Argon adalah unsur kimia dengan lambangAr dan nomor atom 18. Argon berada pada golongan 18tabel periodik dan merupakan gas mulia.[n 1] Argon adalah gas ketiga yang paling umum di atmosfer bumi, dengan kelimpahan 0,934% (9.340 ppmv), menjadikannya gas dengan kelimpahan dua kali kelimpahan uap air (rata-rata 4.000 ppmv, tetapi bervariasi) dan 23 kali kelimpahan gas atmosfer lainnya, karbon dioksida (400 ppmv), dan lebih dari 500 kali kelimpahan gas mulia berikutnya, neon (18 ppmv).
Hampir semua argon ini adalah argon-40radiogenik yang diturunkan dari peluruhankalium-40 pada kerak bumi. Di alam semesta, argon-36 sejauh ini merupakan isotop argon yang paling umum, merupakan isotop argon yang diproduksi oleh nukleosintesis stelar dalam supernova. Sebagai tambahan, argon adalah gas mulia terbanyak di dalam kerak bumi, dengan kandungan 0,00015% dari kerak.[6]
Nama argon diturunkan dari bahasa Yunani αργον, bentuk tunggal dari αργος yang berarti "malas" atau "tak aktif", sebagai rujukan kepada kenyataan bahwa unsur ini hampir tidak pernah mengalami reaksi kimia. Oktet lengkap (delapan elektron) pada kulit elektron luarnya membuat argon stabil dan tahan terhadap ikatan dengan unsur lainnya. Temperatur titik tripelnya 83,8058 K adalah titik tetap yang ditentukan dalam International Temperature Scale 1990.
Argon diproduksi secara industri melalui distilasi fraksiudara cair. Argon banyak digunakan sebagai gas pelindunginert dalam pengelasan dan proses industri bersuhu tinggi lainnya di mana bahan yang biasanya tidak reaktif menjadi reaktif; sebagai contoh, atmosfer argon digunakan dalam tanur listrik grafit untuk mencegah grafit terbakar. Gas argon juga telah digunakan dalam lampu pijar dan pendar, dan jenis tabung pelepasan lainnya. Argon membuat laser gas biru-hijau yang khas. Argon juga digunakan sebagai pencetus cahaya lampu tabung.
Karakteristik
Argon memiliki kelarutan dalam air yang kurang lebih sama dengan oksigen, dan 2,5 kali lebih mudah larut dalam air daripada nitrogen. Argon tak berwarna, tak berbau dan tidak mudah terbakar serta tidak beracun dalam kondisi padat, cair, maupun gas.[7] Argon bersifat inert secara kimia di bawah sebagian besar kondisi dan tidak membentuk senyawa yang stabil pada temperatur ruang.
Meskipun argon adalah suatu gas mulia, tetapi telah ditemukan memiliki kemampuan membentuk beberapa senyawa. Sebagai contoh, pembentukan argon fluorohidrida (HArF), suatu senyawa argon dengan fluor dan hidrogen yang stabil di bawah 17 K, telah dilaporkan oleh peneliti dari Universitas Helsinki pada tahun 2000.[8][9] Meskipun senyawa argon netral pada keadaan dasar saat ini terbatas pada HArF, argon dapat membentuk klatrat dengan air ketika atom-atomnya terperangkap dalam kisi-kisi molekul air.[10]Ion mengandung argon dan kompleks pada keadaan tereksitasi, seperti ArH+ dan ArF, telah diketahui keberadaannya. Perhitungan teoretis telah memprediksi beberapa senyawa argon stabil,[11] tetapi jalur sintesisnya belum diketahui.
Sejarah
Argon (’αργόν, bentuk tunggal ari ’αργός, bahasa Yunani yang berarti "tidak aktif", merujuk kepada ketakaktifannya secara kimia)[12][13] diduga keberadaannya di udara oleh Henry Cavendish pada tahun 1785 tetapi belum diisolasi hingga tahun 1894 oleh Lord Rayleigh dan Sir William Ramsay di University College London dalam suatu percobaan menghilangkan seluruh oksigen, karbon dioksida, air, dan nitrogen dari sampel udara bersih.[14][15][16] Mereka telah mengukur bahwa nitrogen yang diproduksi dari senyawa kimia adalah satu setengah persen lebih ringan daripada nitrogen dari atmosfer. Perbedaannya sekilas tak bermakna, tetapi cukup penting untuk menarik peratian mereka selama beberapa bulan. Mereka menyimpulkan bahwa ada gas lain di udara yang bercampur dengan nitrogen.[17] Argon juga ditemui pada tahun 1882 melalui penelitian independen H.F. Newall dan W.N Hartley. Masing-masing mengamati garis baru dalam spektrum warna udara tetapi tidak mampu mengidentifikasi unsur penyebab garis tersebut. Argon merupakan anggota pertama gas mulia yang ditemukan. Simbol argon saat ini adalah "Ar", tetapi hingga tahun 1957 simbolnya adalah "A".[18]
Keberadaan
Atmosfer bumi mengandung argon sebesar 0,934% dari volumenya dan 1,288% dari massanya,[19] dan udara adalah bahan baku utama yang digunakan oleh industri untuk membuat produk argon murni. Argon diisolasi dari udara melalui fraksionasi, paling umum dengan cara distilasi fraksikryogenik, suatu proses yang juga menghasilkan nitrogen, oksigen, neon, kripton dan xenon murni.[20] Sementara kerak Bumi dan air laut secara berturut-turut mengandung 1.2 bpj dan 0.45 bpj argon.[21]
Isotop utama argon yang ditemukan di bumi adalah 40Ar (99,6%), 36Ar (0,34%), dan 38Ar (0,06%). Terjadi secara alami dari 40K, dengan waktu paruh 1,25×109 tahun, meluruh membentuk 40Ar (11.2%) yang stabil dengan penangkapan elektron atau emisi positron, dan juga membentuk 40Ca (88.8%) yang stabil melalui peluruhan beta. Sifat dan perbandingan ini digunakan untuk menentukan umur batuan dengan metode penanggalan K-Ar.[21][22]
Dalam atmosfer bumi, 39Ar dibentuk oleh aktivitas sinar kosmik, terutama dengan 40Ar. Dalam lingkungan subpermukaan, juga diproduksi melalui penangkapan neutron oleh 39K atau emisi alfa oleh kalsium. 37Ar dibentuk dari spalasi ((Inggris): spallation) neutron 40Ca sebagai hasil dari ledakan nuklir subpermukaan. Ini memiliki waktu paruh 35 hari.[22]
Argon tercatat memiliki variasi komposisi isotopik yang besar di antara lokasi yang berbeda dalam sistem tata surya. Jika sumber utama argon adalah peluruhan 40K dalam batuan, 40Ar akan menjadi isotop yang dominan, seperti di permukaan bumi. Sebaliknya, argon yang diproduksi langsung oleh nukleosintesis stelar, didominasi oleh nuklida proses alfa, 36Ar. Terkait hal tersebut, argon matahari mengandung 84.6% 36Ar berdasarkan pengukuran angin matahari,[23] dan rasio tiga isotop 36Ar : 38Ar : 40Ar dalam atmosfer planet luar yang diukur adalah 8400 : 1600 : 1.[24] Ini kontras dengan kelimpahan 36Arprimordial dalam atmosfer bumi: hanya 31,5 ppmv (= 9340 ppmv × 0,337%), bandingkan dengan neon (18,18 ppmv); dan dengan pengukuran menggunakan probe antarplanet.
Atmosfer Mars mengandung 1,6% 40Ar dan 5 ppm36Ar. Probe Mariner yang mengorbit planetMerkurius pada tahun 1973 menemukan bahwa Merkurius mempunyai atmosfer yang sangat tipis dengan 70% nya adalah argon. Diyakini merupakan hasil dari pelepasan gas sebagai produk peluruhan dari bahan-bahan radioaktif pada permukaan planet. Pada tahun 2005, probe Huygens menemukan keberadaan 40Ar secara eksklusif pada permukaan Titan, bulan terbesar planet Saturnus.[21][25]
Dominasi 40Arradiogenik menentukan berat atom standard argon terestrial argon yang lebih besar daripada unsur berikutna, kalium, yang menjadi teka-teki saat argon ditemukan. Mendeleev telah meletakkan unsur dalam tabel periodiknya berdasarkan urutan berat atom, tetapi keinertan argon menggiring penempatannya sebelumlogam alkali yang reaktif. Henry Moseley kemudian memecahkan masalah ini dengan menunjukkan bahwa tabel periodik sejatinya disusun berdasarkan urutan nomor atom. (Lihat Sejarah tabel periodik).
Oktet elektron Argon lengkap menunjukkan subkulit s dan p terisi penuh. Tingkat energi terluar yang penuh ini membuat argon sangat stabil dan sangat tahan untuk tidak berikatan dengan unsur lain. Sebelum tahun 1962, argon dan gas mulia lainnya dianggap inert dan tidak dapat membentuk senyawa; namun, senyawa dari gas mulia yang lebih berat telah dapat disintesis. Pada Agustus 2000, senyawa argon pertama dibuat oleh peneliti di Universitas Helsinki. Dengan memberi radiasi ultraviolet ke argon beku yang mengandung sejumlah kecil hidrogen fluorida dengan cesium iodida,[26] terbentuklah argon fluorohidrida (HArF).[9][27] Senyawa ini stabil sampai dengan 40 kelvin (−233 °C). Dikation metastabilArCF2+2, yang memiliki valensi isoelektronik dengan karbonil fluorida, teramati pada tahun 2010.[28]Argon-36, dalam bentuk ion argon hidride (argonium), telah terdeteksi pada debu kosmik terkait dengan supernovaNebula Kepiting; ini adalah molekul gas mulia pertama yang terdeteksi di luar angkasa.[29][30]
Argon hidrida (Ar(H2)2) padat memiliki struktur kiristal yang sama seperti MgZn2fase Laves. Ia terbentuk pada tekanan antara 4,3 dan 220 GPa, melalui pengukuran Raman diketahui bahwa molekul H2 dalam Ar(H2)2 terdisosiasi di atas 175 GPa.[31]
Produksi
Industri
Argon diproduksi secara industri dengan cara distilasi fraksiudara cair dalam suatu unit pemisahan udarakryogenik; suatu proses yang memisahkan nitrogen cair, yang mendidih pada 77,3 K, dari argon, yang mendidih pada 87,3 K, dan oksigen cair, yang mendidih pada 90,2 K. Sekitar 700.000 ton argon diproduksi di seluruh dunia setiap tahunnya.[21][32]
Diperlukan sifat elektroniknya (ionsasi dan/atau spektrum emisi).
Gas mulia lainnya mungkin dapat digunakan dengan baik dalam sebagian besar aplikasi ini, tetapi argon sejauh ini adalah yang termurah. Argon tidak mahal karena ia terdapat secara alami di udara, dan siap didapat sebagai produk samping pemisahan udarakryogenik dalam produksi oksigen cair dan nitrogen cair: konstituen utama udara digunakan pada industri skala besar. Gas mulia lainnya (kecuali helium) diproduksi dengan cara ini juga, tetapi argon adalah yang paling banyak. Banyaknya aplikasi argon muncul karena sifatnya yang inert dan relatif murah.
Proses industri
Argon digunakan dalam beberapa proses industri bertemperatur tinggi, ketika zat yang biasanya tak reaktif menjadi reaktif. Misalnya, atmosfer argon digunakan dalam tanur listrik grafit untuk mencegah terbakarnya grafit.
Untuk beberapa proses ini, kehadiran gas nitrogen atau oksigen dapat menyebabkan kecacatan bahan. Argon digunakan dalam berbagai macam pengelasan listrik seperti pengelasan listrik logam gas dan pengelasan listrik wolfram gas, seperti dalam pengolahan titanium dan unsur reaktif lainnya. Atmosfer argon juga digunakan untuk menumbuhkan kristal silikon dan germanium.
Argon digunakan dalam industri unggas untuk membuat asfiksia pada unggas, baik untuk pemusnahan setelah wabah penyakit massal, atau sebagai sarana pembantaian yang lebih manusiawi daripada mandi listrik. Massa jenis Argon relatif tinggi sehingga tetap berada di permukaan tanah saat terjadi kebocoran. Sifatnya yang tak reaktif menjadikannya cocok digunakan dalam produk pangan, dan karena ia menggantikan oksigen pada unggas yang mati, argon juga memperpanjang masa simpan.[33]
Argon kadang digunakan sebagai pemadam api ketika harus menghindari kerusakan peralatan.
Penelitian ilmiah
Argon cair digunakan sebagai target untuk percobaan neutrino dan mengarahkan pencarian materi gelap. Interaksi partikel hipotesis Weakly interacting massive particles (WIMP) dengan inti argon menghasilkan kilau cahaya yang dapat dideteksi menggunakan tabung pengganda foton ((Inggris): photomultiplier tube). Detektor dua fasa juga menggunakan gas argon untuk mendeteksi elektron ionisasi yang dihasilkan selama hamburan inti WIMP. Seperti kebanyakan gas mulia cair lainnya, argon memiliki kilau cahaya tinggi (~51 foton/keV[34]), transparan terhadap kilau cahayanya sendiri, dan relatif mudah dimurnikan. Dibandingkan dengan xenon, argon lebih murah dan memiliki profil waktu kilau yang berbeda yang memungkinkan pemisahan elektron rekoil dari inti rekoil. Sebaliknya, latar sinar beta intrinsiknya lebih besar karena kontaminasi 39Ar, kecuali menggunakan sumber argon bawah tanah yang memiliki jauh lebih sedikit kontaminasi 39Ar. Sebagian besar argon pada atmosfer bumi dihasilkan dari penangkapan elektron 40K jangka panjang (40K + e− → 40Ar + ν) yang ada dalam kalium alami di bumi. Aktivitas 39Ar di atmosfer terpelihara oleh produksi kosmogenik melalui reaksi 40Ar(n,2n)39Ar dan semacamnya. Waktu paruh 39Ar hanya 269 tahun. Alhasil, karena Ar bawah tanah, terlindungi oleh batuan dan air, memiliki lebih sedikit kontaminasi 39Ar.[35] Detektor materi gelap saat ini dioperasikan menggunakan argon cair termasuk DarkSide, WArP, ArDM, microCLEAN dan DEAP-I. Percobaan neutrino termasuk Icarus dan MicroBooNE, keduanya menggunakan argon cair berkemurnian tinggi dalam bejana proyeksi waktu untuk pencitraan halus tiga dimensi pada interaksi neutrino.
Pengawet
Argon digunakan untuk menggantikan udara yang mengandung oksigen dan uap air dalam bahan kemasan untuk memperpanjang masa simpan isi kemasan (argon mempunyai kode tambahan pangan EropaE938). Oksidasi aerial, hidrolisis, dan reaksi kimia lainnya yang dapat mendegradasi produk dihambat atau dicegah total. Botol bahan kimia berkemurnian tinggi dan produk farmasi tertentu tersedia dalam botol bersegel atau ampul yang dikemas dalam argon.
Dalam pembuatan wine, argon digunakan dalam sejumlah aktivitas untuk mencegah timbunan oksigen pada permukaan cairan, yang dapat merusak wine dengan memfasilitasi metabolisme mikrobial (seperti bakteri asam asetat) dan reaksi redoks standar.
Argon juga tersedia dalam bentuk aerosol dalam kaleng, yang dapat digunakan untuk mengawetkan senyawa seperti pernis, poliuretan, cat, dan sebagainya, pada penyimpanan setelah dibuka.[36]
Sejak 2002, Arsip Nasional Amerika Serikat menyimpan dokumen nasional penting seperti Deklarasi Kemerdekaan dan Undang-undang Dasar dalam kotak berisi argon untuk menghambat degradasi (perusakan). Dengan menggunakan argon mengurangi kebocoran gas, dibandingkan dengan helium yang digunakan dalam prosedur ini selama lima dekade.[37]
Cryosurgery (prosedur bedah kryo) seperti kryoblasi menggunakan argon cair untuk menghancurkan jaringan seperti sel kanker. Dalam pembedahan, ini digunakan dalam prosedur yang disebut "koagulasi dengan argon" (bahasa Inggris: argon enhanced coagulation) yang merupakan suatu bentuk bedah elektrongelombang plasma argon. Prosedur ini mengandung risiko munculnya embolisme pada pasien dan dapat mengakibatkan kematian.[38]
Laser argon biru digunakan dalam pembedahan untuk melakukan pengelasan arteri, menghancurkan tumor, dan memperbaiki kecacatan mata.[21]
Argon juga telah digunakan secara eksperimental untuk menggantikan nitrogen pada pernapasan atau dekomposisi campuran yang dikenal sebagai Argoks, untuk mempercepat eliminasi nitrogen terlarut dalam darah.[39]
Penerangan
Lampu pijar diisi dengan argon, untuk mengawetkan filamen dari oksidasi pada temperatur tinggi. Hal ini digunakan untuk cara tertentu mengionisasi dan memancarkan cahaya, seperti dalam lampu plasma dan kalorimetri pada percobaan fisika partikel. Lampu pelepasan gas yang diisi dengan argon murni menghasilkan cahaya lilac/ungu, diisi dengan argon dan raksa menghasilkan cahaya biru. Argon juga digunakan untuk menciptakan cahaya laser biru dan hijau.
Meskipun argon tidak beracun, tetapi ia 38% lebih rapat daripada udara dan oleh karenanya dianggap sebagai gas asfiksia berbahaya dalam ruang tertutup. Argon juga sulit didedeteksi karena sifatnya yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Sebuah insiden terjadi tahun 1994 ketika seorang pria mengalami asfiksia setelah memasuki seksi berisi argon pada konstruksi pipa minyak di Alaska sehingga menekankan bahaya kebocoran argon di ruang terbatas, dan menekankan perlunya penggunaan penyimpanan dan penanganan yang tepat.[44]
^Shuen-Chen Hwang, Robert D. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Noble Gases". Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley. hlm. 343–383. doi:10.1002/0471238961.0701190508230114.a01.
^Leonid Khriachtchev; Mika Pettersson; Nino Runeberg; Jan Lundell; et al. (2000). "A stable argon compound". Nature. 406: 874–876. doi:10.1038/35022551. PMID10972285.
^
Hiebert, E.N. (1963). "In Noble-Gas Compounds". Dalam Hyman, H.H. Historical Remarks on the Discovery of Argon: The First Noble Gas. University of Chicago Press. hlm. 3–20.
^Cameron, A. G. W. (1973). "Elemental and isotopic abundances of the volatile elements in the outer planets". Space Science Reviews. 14 (3–4): 392–400. Bibcode:1973SSRv...14..392C. doi:10.1007/BF00214750.
^Kleppe, Annette K.; Amboage, Mónica; Jephcoat, Andrew P. (2014). "New high-pressure van der Waals compound Kr(H2)4 discovered in the krypton-hydrogen binary system". Scientific Reports. 4. doi:10.1038/srep04989.
^Fletcher, D.L. "Slaughter Technology"(PDF). Symposium: Recent Advances in Poultry Slaughter Technology. Diarsipkan dari versi asli(PDF) tanggal 2011-07-24. Diakses tanggal 1 Januari 2010.
^Xu, J.; Calaprice, F.; Galbiati, C.; Goretti, A.; Guray, G.; et al. (2012), A Study of the Residual 39Ar Content in Argon from Underground Sources, arXiv:1204.6011v1
^Zawalick, Steven Scott, Method for preserving an oxygen sensitive liquid product, U.S. Patent 6.629.402, Issue date: 7 October 2003