گاز آرگون چیست و چه کاربری دارد ؟

 سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص مانند آرگون وترکیبات آرگونی، دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778

بررسی جامع ویژگی‌های کلیدی گاز آرگون ( Argon ) :

گاز آرگون به دلیل ساختار اتمی و فیزیکی خود، دارای چندین ویژگی کلیدی است که در ادامه به تفصیل مورد بررسی قرار می‌گیرند:

۱. بی‌اثر بودن (Inertness):

این ویژگی، مهمترین و بنیادی‌ترین خاصیت گاز آرگون( Argon ) است. اتم آرگون دارای هشت الکترون در لایه ظرفیت (پوسته خارجی) خود است (چیدمان الکترونی: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$). این پیکربندی کامل، به آن یک پایداری ترمودینامیکی بسیار بالا می‌بخشد. به عبارت دیگر، آرگون به سختی الکترون از دست می‌دهد یا به دست می‌آورد و یا الکترون خود را به اشتراک می‌گذارد. این ویژگی بدان معناست که آرگون در شرایط معمول، با هیچ عنصر یا ترکیبی واکنش شیمیایی نشان نمی‌دهد. این بی‌اثر بودن، آن را به یک “گاز محافظ” ایده‌آل در بسیاری از فرآیندهای صنعتی تبدیل کرده است، جایی که حضور گازهای واکنش‌پذیر مانند اکسیژن یا نیتروژن می‌تواند منجر به اکسیداسیون، سوختن یا تخریب مواد شود.

۲. چگالی (Density):

آرگون یک گاز سنگین‌تر از هوا است. جرم مولی آرگون( Argon ) حدود ۳۹.۹۵ گرم بر مول است، در حالی که جرم مولی میانگین هوا حدود ۲۹ گرم بر مول است. این تفاوت چگالی، نقش مهمی در برخی از کاربردهای آرگون ایفا می‌کند. به عنوان مثال، در جوشکاری، آرگون سنگین‌تر، در اطراف ناحیه جوش را احاطه کرده و به طور موثری از ورود هوا (اکسیژن و نیتروژن) به فلز مذاب جلوگیری می‌کند. این “پوشش” گازی، تضمین کننده کیفیت اتصال جوش است.

۳. رسانایی حرارتی (Thermal Conductivity):

آرگون دارای رسانایی حرارتی پایینی است. رسانایی حرارتی معیاری برای توانایی یک ماده در انتقال گرما است. آرگون ( Argon ) نسبت به بسیاری از گازهای دیگر، از جمله هوا، گرمای کمتری را از خود عبور می‌دهد. این ویژگی، آن را به یک عایق حرارتی موثر تبدیل کرده است. در پنجره‌های دوجداره، لایه‌ای از آرگون که بین دو پنل شیشه‌ای قرار می‌گیرد، انتقال گرما را از داخل به خارج در فصل سرما و از خارج به داخل در فصل گرما به شدت کاهش می‌دهد. این امر منجر به افزایش بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها و کاهش هزینه‌های گرمایش و سرمایش می‌شود.

۴. طیف نوری (Optical Spectrum):

هنگامی که آرگون در معرض تخلیه الکتریکی (مانند آنچه در لامپ‌های فلورسنت یا لامپ‌های قوس الکتریکی رخ می‌دهد) قرار می‌گیرد، الکترون‌های اتم آرگون( Argon ) برانگیخته شده و سپس به حالت پایه باز می‌گردند و فوتون‌های نوری را در طیف‌های خاصی گسیل می‌کنند. این طیف‌ها، بسته به فشار و جریان الکتریکی، می‌توانند رنگ‌های مختلفی از آبی تا بنفش را ایجاد کنند. این خاصیت در لامپ‌های نئون (که اغلب حاوی آرگون نیز هستند) و برخی از انواع نورپردازی‌های ویژه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربردهای گسترده گاز آرگون:

با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد ذکر شده، گاز Argon در طیف وسیعی از صنایع و فناوری‌ها کاربرد دارد:

۱. جوشکاری (Welding) – MIG/TIG:

این حوزه، یکی از بزرگترین مصرف‌کنندگان گاز آرگون است. در دو فرآیند اصلی جوشکاری قوسی:

جوشکاری MIG (Metal Inert Gas) یا GMAW (Gas Metal Arc Welding): در این روش، سیم جوش به عنوان الکترود مصرفی عمل می‌کند و همزمان تغذیه می‌شود. قوس الکتریکی بین نوک سیم جوش و قطعه کار، فلز را ذوب می‌کند. در این حین، گاز آرگون (اغلب به همراه مقادیری گاز دی‌اکسید کربن یا اکسیژن برای جوشکاری فولاد) به عنوان گاز محافظ از نازل تفنگ جوشکاری به سمت حوضچه جوش اسپری می‌شود.

این گاز محافظ، اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا را از اطراف فلز مذاب دور نگه می‌دارد. این امر از اکسیداسیون، نیتراسیون و تشکیل سرباره در فلز جوش خورده جلوگیری کرده و منجر به ایجاد اتصالی تمیز، قوی و با حداقل عیوب می‌شود. آرگون به خصوص برای جوشکاری فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، مس و فولاد ضد زنگ که به شدت مستعد اکسیداسیون هستند، حیاتی است.

جوشکاری TIG (Tungsten Inert Gas) یا GTAW (Gas Tungsten Arc Welding): در این روش، از یک الکترود تنگستن غیرمصرفی استفاده می‌شود. قوس الکتریکی بین نوک الکترود تنگستن و قطعه کار ایجاد می‌شود. برای تغذیه فلز در صورت نیاز، از یک میله فلزی جداگانه استفاده می‌شود. آرگون در اینجا نیز نقش گاز محافظ را ایفا می‌کند و همانند MIG، از آلودگی فلز مذاب توسط اکسیژن و نیتروژن هوا جلوگیری می‌کند. جوشکاری TIG به دلیل کنترل دقیق بر حوضچه جوش و کیفیت بسیار بالای اتصالات، برای کاربردهای حساس مانند صنایع هوافضا، خودروسازی و تولید تجهیزات پزشکی ترجیح داده می‌شود.

۲. روشنایی (Lighting):

Argon نقش مهمی در تکنولوژی لامپ‌های روشنایی ایفا کرده است:

لامپ‌های رشته‌ای (Incandescent Lamps): در لامپ‌های رشته‌ای قدیمی، حباب لامپ تا حدودی خلاء داشت، اما برای جلوگیری از تبخیر سریع رشته تنگستن (که در دماهای بالا قرار دارد) و در نتیجه افزایش طول عمر لامپ، مقداری گاز بی‌اثر مانند آرگون یا مخلوطی از آرگون و نیتروژن در حباب تزریق می‌شد. گاز آرگون با فشار بالا، با کند کردن فرآیند تبخیر رشته، عمر لامپ را به طور قابل توجهی افزایش می‌داد.

لامپ‌های فلورسنت (Fluorescent Lamps): در لامپ‌های فلورسنت، قوس الکتریکی از میان بخار جیوه و گاز Argon (یا نئون) عبور می‌کند. این فرآیند باعث برانگیخته شدن اتم‌های جیوه شده و گسیل نور فرابنفش (UV) را در پی دارد. این نور UV سپس توسط پوشش فسفر در داخل حباب لامپ جذب شده و به نور مرئی تبدیل می‌شود. آرگون در اینجا به عنوان یک گاز شروع کننده (striking gas) عمل می‌کند و با تسهیل ایجاد قوس الکتریکی، فرآیند روشن شدن لامپ را آسان‌تر می‌کند.

لامپ‌های تخلیه گازی (Gas Discharge Lamps): علاوه بر فلورسنت، آرگون در انواع دیگر لامپ‌های تخلیه گازی مانند لامپ‌های بخار فلز (Metal Vapor Lamps) و لامپ‌های نئون نیز به کار می‌رود. در لامپ‌های نئون، مخلوطی از نئون و آرگون می‌تواند رنگ‌های نوردهی متفاوتی ایجاد کند.

۳. صنعت فولاد و فلزات (Steel and Metallurgy):

آرگون نقش کلیدی در بهبود کیفیت و فرآیندهای تولید فلزات، به خصوص فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) و فلزات ویژه دارد:

فرآیند VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) و AOD (Argon-Oxygen Decarburization): در تولید فولاد ضد زنگ، حذف کربن و سایر ناخالصی‌ها بسیار مهم است. در فرآیند AOD، مخلوطی از Argon و اکسیژن به فلز مذاب تزریق می‌شود. آرگون با رقیق کردن اکسیژن، سرعت واکنش اکسیداسیون را کنترل کرده و از اکسید شدن بیش از حد کروم (که جزء اصلی فولاد ضد زنگ است) جلوگیری می‌کند. همچنین، آرگون با ایجاد حباب، به خروج گازهای ناخواسته مانند هیدروژن و نیتروژن از فلز مذاب کمک می‌کند.

ریخته‌گری دقیق (Precision Casting) و ریخته‌گری گریز از مرکز (Centrifugal Casting): در تولید قطعات فلزی با دقت بالا، از Argon به عنوان گاز محافظ در کوره یا در فرآیند ریخته‌گری استفاده می‌شود تا از آلودگی مذاب توسط اکسیژن و سایر گازهای اتمسفر جلوگیری شود.

متالورژی پودر (Powder Metallurgy): در تولید پودرهای فلزی، آرگون به عنوان اتمسفر محافظ در کوره‌های تف‌جوشی (sintering) استفاده می‌شود تا از اکسیداسیون ذرات پودر جلوگیری شود.

۴. بسته‌بندی مواد غذایی (Food Packaging):

خواص بی‌اثر آرگون آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای افزایش ماندگاری و حفظ کیفیت مواد غذایی تبدیل کرده است:

** MAP (Modified Atmosphere Packaging):** در این روش، هوای داخل بسته‌بندی با مخلوطی از گازهای دیگر جایگزین می‌شود تا عمر مفید محصول افزایش یابد. آرگون اغلب به عنوان یکی از اجزای اصلی این مخلوط گازی، به ویژه در بسته‌بندی گوشت قرمز، مرغ، ماهی، سبزیجات تازه و محصولات پخته شده، استفاده می‌شود. این گاز با جایگزینی اکسیژن، فرآیندهای اکسیداسیون (که منجر به تغییر رنگ، بو و طعم غذا می‌شود) و رشد میکروارگانیسم‌های هوازی را به شدت کند می‌کند. همچنین، به دلیل چگالی بالا، آرگون به خوبی بسته‌بندی را پر کرده و از فروپاشی آن جلوگیری می‌کند.

حفظ تازگی و رنگ: آرگون به ویژه برای حفظ رنگ قرمز گوشت تازه و جلوگیری از قهوه‌ای شدن آن بسیار مؤثر است.

۵. صنایع الکترونیک (Electronics Industry):

در تولید قطعات الکترونیکی حساس، وجود محیطی تمیز و بدون آلودگی بسیار حیاتی است، و Argon نقش کلیدی در این زمینه ایفا می‌کند:

تولید نیمه‌رساناها (Semiconductor Manufacturing): فرآیندهای ساخت تراشه‌ها و مدارات مجتمع، مانند لایه‌نشانی بخار شیمیایی (CVD)، فرآیندهای اچینگ (etching) و عملیات حرارتی، نیازمند محیطی عاری از اکسیژن و رطوبت هستند. آرگون به عنوان یک گاز حامل (carrier gas) و گاز محافظ در این فرآیندها استفاده می‌شود تا از هرگونه واکنش ناخواسته که می‌تواند به ساختار ظریف نیمه‌رسانا آسیب برساند، جلوگیری شود.

تولید نمایشگرها: در ساخت برخی انواع نمایشگرها مانند نمایشگرهای پلاسما و LCD، آرگون به عنوان گاز پرکننده در بین لایه‌های شیشه استفاده می‌شود.

لحیم‌کاری (Soldering): در لحیم‌کاری قطعات الکترونیکی حساس، استفاده از Argon به عنوان اتمسفر محافظ می‌تواند از اکسید شدن سطح لحیم جلوگیری کرده و اتصالات با کیفیت‌تری را ایجاد کند.

۶. پنجره‌های دوجداره (Double Glazing / Insulated Glazing Units – IGUs):

خاصیت عایق حرارتی آرگون، آن را به ماده‌ای ایده‌آل برای بهبود بهره‌وری انرژی در ساختمان‌ها تبدیل کرده است:

عایق حرارتی: همانطور که پیشتر اشاره شد، تزریق گاز Argon در فضای بین دو لایه شیشه در پنجره‌های دوجداره، رسانایی حرارتی کلی پنجره را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. این امر باعث می‌شود که گرمای کمتری در زمستان از طریق پنجره‌ها به بیرون هدایت شود و گرمای کمتری در تابستان از بیرون به داخل نفوذ کند.

کاهش رطوبت: این لایه گازی همچنین به کاهش احتمال میعان (بخار گرفتن) در سطح داخلی پنجره‌ها کمک می‌کند، به خصوص در آب و هوای سرد.

بهبود عایق صوتی: علاوه بر عایق حرارتی، لایه Argon می‌تواند به بهبود عایق صوتی پنجره‌ها نیز کمک کند.

۷. مصارف پزشکی (Medical Applications):

آرگون در برخی حوزه‌های پزشکی کاربردهای تخصصی و مهمی دارد:

جراحی لیزری: در برخی از انواع جراحی‌های لیزری، به ویژه در چشم پزشکی (مانند فوتوکواگولاسیون شبکیه)، پرتو لیزر از طریق یک عدسی عبور می‌کند که در محیطی از گاز آرگون قرار دارد. این محیط گازی باعث تمرکز بهتر پرتو لیزر و افزایش دقت عمل می‌شود. همچنین، در برخی جراحی‌های دیگر، آرگونArgon به عنوان یک گاز محافظ یا خنک‌کننده در اطراف ناحیه جراحی استفاده می‌شود.

کرایوتراپی (Cryotherapy) و جراحی سرما (Cryosurgery): در روش‌های درمانی که از انجماد بافت‌ها برای از بین بردن ضایعات یا تومورها استفاده می‌شود، گاز Argon (یا در مواردی نیتروژن مایع) به عنوان عامل انجماد به کار می‌رود. آرگون به دلیل توانایی خود در رسیدن به دماهای بسیار پایین، یک عامل انجماد کارآمد است.

آرگون پلاسماتراپی (Argon Plasma Coagulation – APC): این تکنیک پزشکی از گاز آرگون یونیزه شده (پلاسما) برای انعقاد (کوتر کردن) بافت‌ها در حین جراحی استفاده می‌شود. پلاسمای آرگون یک جریان الکتریکی با فرکانس بالا را از طریق Argon گازی هدایت می‌کند که باعث یونیزاسیون آن و ایجاد پلاسمای داغ می‌شود. این پلاسما با ایجاد حرارت در سطح بافت، باعث انعقاد خون و کنترل خونریزی می‌شود. APC به خصوص در دستگاه گوارش برای درمان خونریزی و برداشتن ضایعات اندوسکوپیک کاربرد دارد.

۸. علم و تحقیقات (Science and Research):

آرگون در بسیاری از فرآیندهای علمی و تحقیقاتی نیز کاربرد دارد:

طیف‌سنجی جرمی (Mass Spectrometry): در تکنیک‌های طیف‌سنجی جرمی مانند ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)، از پلاسما Argon به عنوان منبع یونیزاسیون برای یونیزه کردن نمونه‌ها استفاده می‌شود.

تحقیقات شیمیایی: در آزمایشگاه‌های شیمی، آرگون اغلب به عنوان گاز خنثی برای ایجاد اتمسفر کنترل شده در واکنش‌های شیمیایی حساس به هوا یا رطوبت استفاده می‌شود.

اندازه‌گیری دقیق: به دلیل پایداری و عدم واکنش‌پذیری، Argon خالص برای کالیبراسیون دستگاه‌های اندازه‌گیری و تولید استانداردهای گازی استفاده می‌شود.

۹. صنایع دیگر:

تولید پلاستیک: در برخی فرآیندهای تولید پلاستیک، از آرگون برای ایجاد خواص مطلوب در محصول نهایی استفاده می‌شود.

تولید لاستیک: در تولید لاستیک، Argon می‌تواند به عنوان گاز پوشش‌دهنده در فرآیندهای خاص مورد استفاده قرار گیرد.

کاوشگرهای فضایی: به دلیل فراوانی در جو، آرگون گاهی در برخی اندازه‌گیری‌ها و آزمایش‌های علمی در کاوشگرهای فضایی نیز استفاده می‌شود.

تولید و تأمین گاز آرگون:

گاز آرگون به طور عمده از طریق تقطیر جزئی هوای مایع تولید می‌شود. هوا مخلوطی از گازهای مختلف از جمله نیتروژن (حدود ۷۸٪)، اکسیژن (حدود ۲۱٪) و آرگون (حدود ۰.۹۳٪) است. با سرد کردن و مایع کردن هوا، اجزای تشکیل دهنده آن را می‌توان بر اساس نقاط جوش متفاوتشان جداسازی کرد. Argon در نقطه جوش $-185.8^\circ C$ (تقریباً $-302.4^\circ F$)، نقطه جوشی بالاتر از نیتروژن ($-196^\circ C$) و پایین‌تر از اکسیژن ($-183^\circ C$) دارد. این تفاوت در نقاط جوش، امکان جداسازی آرگون را با استفاده از ستون‌های تقطیر صنعتی فراهم می‌سازد.

ایمنی و ملاحظات:

با وجود اینکه آرگون گازی غیرسمی و غیرقابل اشتعال است، اما به دلیل خاصیت جابجایی هوا ( Displacement of Air)، می‌تواند در فضاهای بسته و با غلظت بالا، اکسیژن محیط را کاهش دهد. تنفس در محیطی با غلظت اکسیژن پایین می‌تواند منجر به خفگی و حتی مرگ شود. بنابراین، هنگام استفاده از Argon در فضاهای بسته، رعایت تهویه مناسب و استفاده از تجهیزات نظارتی برای اندازه‌گیری سطح اکسیژن ضروری است. همچنین، نگهداری و حمل و نقل سیلندرهای آرگون باید طبق استانداردها و با رعایت اصول ایمنی انجام شود.