Аргон: інертний, але небезпечний

Дугове зварювання вольфрамовим електродом у середовищі інертного газу (зварювання ВІГ або TIG (від анг. «tungsten» — «вольфрам) було вперше застосовано у США у 1936 р. та стало відомим як аргоно-дугове зварювання. Воно має ряд переваг, таких як універсальність застосування, а також можливість оптимально налаштувати струм на зварювальне завдання і внести необхідну кількість присадки, що робить процес особливо придатним для зварювання кореня шва та при зварюванні в умовах обмеженого простору. Аргоно-дугове зварювання при правильному застосуванні гарантує високоякісне зварне з’єднання та вважається «чистим» процесом, який не призводить до утворення бризок та відрізняється малим ступенем шкідливості. Разом із тим, у зварників часто виникають побоювання з приводу безпеки аргону, якому іноді приписують не притаманні йому властивості .
В які реакції вступає аргон?
Аргон — інертний одноатомний газ без кольору, смаку і запаху. В перекладі з грецької «аргон» означає «ледачий», «повільний», «неактивний», що підкреслює найважливішу властивість цього елементу — хімічну неактивність. У той же час, він здатний як до участі у певних хімічних реакціях, так і до їх активації.
Не маючи вільних електронів і тому будучи хімічно інертним, аргон утворює хімічні сполуки неохоче і в досить екзотичних умовах. Однак він формує так звані клатратні з’єднання: атом аргону може виявитися укладеним у порожнину, утворену якоюсь молекулою, або у кристалічну решітку іншої речовини. Подібно ксенону, аргон здатний утворювати з’єднання з білками; в результаті при підвищеному тиску аргон-киснева суміш викликає втрату свідомості — аргоновий наркоз (Мотиляєв А., 2015).
Аргонова плазма або добавка аргону до плазми іншого газу — один із методів отримання наноструктур: сферичних наночастинок, нанолез, наноголок. Суть плазмового методу полягає у тому, що розділена на іони та електрони речовина має здатність активувати хімічні реакції і навіть робить можливими таки, що у нормальних умовах термодинамічно «заборонені». Тобто, аргон — відмінний активатор: сам у реакцію не втручається, а продукти реакції або конденсуються у рівноосні частинки, або осідають на поверхні, утворюючи нерівноосні структури. Він також може виступати розчинником плазми іншого реакційного газу, — саме таким способом змінюють параметри процесу. Нарешті, високотемпературну плазму аргону застосовують для розпилення металевої мішені та отримання з неї нанопорошків із частинками заданого розміру. Застосовують аргон і як охолоджувач: він видуває порошок із зони плазми, що знов таки дозволяє регулювати розмір частинок, оскільки останній залежить від часу перебування матеріалу в зоні плазми.
Біологічна дія
З одного боку, аргон не відіграє помітної біологічної ролі. З іншого, — фізіологічна дія інертних газів проявляється у наркотичному впливі на організм, тож аргон не є виключенням. Наркотичний ефект від вдихання аргону проявляється тільки при барометричному тиску понад 0,2 МПа.
У 2014 р. Всесвітнє антидопінгове агентство WADA недаремно визнала аргон допінгом, — він є одним з активаторів так званих факторів, індукованих гіпоксією (кисневе голодування). Дія аргону заснована на тому, що при з’єднанні з киснем він змушує організм людини з більшою інтенсивністю виробляти еритроцити, що підвищує витривалість спортсмена.
Аргон — важкий газ, він накопичується у всіляких заглибленнях, витісняючи звідти кисень, тобто може створити атмосферу, непридатну для дихання. Якщо робочий, втративши свідомість, впаде у таке поглиблення, він може задихнутися. Матеріалознавці, що працюють з аргоном, кажуть: «Аргон дірочку знайде», а виробники обладнання цю обставину враховують.
Отже, дія аргону на організм людини обумовлена його здатністю заповнювати нижні та середні відділи легень, витісняючи кисень, що призводить до кисневого голодування органів і тканин, а у важких випадках викликає напади задухи та летальний результат від асфіксії (задухи).
Несприятливі ефекти починають проявлятися при його накопиченні у приміщенні понад 4% обсягу повітря. Короткочасне вдихання аргону у високій концентрації (понад 15% обсягу) викликає нудоту, блювоту, сухість у носоглотці, очах, запаморочення, втрату свідомості.
При більш тривалій дії аргону в невеликій концентрації виникає сльозотеча, кашель, частішає пульс і серцебиття з одночасним зниженням систолічного (верхнього) артеріального тиску та появою гнітючої болі за грудиною. Якщо підвищення концентрації аргону у повітрі робочої зони відбувається одночасно із падінням рівня кисню, то працюючі можуть відчувати шум у вухах, головний біль і стомлення, яке швидко прогресує. При розмові виникає хрип, а шкіра обличчя та кінцівок набуває синюватого відтінку. Симптоми впливу аргону на організм подібні з фізіологічними ознаками надлишку азоту в повітрі, але специфічною ознакою впливу аргону є почуття ейфорії, що проходить після того, як людина опиняється на свіжому повітря.
Що стосується зварювання, де аргон використовується у якості захисного газу, то у порівнянні з іншими процесами, зварювання ВІГ, на перший погляд, здається найбільш низькоемісійним, оскільки утворюється мінімально видимий зварювальний дим. Тим не менш, це може бути небезпечно для здоров’я: через високі температури електричної дуги утворюються озон та оксид азоту. Озон у малих кількостях має подразнюючу дію, а у великих — руйнівну дію на верхні дихальні шляхи. Вплив оксидів азоту в закритих приміщеннях може проявлятися розвитком набряку легенів.
Також варто відзначити, що склад захисного газу має найбільший вплив на величину УФ радіації під час зварювальних робіт (у порівнянні з силою зварювального струму і напругою дуги, а також складом покриття електродів і матеріалу присадок). Зі збільшенням вмісту аргону в захисній газовій суміші інтенсивність УФ випромінювання підвищується.
Останнім часом проводяться дослідження «безпечного» і «критичного» впливу наночастинок, що виділяються під час зварювальних робіт. Зокрема, при MIG-MAG зварюванні (напівавтоматичне зварювання електродним дротом у середовищі інертного газу аргону; в деяких випадках може застосовуватися вуглекислий газ) було зафіксовано, що серед випробуваних сумішей аргону і вуглекислого газу, 82% Ar + 18% CO2 генерує найбільш високі викиди наночастинок із великою площею поверхні та високою здатністю осадження у легенях, а також найбільшу швидкість утворення зварювального аерозолю (Pacheco R.P. et al., 2017).
Важливе значення має санітарно-гігієнічний стан приміщення, де відбуваються зварювальні роботи, перш за все — наявність інших забруднювачів повітря робочої зони. Як приклад можна навести клінічний випадок, коли зварник виконав аргоно-дугове зварювання у приміщенні, де у повітрі робочої зони містився трихлоретилен. У нього розвинулися негайні респіраторні симптоми, а також набряк легенів через 12 годин після впливу та рецидивна задишка через десять днів після впливу. Ці легеневі реакції можуть бути пояснені вдиханням продуктів розкладання трихлоретилену, зокрема, дихлорацетілхлориду та фосгену (Sjögren B. et al, 1991).
Перша допомога при отруєнні аргоном
При виявленні у працівників симптомів тривалого впливу невеликих концентрацій аргону необхідно вивести потерпілого на відкрите повітря, забезпечити спокій і рясне тепле солодке питво. При ознаках впливу аргону у великих концентраціях (втрата свідомості, хрип) виконують такі дії: постраждалого виносять на свіже повітря, знімають тісний одяг, виконують штучне дихання та викликають швидку допомогу. Якщо швидко винести отруєну аргоном людину на повітря неможливо, слід максимально провітрити приміщення. Важливо при цьому запобігти подальшому наповнення приміщення аргоном (закрутити крани на балонах і викликати службу газу). При виконанні штучного дихання бажано забезпечити додатковий доступ кисню до дихальної системи потерпілого, для чого використовуються медичні кисневі подушки, а при їх відсутності кисень можна нагнітати через газовідвідний шланг із промислових балонів для зварювання. Слід пам’ятати, що перед нагнітанням кисню з балона потрібно переконатися у відсутності масляних ганчірок і легкозаймистих речовин у радіусі 15 м від потерпілого. Якщо людина зазнавала впливу зварювального аргону протягом понад 2 годин, вона потребує штучної вентиляції легенів у стаціонарі для запобігання ускладнень. Важливо врахувати, що при евакуації постраждалих із замкнутого приміщення, заповненого аргоном, рятувальникам потрібно використовувати шлангові протигази або систему ізольованої подачі кисню.
Профілактичні заходи
Запобігти негативному впливу аргону при зварюванні можна за допомогою наступних заходів: забезпечення активної вентиляції приміщень для зварювальних робіт; використання апаратів контролю за вмістом рівня кисню; регулярна перевірка і обслуговування балонів з аргоном; регулярні відбори і аналіз проб повітря при роботі в шахтах і підвалах; використання киснево-ізолюючих дихальних масок; дотримання режиму праці та відпочинку.
Для активної вентиляції цехів можна використовувати вентилятори та промислові кондиціонери, при плануванні їх розташування важливо заздалегідь визначити можливі місця скупчення аргону при його витоку.
Індивідуальні дихальні системи, ізолюючі працівника від зовнішньої атмосфери, слід застосовувати при виконанні зварювання поодинці у важкодоступних місцях, де потерпілому неможливо надати першу допомогу або оцінити ступінь задушливого впливу аргону (наприклад, при ремонті вентиляційних шахт). Дотримання режиму відпочинку і звернення до медпункту при перших ознаках запаморочення та браку кисню дозволить уникнути втрати свідомості та задухи.
Демецька О.В., канд. біол. наук, старший науковий співробітник лабораторії медико-біологічних критеріїв професійних впливів і гігієни праці у зварювальному виробництві ДУ «Інститут медицини праці імені академіка Ю.І. Кундієва» НАМН України
Статтю розміщено в журнлі “Сварка и Металлоконструкции” №4/2019

Ефективне очищення повітря робочої зони від диму і пилу в чому залежить від параметрів роботи фильтровентиляионной системи. Вибір обладнання з оптимальними параметрами забезпечує не тільки якісну очистку повітря, але і заощадити гроші.

Даємо відповіді на найбільш часто задаються про вентиляції зварювального виробництва (за матеріалами журналу “Зварювання та Металоконструкції” №5/2019)

Наскільки вам зручно на сайті?

10 фактів про аргон – Ar або атомний номер 18

Аргон є атомним номером 18 у періодичній системі Менделєєва з символом елемента Ar. Ось колекція корисних і цікавих фактів про елемент аргон.

10 фактів про аргон

1. Аргон — благородний газ без кольору, смаку та запаху . На відміну від деяких інших газів, він залишається безбарвним навіть у рідкому та твердому стані. Він негорючий і нетоксичний. Однак, оскільки аргон на 38% щільніший за повітря, він становить ризик асфіксії, оскільки він може витіснити насичене киснем повітря в закритих приміщеннях.
2. Раніше символ аргону був A . У 1957 році Міжнародний союз теоретичної та прикладної хімії ( IUPAC ) змінив символ аргону на Ar, а символ менделевія з Mv на Md.
3. Аргон був першим відкритим благородним газом. Генрі Кавендіш запідозрив існування елемента в 1785 році, досліджуючи зразки повітря. Незалежні дослідження, проведені HF Newall і WN Hartley у 1882 році, виявили спектральну лінію, яку не можна віднести до жодного відомого елемента. Елемент був виділений і офіційно виявлений у повітрі лордом Релеєм і Вільямом Рамзі в 1894 році. Релей і Рамзі видалили азот, кисень, воду та вуглекислий газ і дослідили газ, що залишився. Хоча інші елементи були присутні в залишках повітря, вони становили дуже незначну частину загальної маси зразка.
4. Назва елемента «аргон» походить від грецького слова argos , що означає неактивний. Це стосується стійкості елемента до утворення хімічних зв’язків. Аргон вважається хімічно інертним при кімнатній температурі та тиску.
5. Більша частина аргону на Землі утворюється в результаті радіоактивного розпаду калію-40 на аргон-40. Понад 99% аргону на землі складається з ізотопу Ar-40.
6. Найпоширенішим ізотопом аргону у Всесвіті є аргон-36, який утворюється, коли зірки з масою приблизно в 11 разів більшою за Сонце перебувають у фазі спалювання кремнію. На цій фазі альфа-частинка (ядро гелію) додається до ядра кремнію-32, щоб отримати сірку-34, яка додає альфа-частинку, щоб стати аргоном-36. Частина аргону-36 додає альфа-частинку, щоб стати кальцієм-40. У Всесвіті аргон зустрічається досить рідко.
7. Аргон є найпоширенішим благородним газом. На його частку припадає близько 0,94% атмосфери Землі і близько 1,6% атмосфери Марса. Тонка атмосфера планети Меркурій приблизно на 70% складається з аргону. Не рахуючи водяної пари, аргон є третім за поширеністю газом в атмосфері Землі після азоту та кисню. Його отримують шляхом фракційної перегонки рідкого повітря. У всіх випадках найпоширенішим ізотопом аргону на планетах є Ar-40.
8. Аргон має багато застосувань. Він міститься в лазері, плазмових кулях, лампочках, ракетному паливі та жарових трубках. Він використовується як захисний газ для зварювання, зберігання чутливих хімікатів і захисту матеріалів. Іноді як пропелент в аерозольних балонах використовують аргон під тиском. Радіоізотопне датування аргоном-39 використовується для визначення віку ґрунтових вод і проб льоду. Рідкий аргон використовується в кріохірургії для знищення ракової тканини. Пучки аргоноплазми і лазерні промені також застосовуються в медицині. Аргон можна використовувати для створення дихальної суміші під назвою Argox, щоб допомогти видалити розчинений азот із крові під час декомпресії, наприклад під час глибоководного занурення. Рідкий аргон використовується в наукових експериментах, включаючи експерименти з нейтрино та пошук темної матерії. Хоча аргон є поширеним елементом, він не має відомих біологічних функцій.
9. При збудженні аргон випромінює синьо-фіолетове світіння. Аргонові лазери мають характерне синьо-зелене світіння.
10. Оскільки атоми благородного газу мають повну валентну електронну оболонку, вони не дуже реактивні. Аргон не легко утворює сполуки. Невідомо жодних стабільних сполук при кімнатній температурі та тиску, хоча фтористий аргон (HArF) спостерігався при температурах нижче 17 К. З водою аргон утворює клатрати. Були помічені іони, такі як ArH + , і комплекси у збудженому стані, такі як ArF. Вчені передбачають існування стабільних сполук аргону, хоча вони ще не синтезовані.

Атомні дані аргону

Бонусний аргоновий жарт

Чому я не розповідаю анекдоти про хімію? Всім хорошого аргону!

Джерела

• Емслі, Джон (2011). Будівельні блоки природи: Путівник по елементах від А до Я. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
• Грінвуд, Норман Н.; Ерншоу, Алан (1997). Хімія елементів (2-е вид.). Баттерворт-Гейнеман. ISBN 978-0-08-037941-8.
• Хаммонд, CR (2004). “Елементи”. Довідник з хімії та фізики (81-ше вид.). CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
• Уест, Роберт (1984). Довідник CRC з хімії та фізики . Бока-Ратон, Флорида: видавництво Chemical Rubber Company. ISBN 0-8493-0464-4.