آرگون به صورت صنعتی با تقطیر جزئی هوای مایع در یک واحد جداسازی هوا برودتی استخراج می‌شود.
()
مقدمه
گازها همیشه نقش پنهانی اما حیاتی در زندگی ما ایفا کرده‌اند. از هوایی که تنفس می‌کنیم گرفته تا پیشرفته‌ترین فرایندهای صنعتی، حضور گازها اغلب بی‌صدا اما تأثیرگذار است. در میان آن‌ها، گاز آرگون جایگاه ویژه‌ای دارد؛ گازی نجیب و بی‌اثر که شاید در ظاهر چندان شناخته‌شده نباشد، اما حضورش در بسیاری از فناوری‌ها و صنایع مدرن حیاتی است.
اما کشف گاز آرگون چگونه اتفاق افتاد؟ چه کسی برای نخستین‌بار متوجه وجود این عنصر بی‌صدا در جو زمین شد؟ آرگون چگونه از هوا استخراج می‌شود و چه خطراتی می‌تواند در محیط‌های صنعتی ایجاد کند؟
این مقاله تلاشی است برای پاسخ دادن به همین پرسش‌ها؛ با نگاهی دقیق به تاریخچه کشف این گاز، روند تولید صنعتی آن و نکات ایمنی مهمی که هنگام کار با آن باید در نظر گرفت. با ما همراه باشید تا با یکی از مهم‌ترین گازهای بی‌اثر در جهان اطراف‌مان بیشتر آشنا شوید.
کشف گاز آرگون؛ چگونه یک عنصر نامرئی توجه دانشمندان را جلب کرد؟
در اواخر قرن نوزدهم، علم شیمی به پیشرفتهای چشمگیری رسیده بود و بسیاری از عناصر موجود در طبیعت شناسایی شده بودند. با این حال، هنوز برخی پدیده‌ها در معادلات علمی جای نمی‌گرفتند. یکی از همین موارد، تفاوت جزئی اما معناداری بود که دانشمندی به نام لرد ریلی (Lord Rayleigh) هنگام مقایسه چگالی نیتروژن به‌دست‌آمده از هوا و نیتروژن حاصل از ترکیبات شیمیایی مشاهده کرد. این اختلاف جزئی، توجه او را به خود جلب کرد و سرآغازی شد بر یکی از جالب‌ترین اکتشافات تاریخ علم؛ کشف گاز آرگون.
لرد ریلی با همکاری شیمی‌دان مشهور اسکاتلندی، سر ویلیام رمزی (Sir William Ramsay)، تصمیم گرفت این موضوع را با دقت بیشتری بررسی کند. آن‌ها با استفاده از روش‌های جداسازی اجزای هوا، به گازی رسیدند که بی‌بو، بی‌رنگ، بدون طعم و کاملاً غیرفعال بود؛ به‌گونه‌ای که با هیچ‌کدام از عناصر شناخته‌شده آن زمان واکنش نمی‌داد. این ویژگی‌ها برای دانشمندان بسیار عجیب و البته هیجان‌انگیز بود.
پس از بررسی‌های بیشتر، مشخص شد این گاز جدید نه نیتروژن است و نه اکسیژن. همچنین خصوصیات طیفی آن نیز با هیچ‌یک از عناصر جدول تناوبی تطابق نداشت. بنابراین، آن را به‌عنوان عنصری جدید معرفی کردند و به دلیل رفتار شیمیایی کاملاً خنثی‌اش، نام آن را از واژه‌ی یونانی “Argos” به‌معنای «غیرفعال» یا «تنبل» اقتباس کرده و آرگون گذاشتند.
کشف گاز آرگون نه‌تنها منجر به شناخت عنصری تازه شد، بلکه دروازه‌ای را به روی کشف گروه جدیدی از عناصر گشود که به آن‌ها «گازهای نجیب» یا «بی‌اثر» گفته می‌شود. بعد از آرگون، گازهای دیگری مانند نئون، کریپتون و زنون نیز شناسایی شدند که همگی ویژگی‌های مشابهی از جمله بی‌واکنشی و پایداری بالا دارند.
اهمیت کشف گاز آرگون تنها به دنیای تئوری علم محدود نشد؛ بلکه خیلی زود کاربردهای آن در صنایع مختلف، از جوشکاری و تولید فولاد گرفته تا پزشکی و روشنایی آشکار شد. جالب‌تر اینکه امروز آرگون یکی از پرکاربردترین گازهای صنعتی محسوب می‌شود، در حالی‌که در روزگاری نه‌چندان دور، کاملاً ناشناخته بود و حتی تصور وجودش هم سخت به نظر می‌رسید.
از مشاهدات تا کشف علمی؛ ماجرای پرهیجان جداسازی آرگون از هوا
کشف گاز آرگون داستانی پر از دقت، کنجکاوی و تلاش بی‌وقفه برای یافتن حقیقتی پنهان در دل ترکیب‌های ساده است. در دهه‌ی ۱۸۹۰، زمانی که تصور می‌شد بیشتر گازهای موجود در هوا شناخته شده‌اند، اتفاقی ساده، جرقه‌ی یک کشف بزرگ را زد.
ماجرا از آن‌جایی شروع شد که لرد ریلی، فیزیک‌دان بریتانیایی، متوجه شد چگالی نیتروژن استخراج‌شده از هوا کمی بیشتر از نیتروژن به‌دست‌آمده از تجزیه ترکیبات شیمیایی مانند آمونیاک است. این اختلاف، اگرچه بسیار جزئی بود، اما ذهن کنجکاو یک دانشمند نمی‌توانست از کنار آن به‌سادگی بگذرد. او اطمینان داشت که در هوای معمولی باید ماده‌ی ناشناخته‌ای وجود داشته باشد.
برای رسیدن به جواب، لرد ریلی با سر ویلیام رمزی، شیمی‌دان برجسته‌ای که بعدها به دلیل همین تحقیقات برنده‌ی جایزه نوبل شد، همکاری کرد. این دو دانشمند تصمیم گرفتند تمام گازهای واکنش‌پذیر موجود در هوا، مانند اکسیژن و نیتروژن، را به‌دقت از بین ببرند تا بتوانند به ماده‌ی ناشناخته‌ای که احتمالاً باعث این اختلاف چگالی شده بود، دست یابند.
آن‌ها با استفاده از ترکیب‌های شیمیایی ویژه‌ای مانند براده مس و سولفور، گازهای شناخته‌شده را از هوا خارج کردند. در پایان این فرآیند، گازی باقی ماند که نه با مواد واکنش می‌داد، نه بو داشت و نه مزه. آزمایش‌های طیف‌سنجی هم نشان داد که این گاز، در دسته‌بندی‌های رایج جدول تناوبی جای نمیگیرد.
همکاری این دو پژوهشگر منجر به کشف رسمی عنصر جدیدی به نام آرگون در سال ۱۸۹۴ شد. این گاز، نخستین عضو از خانواده‌ی «گازهای نجیب» یا «بی‌اثر» بود که به‌دلیل پایداری بالایش با سایر عناصر ترکیب نمی‌شود.
در واقع، روند کشف گاز آرگون به ما یادآوری می‌کند که بسیاری از بزرگ‌ترین کشفیات علمی از دل دقت در جزئیات و زیر سؤال بردن فرضیات به‌ظاهر بدیهی متولد می‌شوند. اگر ریلی آن اختلاف کوچک را نادیده گرفته بود، شاید کشف گازهای نجیب سال‌ها به تأخیر می‌افتاد.
گاز آرگون چگونه تولید می‌شود؟ نگاهی به پشت صحنه استخراج این گاز بی‌اثر
آرگون، با اینکه در جدول تناوبی یکی از «گازهای نجیب» و بی‌اثر محسوب می‌شود، اما نقشی بسیار فعال در صنایع مختلف دارد. نکته‌ی جالب اینجاست که برخلاف بسیاری از گازهای صنعتی که از واکنش‌های شیمیایی تولید می‌شوند، تولید گاز آرگون بیشتر به جداسازی آن از منابع طبیعی وابسته است تا سنتز مستقیم در آزمایشگاه.
آرگون حدود ۰.۹۳ درصد از ترکیب گازهای جو زمین را تشکیل می‌دهد. بنابراین، منبع اصلی برای تولید آن، خود هوا است. فرآیند تولید صنعتی این گاز از طریق تقطیر جزء به جزء هوای مایع انجام می‌شود؛ روشی که به‌شکل گسترده‌ای در پالایشگاه‌های گاز و کارخانه‌های تولید گازهای صنعتی به‌کار گرفته می‌شود.
در این فرآیند، ابتدا هوا فشرده و سپس به دمای بسیار پایین رسانده می‌شود تا به حالت مایع درآید. پس از آن، اجزای مختلف هوا (اکسیژن، نیتروژن، آرگون و…) با استفاده از تفاوت در نقطه‌ی جوش‌شان به‌صورت مرحله‌ای از یکدیگر جدا می‌شوند. چون دمای جوش آرگون (حدود ۱۸۵- درجه‌ی سانتی‌گراد) بین نیتروژن و اکسیژن قرار دارد، با کنترل دقیق دما و فشار، می‌توان آن را به‌صورت خالص از ستون‌های تقطیر استخراج کرد.
در برخی موارد، آرگون به‌عنوان محصول جانبی در صنایع تولید فولاد نیز به‌دست می‌آید. به‌ویژه در فرایندهایی که به گازهای بی‌اثر برای محافظت از فلزات مذاب در برابر اکسید شدن نیاز است، آرگون به‌صورت ترکیبی با سایر گازها استفاده می‌شود و هم‌زمان بازیابی و خالص‌سازی آن نیز انجام می‌گیرد.
در سال‌های اخیر، تقاضا برای آرگون به‌دلیل کاربردهای متنوعش – از جوشکاری و برش لیزری گرفته تا استفاده در لامپ‌های فلورسنت و حتی در صنایع پزشکی – افزایش چشمگیری داشته است. از این رو، کارخانه‌ها به‌دنبال ارتقاء تکنولوژی‌های جداسازی و بهینه‌سازی تولید این گاز هستند تا بتوانند پاسخگوی نیاز بازار باشند.
به‌طور خلاصه، اگرچه کشف گاز آرگون در گذشته به‌صورت علمی اتفاق افتاد، اما امروز تولید آن با فناوری‌های پیشرفتهای انجام می‌شود که نقش حیاتی در بسیاری از صنایع دارد.
موارد استفاده آرگون چیست؟
لامپ های نئون
در شیشه های دو جداره
در صنعت تولید مانیتورها
ساخت قطعات الکترونیکی
در پزشکی و عمل های جراحی
در جوشکاری به عنوان گازمحافظ
تولید قطعات فولادی با کیفیت بالا
در بسته بندی بطری های پلاستیکی
در سیستم های اطفا حریق اتوماتیک
گازهای میکس در دستگاه های آنالیز شیمیایی
در بسته بندی مواد غذایی برای بالا بردن زمان نگهداری(MAP)
از مواردی که جهت کابردهای گاز آرگون اشاره شد پرکاربردترین آن ها استفاده از گاز آرگون در صنعت جوشکاری فلزات میباشد.
شرح بعضی از موارد مصرف گاز آرگون
گاز آرگون در جوشکاری
گازهای محافظ گازهای بی اثری هستند که در فرآیند جوشکاری برای محافظت از جوش در برابر سایر عناصر موجود در جو استفاده می شوند. گاز ازگون به عنوان گاز محافظ در صنعت جوشکاری کاربرد دارد . همچنین به دلیل هزینه کم و قابلیت گاز و عنصر پایداری که
با دیگر عناصر واکنش نمی دهدو در معرض دمای شدید هنگام کار اتش نمیگیرد مورد استقبال قرار گرفته است.
در سیستم های اطفا حریق
گاز آرگون در سیستم های اطفا حریق از جمله سیستم های IG55-IG100-IG541 کاربرد دارد و طریقه عملکرد این سیستم بر پایه تزریق حجم زیاد گاز در یک محیط بسته و کاهش حجم اکسیژن محیط باعث می‌شود یکی از موارد اصلی حریق که وجود اکسیژن کافی جهت آتش میباشد را حذف کرده و به اصطلاح حریق را خفه نمایید در این سیتم در اتاق‌های سرور موزه ها و مکان‌هایی با حساسیت زیاد به حریق استفاده می‌شود.
استفاده در گازهای میکس
یکی از عمده ترین مصراف گاز آرگون در گاز ترکیبی P10 میباشد که از ترکیب ۱۰% گاز متان و ۹۰% گاز آرگون P10 تشکیل می شود. این ترکیب عنصر آرگون کاربرد فراوانی در دستگاه های X-Ray در صنعت سیمان سازی داراست.
لامپ‌های یونیزه یا پلاسمایی که در ایران با نام لامپ نئون شهرت دارد یکی دیگر از موارد استفاده گاز آرگون میباشد به طور معمول، چنین لامپ هایی از گازهای نجیب (آرگون، نئون، کریپتون و زنون) یا مخلوطی از این گازها استفاده می کنند. در این لامپ پس از ایجاد جریان برق در لامپ حاوی گاز آرگون گازها در حالت نیمه پایدار قرار می‌گیرند و از خود نور بنفش صاتع می‌کنند.
آیا گاز آرگون خطرناک است؟ آنچه درباره ایمنی آرگون باید بدانید
با وجود اینکه گاز آرگون از نظر شیمیایی بی‌اثر و غیرفعال است، اما این به معنای ایمن بودن کامل آن نیست. یکی از مهم‌ترین خطرات آرگون، خاصیت «خفه‌کنندگی» آن در محیط‌های بسته است. چون بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است، اگر در محیطی نشت کند، به‌راحتی جایگزین اکسیژن شده و بدون اینکه احساس شود، موجب خفگی می‌گردد.
این موضوع در محیط‌های صنعتی یا آزمایشگاهی که از آرگون به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. به‌ویژه در فضاهای بدون تهویه مناسب، خطر کمبود اکسیژن و مسمومیت بالا می‌رود.
برای پیشگیری، باید از حسگرهای گاز، تهویه مناسب و آموزش کارکنان استفاده کرد. همچنین نگهداری سیلندرهای آرگون در جای خشک و خنک و به‌دور از منابع حرارتی، اهمیت زیادی دارد. رعایت نکات ایمنی، کلید استفاده امن از این گاز بی‌اثر اما خطرناک در شرایط خاص است.
نتیجه‌گیری: از کشف تا کاربرد؛ روایت گاز آرگون در دنیای امروز
ماجرای کشف گاز آرگون، نمونه‌ای بی‌نظیر از دقت علمی و کنجکاوی ذهن بشر است. از لحظه‌ای که اختلافی جزئی در چگالی نیتروژن ذهن دانشمندان را درگیر کرد، تا وقتی که گازی بی‌اثر، بی‌رنگ و بی‌بو به‌نام آرگون به جهان علم معرفی شد، روندی طی شد که به‌خوبی نشان می‌دهد بزرگ‌ترین کشفیات از دل توجه به جزئیات بیرون می‌آیند.
امروز اما آرگون صرفاً یک موضوع تاریخی در کتاب‌های شیمی نیست؛ بلکه به یک عنصر کلیدی در صنعت، پزشکی، الکترونیک، متالورژی و حتی نورپردازی تبدیل شده است. تولید این گاز با فرآیندهای دقیق و مهندسی‌شده مانند تقطیر جزء به جزء هوای مایع انجام می‌گیرد و این نشان‌دهنده پیشرفتهای چشم‌گیر در فناوری استخراج منابع نامرئی از دل طبیعت است.
با این حال، بی‌خطر بودن آرگون در ظاهر نباید ما را از ملاحظات ایمنی آن غافل کند. هرچند که گاز بی‌اثر است، اما در فضاهای بسته می‌تواند به‌راحتی جای اکسیژن را بگیرد و خطر خفگی ایجاد کند.
در مجموع، آرگون مثالی زنده از آن است که چگونه یک عنصر خاموش و بی‌واکنش، می‌تواند در سکوت خود، نقشی حیاتی در صنعت و زندگی بشر ایفا کند. شناخت علمی گذشته، تکنولوژی امروز و رعایت اصول ایمنی در استفاده از آن، سه ضلع مثلثی است که آینده‌ای مطمئن‌تر و پربازده‌تر برای بهره‌برداری از این گاز ارزشمند رقم می‌زند.
