18, Argon (Ar)

gr. argos = träge

Das Element Argon:
         
  F Ne Na  
  Cl Ar K  
  Br Kr Rb  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Argon (Nukleosynthese): Argon wird hauptsächlich während des Siliciumbrennens aus Si-28 und sukzessiven Einfang von zwei α-Teilchen gebildet. Dabei entsteht das Nuklid Ar-36. Aus diesem heraus wird durch (p,γ)-Reaktion das Isotop Ar-38 synthetisiert. Daneben entsteht es seltener auch durch Photodesintegration aus K-39, Ca-40, Ca-42 oder Ca-44 heraus.

Argon hat drei stabile Isotope, und zwar jene mit den Massenzahlen 36, 38 und 40. Primordial am häufigsten wird das Nuklid Ar-36 gebildet, während die schweren Nuklide eher selten entstehen: So besteht das Argon welches sich in der Sonne befindet, fast nur aus den beiden Isotopen 36 und 38 (ca. 80% Ar-36 und 20% Ar-38), während Ar-40 in Spuren vorkommt. Es wird fast ausschließlich durch radioaktiven Zerfall des K-40 gebildet (siehe dort).

Die Argon-Synthese:
36Ar-Synthese:

28Si + 2α → 36Ar + 13,59 MeV

40Ca + 7,04 MeV → 36Ar + α
(Photodesintegration) 		38Ar-Synthese:

36Ar + p → 37K + 1,86 MeV
37K → 37Ar + β+ + 5,13 MeV
37Ar + p → 38K + 5,14 MeV
38K → 38Ar + β+ + 4,89 MeV

42Ca + 6,26 MeV → 38Ar + α
(Photodesintegration)
40Ar-Entstehung:

a) aus K-40 durch radioaktiven Zerfall:
40K + β- → 40Ar + 1,51 MeV

b) infolge Photodesintegration:
44Ca + 8,85 MeV → 40Ar + α


Argon in der Atmosphäre verschiedener Himmelskörper: So haben Planeten oder Monde, die ihre ursprüngliche Atmosphäre besitzen, und keine geologischen Aktivitäten aufweisen (wodurch aus 40K gebildetes 40Ar nach außen dringen kann), ein Argon, welches eben zu etwa 80% aus 36Ar und 20% 38Ar besteht. Ein Beispiel hierfür ist die Venus, welche 300 mal weniger 40Ar im Isotopenverhältnis hat, als auf der Erde.

Der Anteil von 40Ar am Isotopengemisch auf der Erde nimmt infolge geologischer Aktivitäten ständig zu: Einerseits dringt das durch radioaktiven Zerfall von 40K entstehende 40Ar ständig aus dem Boden in die Atmosphäre, und andererseits diffundieren die beiden leichteren Isotope 36/38Ar durch ihre spezifisch geringere Masse (und damit der geringeren Fluchtgeschwindigkeit) ständig aus der Atmosphäre. So wird der Anteil der beiden leichten Isotope auch in Zukunft weiter abnehmen.

Auf dem Saturnmond Titan schließlich kommt nur 40Ar vor. Dies zeigt, dass der Mond in seiner frühen Entstehungsphase keine Atmosphäre hatte, und dass das ursprünglich vorhandene Argon verloren ging: Alles jetzt vorhandenes Argon ist aus Kalium-40 entstanden (radiogenes 40Ar).

Das Nuklid 36Ar ist das schwerste stabile Nuklid, welches gleiche Protonen- und Neutronenzahl aufweist. (40Ca zerfällt mit extrem langer Halbwertzeit unter 2β--Zerfall zu 40Ar).
Vorkommen von Argon: Im Universum gehört Argon zu den häufigsten Elementen; es steht in der Rangliste an elfter Stelle. Durchschnittlich besteht die Materie zu 170 mg/kg aus dem Edelgas.

Auf der Erde ist das Element infolge der oben bereits genannten Prozesse in der Atmosphäre stark angereichert; so besteht diese zu 0,934 Volumen-% (= 1,288 Massen-%) aus Argon.

Da das Gas chemisch beinahe bei allen Bedingungen inert ist, finden sich auch keine Verbindungen in der Natur.
Argon-Gewinnung: Die Gewinnung von Argon erfolgt durch fraktionierende Destillation aus der Luft (Linde-Verfahren). Dabei entsteht (unter anderem) eine Argon-Sauerstoff-Fraktion, die abgetrennt wird. Aus ihr wird dann durch weitere Fraktionen in einer speziellen Argon-Kolonne das Argon als Reinargon gewonnen.

Früher wurde das Gas - verunreinigt mit den anderen Edelgasen Helium, Neon, Krypton und Xenon - auch durch Überleiten von Luft über glühendes Magnesium und Kohle, und anschließendes Waschen mit Calciumhydroxid gewonnen: Das Magnesium setzt sich sowohl mit dem Sauerstoff als auch dem Stickstoff um, die Kohle mit dem Sauerstoff. Nach Entfernen des entstandenen Kohlendioxids bleiben lediglich die Edelgase zurück.

Die Argon-Gewinnung

Schema Linde-Verfahren.[1]
Schema Edelgas-Gewinnung.[1]


Chemie von Argon: Bis vor einigen Jahren gab es keinerlei chemische Verbindungen des Argon.

Mittlerweile ist es jedoch gelungen, eine Tieftemperaturverbindung aus Argon und Fluorwasserstoff, HArF, zu erhalten. Diese entsteht infolge Belichtung eines Gemisches von Fluorwasserstoff und Argon bei -265,5°C. Die Verbindung lässt sich allerdings nur in der Matrix nachweisen - es lässt sich (bisher) nicht in Substanz isolieren. In dieser Verbindung beträgt die formale Oxidationsstufe des Argons Null.

Clathrate sind keine echten chemischen Verbindungen, sondern Einschlussverbindungen, bei welcher ein Gast-Atom von einer Art Käfig aus Wirts-Atomen umgeben ist. Zwischen beiden bestehen nur sehr schwache Wechselwirkungen (Van-der-Waals-Kräfte), jedoch findet in keinem Fall ein Elektronenübergang statt.

Argon bildet mit Wasser und Hydrochinon solche Clatrathe, und zwar der Zusammensatzung 8Ar•46H2O (Argon-Hydrat) bzw. Ar•3C6H4(OH)2 (Argon-Hydrochinon-Clathrat).


Argonhydrofluorid
Verwendung von Argon und seinen Verbindungen : Argon hat einige technische Verwendungsmöglichkeiten:
  • Werbetechnik. In Gasentladungsröhren ergibt das Argon ein tiefviolettes Licht, weswegen man es - zusammen mit anderen (Edel)gasen zur Herstellung von Leuchtstoffröhren mit buntem Licht verwendet.

  • Schutzgas. Aufgrund des im Vergleich mit anderen Edelgasen günstigen Preises, wird das Gas überall dort eingesetzt, wo Stickstoff zu reaktiv ist. So kann man unter einer Argon-Atmosphäre im Labor Substanzen herstellen, die besonders oxidationsempfindlich sind. Auch beim Schweißen kann man es als Schutzgas verwenden.

  • Lebensmittelzusatzstoff. Argon wird als Schutzgas auch bei der Verpackung von empfindlichen Lebensmitteln angewandt. So werden beispielsweise Backwaren zum Fertigbacken oft mit Argon (oder Kohlendioxid) in Kunststoff-Verpackungen in den Handel gebracht.

  • Glühbirnen sind mit Argon gefüllt, um damit den Glühfaden vor Oxidation zu schützen.

Verwendung von Argon

Gasentladungsröhre[2]
Argon-Druckgasflasche[3]
Schutzgas für Lebensmittel[1]


Quellen: [1] Bildquelle: Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.

[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Pslawinski. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Das Bild wurde von seinem Urheber als gemeinfrei veröffentlicht.