Argón

¿Qué es el argón?

El argón es uno de los gases nobles de la tabla periódica y constituye cerca del 1% de la atmósfera terrestre. Se representa mediante el símbolo químico Ar, elemento que tiene una masa atómica igual a 40 para su isótopo más abundante en la Tierra (⁴⁰Ar). Otros isótopos son el ³⁶Ar (el más abundante del Universo), ³⁸Ar y el radioisótopo ³⁹Ar.

Su nombre deriva de la palabra griega argos, que significa inactivo, ya que componía la fracción mesurable del aire que no reaccionaba. El nitrógeno y el oxígeno reaccionan entre sí al calor de una chispa eléctrica, formando óxidos de nitrógeno: el dióxido de carbono con una solución básica de NaOH, pero el Ar, con nada.

El argón es un gas incoloro, sin olor ni sabor. Es uno de los pocos gases que no muestran cambio de coloración al condensarse, siendo por tanto su líquido incoloro al igual que su gas. Lo mismo sucede con su sólido cristalino.

Otra de sus principales características es su emisión de luz violeta al calentarse dentro de un tubo de descarga eléctrica (imagen superior).

Pese a que se trata de un gas inerte (aunque no en condiciones especiales), y que carece de actividad biológica, puede desplazar el oxígeno del aire provocando asfixia. Algunos extintores utilizan esto a su favor para ahogar las llamas quitándoles el oxígeno.

Su inercia química favorece su aplicación como atmósfera para reacciones cuyas especies son susceptibles al oxígeno, vapor de agua y el nitrógeno. Asimismo, ofrece un medio para almacenar y fabricar metales, aleaciones o semiconductores.

Historia de su descubrimiento

En 1785 Henry Cavendish, mientras investigaba el nitrógeno del aire, denominado “aire flogistizado”, concluyó que una parte del nitrógeno podría tratarse de un componente inerte.

Más de un siglo después, en 1894, los científicos británicos lord Rayleigh y sir William Ramsey descubrieron que el nitrógeno preparado por la eliminación del oxígeno del aire atmosférico era 0,5% más pesado que el nitrógeno que se obtenía de algunos compuestos, por ejemplo, amoníaco.

Los investigadores sospecharon la presencia de otro gas en el aire atmosférico mezclado con el nitrógeno. Después se comprobó que el gas remanente tras la eliminación del nitrógeno del aire atmosférico, era un gas inerte que ahora es conocido como argón.

Este fue el primer gas inerte aislado en la Tierra. Sin embargo, ya en 1868 se había detectado la presencia de helio en el Sol mediante estudios espectroscópicos.

F. Newall y W. N. Hartley, en 1882, observaron líneas de emisión, posiblemente correspondientes al argón, que no correspondían con las que presentaban los demás elementos conocidos.

Estructura del argón

El argón es un gas noble, y en consecuencia tiene los orbitales de su último nivel energético completamente llenos, esto es, su capa de valencia presenta ocho electrones. El incremento del número de electrones, sin embargo, no contrarresta la creciente fuerza de atracción ejercida por el núcleo, y por lo tanto, sus átomos son los más pequeños de cada período.

Dicho esto, los átomos de argón pueden visualizarse como “canicas” con nubes electrónicas muy comprimidas. Los electrones se mueven homogéneamente por todos los orbitales llenos, ocasionando que la polarización sea poco probable. Es decir, que se origine una región con una deficiencia relativa de electrones.

A causa de esto, las fuerzas de dispersión de London son particularmente idóneas para el argón, y la polarización solo se verá beneficiada si aumenta el radio atómico y/o la masa atómica. Por eso el argón es un gas que condensa a -186 ºC.

Desgranando el gas, se verá que sus átomos o canicas apenas pueden permanecer unidos, en ausencia de cualquier tipo de enlaces covalentes Ar-Ar. No obstante, no se puede ignorar que tales canicas pueden interaccionar bien con otras moléculas apolares, por ejemplo, el CO₂, N₂, Ne, CH₄, todas presentes en la composición del aire.

Cristales

Los átomos de argón comienzan a ralentizarse a medida que desciende la temperatura en torno a los -186 ºC, entonces sucede la condensación. Ahora las fuerzas intermoleculares adquieren mayor efectividad, debido a que la distancia entre los átomos es menor, y da tiempo para que ocurran los escasos dipolos instantáneos o polarizaciones.

Este argón líquido es desordenado y se desconoce cómo podrían disponerse sus átomos exactamente.

Al descender aún más la temperatura, hasta los -189 ºC (apenas 3 grados menos), el argón comienza a cristalizarse en un hielo incoloro (imagen inferior). Quizás termodinámicamente el hielo es más estable que el hielo de argón.

En este hielo o cristal de argón sus átomos sí adoptan una estructura ordenada tipo cúbica centrada en las caras (FCC, por sus siglas en inglés). A estas temperaturas tal es el efecto de sus débiles interacciones. Además de esta estructura, también puede formar cristales hexagonales, más compactos.

Los cristales hexagonales se ven favorecidos cuando el argón cristaliza en presencia de pequeñas cantidades de O₂, N₂ y CO. Cuando se deforman sufren una transición a la fase cúbica centrada en las caras, la estructura más estable para el argón sólido.

Configuración electrónica del argón

La configuración electrónica para el argón es:

[Ne]3s²3p⁶

La cual es la misma para todos los isótopos. Nótese que su octeto de valencia está completo: 2 electrones en el orbital 3s, y 6 en el orbital 3p, sumando 8 electrones en total.

Teórica y experimentalmente, el argón puede disponer de sus orbitales 3d para formar enlaces covalentes, pero se requiere de altas presiones para “obligarlo”.

Propiedades del argón

• Descripción física. Gas incoloro que al exponerse a un campo eléctrico adquiere un brillo lila-violeta.
• Peso atómico. 39,79 g/mol.
• Número atómico. 18.
• Punto de fusión. 83,81 K (-189.34 ºC, -308,81 ºF).
• Punto de ebullición. 87,302 K (-185,848 ºC, -302,526 ºF).
• Desidad. 1,784 g/L
• Densidad del vapor. 1,38 (con relación al aire tomado como 1).
• Solubilidad del gas en agua. 33,6 cm³/kg. Si el argón como gas licuado muy frío entra en contacto con el agua, se produce una ebullición violenta.
• Solubilidad en líquidos orgánicos. Soluble.
• Calor de fusión. 1,18 kJ/mol.
• Calor de vaporización. 8,53 kJ/mol.
• Coeficiente de partición octanol/agua. Log P = 0,94.
• Energía de ionización. Primer nivel: 1.520,6 kJ/mol. Segundo nivel: 2.665,8 kJ/mol. Tercer nivel: 3.931 kJ/mol. Es decir, las energías necesarias para obtener los cationes entre Ar⁺ y Ar³⁺ en fase gaseosa.
• Reactividad. El argón es un gas noble, y por lo tanto, su reactividad es casi nula. La fotólisis del fluoruro de hidrógeno en una matriz sólida de argón a una temperatura de 7,5 K (muy cercano al cero absoluto) produce fluorohidruro de argón, HArF. Se puede combinar con algunos elementos para originar un clastrato estable con beta-hidroquinona. Además, puede formar compuestos con elementos altamente electromagnéticos, como el O, F y Cl.

Usos del argón

La mayor parte de las aplicaciones del argón se basan en que, siendo un gas inerte, puede usarse para establecer un medio ambiente para desarrollar un conjunto de actividades industriales.

Industriales

• El argón se usa para crear un ambiente para la soldadura en arco de metales, evitando la acción dañina que puede producir la presencia de oxígeno y nitrógeno. También se usa como un agente de cobertura en el refinamiento de metales como el titanio y el circonio.
• Los bombillos de luz incandescente suelen estar rellenos de argón, para darle protección a sus filamentos y prolongar su vida útil. Se usa además en los tubos fluorescentes semejantes a los de neón, pero emiten una luz de color azul-violáceo.
• Se utiliza en el proceso de descarburación del acero inoxidable y como gas propelente en los aerosoles.
• Se emplea en las cámaras de ionización y en contadores de partículas.
• También en el uso de diferentes elementos para el dopaje de los semiconductores.
• Permite crear una atmósfera para el crecimiento de los cristales de silicio y germanio, de gran uso en el campo de la electrónica.
• Su baja conductividad térmica es beneficiosa para utilizarse como aislante entre las láminas de vidrios de algunas ventanas.
• Se usa para preservar los alimentos y otros materiales sometidos a empaquetamiento, ya que los protege del oxígeno y la humedad, que pueden ejercer un efecto dañino en el contenido de los empaques.

Médicos

• Se usa en la criocirugía para la extirpación de tejidos cancerosos. En este caso, el argón se comporta como un líquido criogénico.
• Es utilizado en los equipos médicos de láser para corregir varios defectos oculares, como hemorragias en vasos sanguíneos, desprendimiento de retina, glaucoma y degeneración de la mácula.

En equipos de laboratorio

• Se usa en mezclas con el helio y el neón en los contadores Geiger de radiactividad.
• Es utilizado como gas de arrastre en la cromatografía de gas.
• Dispersa los materiales que recubren la muestra sometida a microscopía electrónica de barrido.

¿Dónde se encuentra el argón?

El argón forma parte del aire atmosférico, constituyendo alrededor del 1% de la masa atmosférica. La atmósfera es la principal fuente industrial para el aislamiento de este gas. Se aísla mediante el procedimiento de destilación fraccionada criogénica.

Por otro lado, en el cosmos las estrellas generan enormes cantidades de argón durante la fusión nuclear del silicio. Puede asimismo ubicarse en las atmósferas de otros planetas, como Venus y Marte.

Referencias

1. Barrett, C.S., Meyer, L. The Crystal Structures of Argon and Its Alloys. In: Daunt J.G., Edwards D.O., Milford F.J., Yaqub M. (eds). Low Temperature Physics LT9. Springer, Boston, MA.
2. Helmenstine, A.M. 10 Argon Facts – Ar or Atomic Number 18. Recuperado de thoughtco.com.
3. Periodic table: argon. Recuperado de rsc.org.
4. Argon Element Facts. Recuperado de chemicool.com.
5. Argon. Recuperado de en.wikipedia.org.