18. Argon (Ar) - das verborgene Gas

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das Periodensystem, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Podcastreihen wie Wissensreise durch die Geschichte oder durch die Psychologie. Heute reisen wir zum 18 Element im Periodensystem zu einem Gas, das über ein Jahrhundert lang unentdeckt blieb, obwohl es uns ständig umgibt.

0:29 Das etwa ein Prozent der Luft ausmacht, die du atmest. Das völlig Reaktionsträge ist und doch in zahllosen Anwendungen unverzichtbar geworden ist. Willkommen bei Argon, dem verborgenen Gas, dem stillen Begleiter, der seinen Namen vom griechischen Wort für faul oder untätig trägt. Schließe deine Augen und stelle dir vor, du nimmst einen tiefen Atemzug.

0:55 Stickstoff strömt in deine Lungen, etwa 78% der Luft. Sauerstoff folgt 21%, der dein Blut mit Energie versorgt. Aber was ist mit dem Rest zwischen den großen Akteuren unsichtbar und unbemerkt ist Argon 0,9 134% der Atmosphäre in jedem Atemzug nimmst du etwa 100 Trillionen Argon Atome auf. Sie passieren deine Lungen, lösen sich minimal im Blut.

1:28 Tu nichts, reagieren mit nichts, verlassen deinen Körper wieder unverändert ein stiller Passagier auf der Reise durch dich Argon trägt die Ordnungszahl 818 18 Protonen, im Kern 18 Elektronen in der Hülle. Es ist ein Edelgas, das Dritte in der achten Hauptgruppe des Periodensystems nach Helium und Neon, wie alle 1. Wie alle Edelgase hat Argon eine vollständig gefüllte äußere Elektronenschale 8 Elektronen in der äußersten Schale, eine perfekt stabile Konfiguration, es braucht keine Elektronen, will keine abgeben, geht praktisch keine chemischen Bindungen ein.

2:15 Argon ist das Paradebeispiel für chemische Gleichgültigkeit. Der Name Argon wurde von seinen Entdeckern gewählt, um genau diese Eigenschaft zu beschreiben. Argos, griechisch für faul, träge, untätig, ein treffender Name für ein Element, das nichts tut, das sich mit nichts verbindet, das einfach existiert.

2:40 Die Entdeckung von Argon ist eine faszinierende Geschichte wissenschaftlicher Präzision im späten 19 Jahrhundert war die Chemie bereits hochentwickelt, die Zusammensetzung der Luft schien bekannt, Stickstoff, Sauerstoff, geringe Mengen Kohlendioxid und Wasserdampf. Doch der britische Physiker Lord Railey bemerkte etwas Seltsames. Als er Stickstoff aus der Luft isolierte, indem er Sauerstoff, Kohlendioxid und andere bekannte Komponenten entfernte, hatte das Gas eine leicht höhere Dichte als Stickstoff, der durch chemische Reaktionen aus Ammoniak hergestellt wurde. Der Unterschied war winzig, nur etwa 0,5% die meisten Wissenschaftler hätten es als Messfehler abgetan, doch raley war akribisch.

3:35 Er wiederholte die Experimente Dutzende Male, verfeinerte seine Methoden. Der Unterschied blieb, etwas stimmte nicht, Raley wandte sich an den schottischen Chemiker William Ramsey, gemeinsam arbeiteten sie daran, die Ursache zu finden, Ramsey nahm Luftstickstoff und entfernte systematisch alle bekannten Bestandteile er.

4:01 Er ließ Sauerstoff mit glühendem Kupfer reagieren, Kohlendioxid mit Natronlauge absorbieren, Wasserdampf ausfrieren was übrig blieb, ließ er mit Magnesium reagieren, das mit Stickstoff Magnesiumnitrit bildet. Nach Tagen des Erhitzens und Reagierens blieb ein kleines Volumen Gas übrig, das mit nichts reagierte, sie analysierten das Spektrum dieses Gases. Die charakteristischen Lichtlinien, die es beim Erhitzen abgibt, die Linien passten zu keinem bekannten Element im August 1894 verkündeten Raleys und Ramsey die Entdeckung eines neuen Elements in der Luft, das sie Argon nannten.

4:49 Die wissenschaftliche Gemeinschaft war skeptisch, ein ganzes Prozent der Luft, und niemand hatte es bemerkt, doch die Beweise waren überzeugend. 1904 erhielten Raley den Nobelpreis für Physik und Ramsey den für Chemie. Für die Entdeckung der Edelgase, zu denen neben Argon auch Neon, Krypton und Xenon gehörten. Argon ist bei weitem das häufigste Edelgas in der Erdatmosphäre, fast das gesamte Argon ist das Isotop Argon 40 der.

5:24 Das durch radioaktiven Zerfall von Kalium 40 im Erdinneren entstanden ist. Über Milliarden Jahre zerfiel Kalium 40 zu Argon 40, das aus dem Gestein entwich und sich in der Atmosphäre ansammelte. Argon 40 macht etwa 99,6% des natürlichen Argons aus, die anderen Isotope sind. Argon, 36 und Argon 38 sind primordial, entstanden beim Urknall oder in Sternen. Diese unterschiedliche Herkunft der Argon Isotope ist wissenschaftlich wertvoll, das Verhältnis von Argon, 40 zu Kalium 40 wird zur radiometrischen Altersbestimmung verwendet.

6:13 Die kaliumargon Datierung kann das Alter von Gesteinen bestimmen, die Millionen bis Milliarden Jahre alt sind. Sie hat geholfen, das Alter der Erde auf etwa viereinhalb Milliarden Jahre zu bestimmen, das Alter von Meteoriten zu messen, die Chronologie der menschlichen Evolution durch Datierung vulkanischer Schichten in Afrika zu etablieren.

6:39 In der Praxis ist Argon ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Gas bei Raumtemperatur und Normaldruck existiert es als einatomiges Molekül, einzelne Argonatome, die frei umherschweben. Es kondensiert bei -185,7 Grad Celsius zu einer farblosen Flüssigkeit und friert bei 189,4 Grad zu einem farblosen Feststoff.

7:10 Die wichtigste industrielle Anwendung von Argon ist als Schutzgas bei Schweißarbeiten, besonders beim WIG Schweißen, Wolfram Inertgas Schweißen wird Argon verwendet, um die Schweißzone vor Oxidation zu schützen. Wenn Metall geschmolzen wird, reagiert es leicht mit Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, was zu schwachen, porösen Schweißnähten führt. Argon, chemisch in Erd, verdrängt die Luft, schafft eine schützende Atmosphäre, das geschmolzene Metall kann erstarren, ohne zu oxidieren, was zu starken, sauberen Schweißnähten führt.

7:49 In der Metallurgie wird Argon auch bei der Produktion von Titan, einem reaktiven Metall, verwendet. Titan würde bei hohen Temperaturen mit Luft reagieren, spröde werden, in einer Argon Atmosphäre kann es sicher verarbeitet werden, eine andere wichtige Anwendung ist in der Beleuchtung Glühlampen enthalten oft Argon gemischt mit etwas Stickstoff. Das inerte Gas verhindert, dass der Wolframdraht durch Reaktion mit Sauerstoff verbrennt, verlängert die Lebensdauer der Lampe in Leuchtstoffröhren und Neonlichtern wird Argon mit anderen Gasen gemischt, um verschiedene Farben zu erzeugen. Reines Argon in einer Entladungsröhre leuchtet violett blau.

8:40 Argon wird auch zur Wärmeisolierung verwendet. Doppel und dreifach verglaste Fenster haben oft Argon zwischen den Glasscheiben. Argon ist Dichter als Luft, leitet Wärme schlechter, verbessert die Isolierung in kalten Klimazonen reduzieren Argon gefüllte Fenster Heizkosten erheblich in der Halbleiterindustrie wird Argon in Ionen Etzverfahren eingesetzt.

9:08 Argonionen werden beschleunigt und bombardieren die Oberfläche eines Wafers, tragen Material ab, schaffen präzise Strukturen. Es wird auch als Trägergas in Sputterprozessen verwendet, wo argonionen Atome von einem Target lösen, die sich auf einem Substrat ablagern. In Lasern findet Argon Verwendung. Argon Ionen Laser emittieren intensives Blaues und grünes Licht.

9:36 Wurden früher in Lichtshows, Holographie, Lithographie verwendet, obwohl sie heute weitgehend von effizienteren Lasern ersetzt wurden, waren sie in den 70er und 80er Jahren wichtig. In der Wissenschaft ist Argon wertvoll für Experimente, die eine inerte Atmosphäre erfordern. Chemiker arbeiten oft in Glove Box Systemen, die mit Argon gefüllt sind, um luftempfindliche Substanzen zu handhaben.

10:06 Organometallische Verbindungen, die mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit sofort reagieren würden, können in Argon Atmosphäre sicher manipuliert werden flüssiges Argon wird in der Teilchenphysik eingesetzt in großen Detektoren wie dem Ikarus Experiment. Oder den geplanten June Detektoren dient flüssiges Argon als Medium zur Detektion von Neutrinos, jenen geisterhaften Teilchen, die Materie fast ohne Wechselwirkung durchdringen. Wenn ein Neutrino mit einem Argon Kern interagiert, erzeugt es geladene Teilchen, die durch das flüssige Argon reisen und Lichtblitze erzeugen, die detektiert werden können. In der Medizin wird Argon in der Kryochirurgie eingesetzt. Argon Plasma Koagulation ist eine Technik, bei der Ionisiertes Argon Gas verwendet

11:04 wird, um Gewebe zu kauterisieren Blutungen zu stoppen, Tumore zu zerstören. Es ist präzise, minimiert Gewebeschäden Argon hat auch eine Rolle in der Weinherstellung Argon ist schwerer als Luft und in Erd. Wenn eine Weinflasche geöffnet wird, setzt man sie Sauerstoff aus, der den Wein oxidiert, den Geschmack verändert.

11:29 Einige Systeme sprühen Argon in die Flasche, das auf der Weinoberfläche liegt, eine Schutzschicht bildet Oxidation, verhindert in der Archäologie und Konservierung wird Argon verwendet, um empfindliche Artefakte zu schützen alte Dokumente, Gemälde. Archäologische Funde werden manchmal in Argon gefüllten Vitrinen aufbewahrt, um Oxidation und biologischen Abbau zu verhindern.

11:56 Taucher verwenden manchmal Argon zum Trockentauchanzug auf Blasen, Argon ist Dichter als Luft, leitet Wärme schlechter, hält den Taucher in kaltem Wasser wärmer als Luft, trotz seiner Häufigkeit in der Atmosphäre ist Argon nicht biologisch relevant. Es hat keine bekannte Rolle in lebenden Organismen. Es ist nicht giftig, aber in hohen Konzentrationen kann es erstickend wirken, indem es Sauerstoff verdrängt. Argon ist schwerer als Luft, kann sich in tiefliegenden, schlecht belüfteten Räumen ansammeln, eine unsichtbare Erstickungsgefahr darstellen, es gibt eine faszinierende Eigenschaft von Argon, die oft übersehen wird, es macht Geräusche.

12:46 Wenn du in einer argonreichen Atmosphäre sprichst, klingt deine Stimme tiefer. Das liegt daran, dass Schallgeschwindigkeit in Argon niedriger ist als in Luft, das Gegenteil von Helium, das die Stimme höher macht in reinem Argon würde deine Stimme wie die eines Monsters klingen, tief, langsam, unheimlich natürlich sollte man das nicht ausprobieren, da Argon Sauerstoff verdrängt.

13:15 Die Gewinnung von Argon erfolgt durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft. Luft wird gekühlt, bis sie flüssig wird, dann langsam erwärmt, Stickstoff verdampft zuerst bei -196 Grad Celsius, Argon siedet bei -185 Grad, Sauerstoff bei -183 Grad. Durch präzise Kontrolle der Temperatur können die Gase getrennt werden.

13:47 Jährlich werden etwa 700000000 Kubikmeter Argon produziert. Argon ist relativ günstig, weil es so reichlich vorhanden ist. Ein Liter flüssiges Argon kostet nur wenige Euro, dies macht es attraktiv für industrielle Anwendungen, wo große Mengen benötigt werden. In der Astrochemie finden wir Argon im Weltraum. Spektroskopische Beobachtungen zeigen Argon in Planetarischen Nebeln in den Atmosphären von Planeten. Die Raumsonde Rosetta entdeckte Argon in der Koma des Kometen Tschuriumow Gerassimenko.

14:28 Die Isotopenzusammensetzung von Argon in verschiedenen Himmelskörpern hilft uns, die Entstehungsgeschichte des Sonnensystems zu verstehen. Mars hat eine dünne Atmosphäre, die etwa 2% Argon enthält, proportional viel mehr als auf der Erde. Die Analyse dieser Argon Isotope durch Mars Rover hat Hinweise auf die atmosphärische Geschichte des Mars gegeben. Wieviel Atmosphäre im Laufe der Zeit verloren ging. Argon erinnert uns daran, dass die Welt voller unsichtbarer Dinge ist.

15:05 Wir atmen es jeden Tag, merken es nicht, es ist überall um uns herum, in jedem Raum, in jedem Atemzug, und doch ist es so reaktionsträge, dass es keine Spur in unserem Körper hinterlässt. Diese Unsichtbarkeit ist eine Metapher für vieles in unserer Welt, viele Prozesse. Viele Substanzen, viele Kräfte wirken still, unbemerkt, aber sie sind da, die Schwerkraft zieht uns ständig zur Erde, wir denken nicht darüber nach, Mikroorganismen in unserem Darm verdauen Nahrung, wir sind uns ihrer kaum bewusst.

15:43 Argon in unserer Lunge kommt und geht unbeachtet, Wissenschaft ist oft die Kunst, das Unsichtbare sichtbar zu machen. Das Selbstverständliche zu hinterfragen Railey hätte den winzigen Dichteunterschied ignorieren können. Er tat es nicht, seine Neugier, seine Präzision, seine Beharrlichkeit führten zur Entdeckung eines ganzen Prozents unserer Atmosphäre, das niemand zuvor bemerkt hatte.

16:16 Diese Haltung, genau hinsehen, nicht annehmen, überprüfen ist das Herz der Wissenschaft. Sie hat uns so viel gelehrt über die Welt und sie kann uns lehren, auch in anderen Bereichen achtsam zu sein, über die Umwelt, über die Folgen unserer Handlungen, über die stillen Veränderungen, die sich akkumulieren, bis sie unübersehbar werden.

16:42 Argon selbst ist harmlos, ihn ehrt ein stiller Begleiter, aber die Atmosphäre, die es enthält, ist fragil. Der Sauerstoff, den wir brauchen, wird von Pflanzen und Phytoplankton produziert. Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist das Ergebnis von Milliarden Jahren leben, wir verändern sie, Kohlendioxid steigt, Ozon wird angegriffen, Luftverschmutzung nimmt zu, die Entdeckung von Argon lehrte uns, dass selbst das offensichtlichste Geheimnisse birgt, die Luft, die wir atmen, war komplexer als gedacht.

17:20 Was lernen wir heute? Dass die Systeme, die uns tragen, Atmosphäre, Klima, Ökosysteme komplexer sind, als wir lange dachten, und dass kleine Veränderungen große Folgen haben können. Argon, Das verborgene Gas, symbolisiert die unsichtbaren Grundlagen unseres Lebens, es ist da, macht etwa ein Prozent unserer Welt aus, tut still seinen Dienst in schweißgeräten, Fenstern, Laboren.

17:49 Es erinnert uns daran, achtsam zu sein, genau hinzusehen, nicht das Selbstverständliche als gegeben hinzunehmen. Gute Nacht und möge, dass Argon in jedem Atemzug dich daran erinnern, dass die Welt reich an wundern ist, sichtbaren und die unsichtbaren, und dass es unsere Aufgabe ist, sie zu schützen, die Atmosphäre, die uns umgibt, die Erde, die uns trägt, die Zukunft, die vor uns liegt.