸Ar : ⁴⁰Ar, dalam atmosfera-atmosfera planet-planet luaran ialah 8400 : 1600 : 1.^[16]

Oleh sebab ⁴⁰Ar radiogenik menjadi isotop utama, berat atom standard argon di bumi lebih tinggi daripada unsur seterusnya, kalium. Hal ini mengelirukan pada masa argon ditemui kerana Mendeleev telah menyusun unsur-unsur dalam jadual berkalanya mengikut urutan berat atom, meskipun kelengaian argon menunjukkan bahawa ia sepatutnya diletakkan sebelum logam alkali kalium yang reaktif. Henry Moseley kemudiannya menyelesaikan masalah ini dengan menunjukkan bahawa jadual berkala sebenarnya disusun mengikut urutan nombor atom. (Lihat sejarah jadual berkala).

Lihat juga: Molekul van der Waals

Oktet elektron argon yang lengkap menunjukkan subpetala s dan p yang penuh. Tahap tenaga luaran yang penuh ini menjadikan argon sangat stabil dan menentang pengikatan kimia dengan unsur lain. Sebelum 1962, argon dan gas-gas adi yang lain dianggap lengai secara kimia dan tidak boleh menghasilkan sebatian; namun, sejak itu sebatian gas-gas adi yang lebih berat telah berjaya disintesis. Pada Ogos 2000, sebatian argon yang pertama telah dihasilkan oleh para pengkaji di Universiti Helsinki. Dengan menyinari argon beku yang mengandungi sedikit hidrogen fluorida sinar ultraungu dengan sesium iodida,^[17] argon fluorohidrida (HArF) telah dihasilkan.^[2][18] Ia stabil dalam suhu sehingga 40 kelvin (−233 °C). Dikation ArCF²⁺
₂ metastabil, iaitu satu isoelektronik valens dengan karbonil fluorida, telah diperhatikan pada 2010.^[19]

Industri

Argon dihasilkan secara industri melalui penyulingan berperingkat udara cecair di dalam unit pengasingan udara kriogenik; satu proses yang mengasingkan nitrogen cecair yang mendidih pada 77.3 K, daripada argon yang mendidih pada 87.3 K dan oksigen cecair yang mendidih pada 90.2 K. Kira-kira 700,000 tan argon dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun.^[20]

Dalam pereputan radioaktif

⁴⁰Ar, isotop terbanyak argon, dihasilkan melalui pereputan ⁴⁰K dengan separuh hayat 1.25 × 10⁹ tahun melalui penangkapan elektron atau pemancaran positron. Disebabkan ini, ia digunakan dalam pentarikhan kalium-argon untuk menentukan usia batu-batan.

Terdapat beberapa sebab argon digunakan dalam kegunaan tertentu:

• Satu gas lengai diperlukan. Argon merupakan alternatif yang paling murah sementara nitrogen tidak cukup lengai.
• Keberaliran terma yang rendah diperlukan.
• Keperluan ciri-ciri elektronik (pengionan dan/atau spektrum pancaran).

Gas-gas adi yang lain boleh juga digunapakai bagi kebanyakan kegunaan ini, tetapi argon ialah gas adi yang paling mrah. Argon tidak mahal kerana ia merupakan bahan sampingan penghasilan oksigen cecair dan nitrogen cecair daripada unit pengasingan udara kriogenik, dan kedua-dua bahan ini digunakan dalam skala industri besar. Gas-gas adi yang lain (kecuali helium) juga dihasilkan sebegini, tetapi argon merupakan gas yang terbanyak dihasilkan kerana penumpuan gas ini dalam atmosfera adalah lebih tinggi. Argon banyak digunakan hanyalah kerana ia bersifat lengai dan ia agak murah.

Proses-proses industri

Lihat juga: Gas pelindung

Argon digunakan dalam beberapa proses industri bersuhu tinggi yang menyebabkan bahan-bahan yang biasanya tidak reaktif menjadi reaktif. Misalnya, atmosfera argon digunakan dalam relau elektrik grafit untuk mengelakkan grafit daripada terbakar.

Bagi sesetengah proses ini, kehadiran gas nitrogen atau oksigen mungkin menyebabkan kecacatan dalam bahan yang diproses. Argon digunakan dalam pelbagai jenis kimpalan arka seperti kimpalan arka logam gas dan kimpalan arka tungsten gas, dan juga dalam pemprosesan titanium dan unsur-unsur reaktif lain.

Argon ialah gas penyesak dalam industri ayam itik (poultry), sama ada untuk penakaian besar-besaran selepas berlakunya wabak penyakit, atau sebagai cara penyembelihan yang lebih berperikemanusiaan daripada mandian elektrik. Kepadatan argon yang agak tinggi menyebabkannya berada dekat dengan tanah sewaktu penggasan. Sifat tidak reaktifnya menjadikannya sesuai sebagai bahan makanan, dan oleh kerana ia menggantikan oksigen dalam jasad burung yang telah mati, argon juga memanjangkan hayat simpanan.^[21]

Argon juga digunakan untuk memadam api sekiranya kerosakan pada peralatan ingin dielakkan.

Kajian saintifik

Argon cecair digunakan sebagai sasaran dalam pencarian jirim gelap secara terus. Interaksi zarah WIMP hipotetikal dengan nukleus argon menghasilkan cahaya sintilasi yang dikesan oleh tiub pengganda foto. Pengesan dua fasa juga menggunakan gas argon untuk mengesan elektron terion yang terhasil ketika serakan nukleus oleh WIMP. Seperti mana gas-gas adi cecair yang lain, argon memiliki kadar hasil cahaya sintilasi yang tinggi (~ 51 foton / keV^[22]), lutsinar terhadap sinar sintilasinya sendiri, dan agak mudah untuk ditulenkan. Berbanding xenon, argon lebih murah dan mempunyai profil masa sintilasi tertentu yang membolehkan pembezaan antara sentak nuklear dan sentak elektrik. Namun, latar belakang sinar gama intrinsik argon lebih tinggi kerana pencemaran ³⁹Ar, melainkan sekiranya seseorang menggunakan sumber argon bawah tanah dengan tahap keradioaktifan yang rendah. Antara pengesan jirim gelap yang berfungsi dengan argon cecair termasuklah WArP, ArDM, microCLEAN dan DEAP-I.

• Gas industri
• isotop argon

• USGS Periodic Table – Argon
• Penggunaan dalam menyelam: Why Argon?