Argon: proprietà, applicazioni e impatto ambientale

Cos’è l’argon?

L'argon (Ar) è un gas nobile (Gruppo 18 della tavola periodica). È identificato dal simbolo Ar e dal numero atomico 18. Costituisce circa lo 0,93% dell'aria secca atmosferica ed è il gas nobile più abbondante sulla Terra, oltre che il più frequentemente impiegato industrialmente.
L'argon fu isolato (1894) dall'aria dagli scienziati britannici Lord Rayleigh e Sir William Ramsay. Lord Rayleigh, sulla scia delle osservazioni di Henry Cavendish del 1785, scoprì che l'azoto preparato rimuovendo l'ossigeno dall'aria era sempre circa lo 0,5% più denso dell'azoto derivato da fonti chimiche come l'ammoniaca. Il gas più pesante rimasto dopo che, sia l'ossigeno che l'azoto erano stati rimossi dall'aria, fu il primo dei gas nobili a essere scoperto sulla Terra e fu così chiamato dalla parola greca argos, "pigro", a causa della sua inerzia chimica.

Proprietà fisiche e chimiche dell’argon

L'argon è classificato come un gas nobile, appartenente al Gruppo 18 della tavola periodica. Questa classificazione indica la sua natura estremamente inerte: è un gas incolore, inodore, non tossico e chimicamente non reattivo, il che significa che non forma facilmente composti con altri elementi.

Caratteristiche fisiche 
Di seguito sono elencate le principali proprietà fisiche dell'argon:

• Numero atomico: 18
• Peso molecolare: 39,948 g/mol
• Densità: 1,784 g/L (a 0°C e 1 atm)
• Punto di fusione: -189,34°C
• Punto di ebollizione: -185,85°C Questi punti di fusione ed ebollizione estremamente bassi sono fondamentali per il suo utilizzo in applicazioni criogeniche. L'argon è inoltre un gas che presenta una bassa conduttività termica, rendendolo un isolante efficace.

L'argon est largement utilisé dans diverses industries, notamment le soudage, l'électronique et la chimie, principalement en raison de ses propriétés uniques et de ses capacités d'inertage exceptionnelles.

Proprietà chimiche 
La caratteristica chimica più saliente dell'argon è la sua perfetta inerzia. Essendo estremamente non reattivo, non forma facilmente legami chimici con altri elementi, anche in condizioni difficili come temperature estremamente elevate o ambienti sotto vuoto. Questa stabilità unica lo rende ideale per creare ambienti non reattivi e per proteggere materiali sensibili da degradazione o reazioni indesiderate nei processi industriali esigenti. Il suo elevato potenziale di ionizzazione e la sua capacità di creare un arco stabile e concentrato sono cruciali per i processi di saldatura precisi.

Isotopi principali e loro applicazioni 
L'argon ha diversi isotopi, di cui i tre principali trovati sulla Terra sono l'Argon-40 (⁴⁰Ar), l'Argon-36 (³⁶Ar) e l'Argon-38 (³⁸Ar). Sebbene l'Argon-40 sia l'isotopo più abbondante in natura (risultato del decadimento del Potassio-40), gli isotopi dell'argon sono preziosi in una varietà di applicazioni scientifiche e industriali.

• L'argon-36 è utilizzato nella rivelazione dei neutrini solari, un'area fondamentale per la ricerca astrofisica.
• L'argon-38 trova impiego come tracciante nella datazione geologica e per la calibrazione di spettrometri di massa, strumenti cruciali per l'analisi chimica.
• L'argon-40 è importante per la produzione di radionuclidi come lo zolfo-38 (usato per il tracciamento della corrosione), l'argon-41 (impiegato nel tracciamento di gas) e l'argon-42 (utilizzato nelle scienze della vita, incluse applicazioni mediche e farmaceutiche). È anch'esso impiegato per la calibrazione di spettrometri di massa.

Abbondanza e produzione

L'argon è il gas nobile più abbondante nell'atmosfera terrestre, costituendo circa lo 0,93% dell'aria secca in volume. È ottenuto industrialmente in una unità di separazione dell'aria (ASU) mediante rettifica criogenica, presentandosi come sottoprodotto della produzione di ossigeno e azoto.
Quantità significative e un'elevata purezza di argon sono ottenute principalmente tramite distillazione criogenica dell'aria. Il processo, che consente la separazione dei suoi componenti (azoto, ossigeno, argon) in base ai loro diversi punti di ebollizione, prevede tipicamente:

• Il raffreddamento dell'aria atmosferica a temperature estremamente basse per liquefarla.
• Una separazione in una colonna di distillazione dove l'argon viene isolato dagli altri gas.
• Una purificazione avanzata dell'argon grezzo per soddisfare i requisiti specifici di purezza, essenziali per applicazioni esigenti come la prevenzione di difetti nell'elettronica o la garanzia di saldature di qualità.

Rispondere alla domanda industriale generalizzata di argon richiede una significativa capacità logistica, inclusa una robusta rete di impianti di produzione, un'estesa infrastruttura di stoccaggio e sistemi di trasporto efficaci per assicurare una fornitura affidabile e puntuale. Come per tutti i gas industriali, la produzione, la manipolazione e la distribuzione di argon devono rispettare norme severe di qualità, sicurezza e tracciabilità (incluse le norme ISO internazionali e nazionali), poiché anche piccole impurità possono influenzare i risultati dei processi industriali e scientifici.

Costo e fattori di mercato
Dato il suo vasto impiego in diversi settori industriali, l'argon è considerato costoso a causa degli elevati costi di produzione e stoccaggio, che ne influenzano l'accessibilità e la reperibilità. Il processo di ottenimento dell'argon tramite liquefazione dell'aria è ad alta intensità energetica e richiede attrezzature specializzate, contribuendo al suo costo elevato.

Applicazioni pratiche dell’argon

L'argon è un gas nobile estremamente versatile con applicazioni chiave in un'ampia gamma di industrie.

Industria: saldatura, protezione atmosfere

In metallurgia e processi di saldatura, l'argon è indispensabile per creare un'atmosfera protettiva durante vari processi. È un gas comunemente utilizzato nella saldatura ad arco elettrico (TIG, MIG, PLASMA) per tutti i materiali. In quanto gas di protezione ad alte prestazioni, impedisce ai contaminanti atmosferici come l'ossigeno e l'umidità d'interagire con il bagno di fusione, prevenendo così l'ossidazione, assicurando una qualità di saldatura superiore e aumentando la durabilità. La sua inerzia è fondamentale anche per il trattamento e l'inertizzazione dei metalli sensibili durante i processi di fusione o raffreddamento, come nella fabbricazione dell'acciaio.
In chimica e petrolchimica, grazie alla sua completa inerzia, l'argon serve come atmosfera protettiva in numerose reazioni chimiche sensibili, impedendo le interferenze indesiderate dei gas reattivi.

Tecnologia: produzione semiconduttori, laser

Nel settore dell'elettronica, dei semiconduttori e dei laser, l'argon gioca un ruolo critico nella fabbricazione dei semiconduttori, fornendo un ambiente secco e inerte che previene la contaminazione, l'ossidazione e la degradazione dei componenti sensibili. È essenziale anche nella fabbricazione di luci LED e schermi piatti (processi di polverizzazione catodica/sputtering per il deposito di strati sottili). I laser ad argon hanno applicazioni specifiche nella marcatura e nel taglio industriale di precisione.

Medicina: crioterapia, gas medicale

In medicina, l'argon trova impiego in applicazioni come la criochirurgia (o crioablazione). Questa tecnica minimamente invasiva utilizza getti controllati di gas argon estremamente freddo per congelare e distruggere tessuti anomali, come tumori o lesioni precancerose. È impiegata in diverse specialità, tra cui oncologia, urologia e dermatologia. I laser ad argon sono usati per trattamenti specifici come il distacco della retina, la fototerapia retinica per pazienti diabetici, e in chirurgia per saldare arterie e distruggere tumori, grazie alla loro estrema precisione. L'argon può essere impiegato anche in alcune forme di crioterapia più ampie.

Altri impieghi specializzati

L'argon è versatile e utilizzato anche in diversi altri settori e applicazioni innovative:

• Conservazione alimentare: Nelle industrie alimentari, l'argon è utilizzato nel confezionamento in atmosfera protettiva (MAP) per migliorare la durata di conservazione di prodotti alimentari, preservando aspetto, colore, sapore e qualità nutrizionali. È impiegato anche nella vinificazione per ottimizzare i livelli di ossigeno disciolto e proteggere la qualità del vino.
• Sistemi di estinzione d'incendio: L'argon trova applicazioni in questi sistemi e per l'inertizzazione di serbatoi e contenitori di liquidi o polveri infiammabili, eliminando i rischi di incendio.
• Illuminazione: È impiegato anche nell'illuminazione,  ad esempio, nelle lampade al neon e fluorescenti, dove la sua inerzia e le proprietà di ionizzazione contribuiscono all'efficienza e alla longevità.

Impatti sulla salute e precauzioni

L'argon, sebbene generalmente inerte, richiede una manipolazione attenta a causa del suo potenziale di spostare l'ossigeno e causare asfissia, in particolar modo in spazi confinati. L'esposizione a livelli elevati può portare a sintomi quali mal di testa, respirazione rapida, vertigini, confusione, tremori, perdita di coordinazione e di giudizio, e potenzialmente perdita di coscienza o decesso. Il contatto con l'argon liquefatto può anche provocare gravi congelamenti cutanei.
Questi rischi possono essere mitigati seguendo rigorosamente le norme di sicurezza e le migliori pratiche.

• Ventilazione adeguata: Assicurare una ventilazione sufficiente nelle zone dove l'argon è utilizzato o stoccato è vitale per prevenire l'accumulo di alte concentrazioni e lo spostamento di ossigeno.
• Dispositivi di Protezione individuale (DPI): Richiedere l'uso di DPI appropriati, inclusi occhiali di sicurezza con protezioni laterali, guanti isolati (specialmente durante la manipolazione di argon liquefatto) e indumenti protettivi per proteggersi dalle ustioni criogeniche e da altri pericoli.
• Stoccaggio e manipolazione sicuri: Conservare le bombole di argon in un luogo fresco, asciutto e ben ventilato, lontano da materiali incompatibili e fonti di ignizione/combustione. I serbatoi di argon liquido devono essere stoccati all'esterno e adeguatamente ventilati.
• Sicurezza delle attrezzature: Tutte le attrezzature utilizzate con l'argon devono essere adatte a pressioni e temperature appropriate. Le bombole devono essere protette da eventuali urti che possano causare danni all’involucro e correttamente fissate.
• Monitoraggio atmosferico: Implementare monitor e allarmi per l'ossigeno, e una sorveglianza atmosferica continua negli spazi chiusi per allarmi precoci in caso di livelli di ossigeno pericolosamente bassi.
• Conformità alle norme: Rispettare tutte le regolamentazioni nazionali e internazionali applicabili (es. norme ISO, ADR) e le schede di dati di sicurezza (SDS) per le direttive specifiche sui prodotti.
• Formazione completa del personale: Tutto il personale che lavora con l'argon deve ricevere una formazione adeguata sui suoi pericoli e sulle procedure di manipolazione sicura, inclusi i protocolli d'emergenza.

Impatto ambientale

L'argon è naturalmente presente nell'ambiente e non è noto per causare danni ecologici. Non sono previste conseguenze ambientali avverse dal suo rilascio, poiché si disperde rapidamente nelle aree ben ventilate. Gli effetti dell'argon su piante o animali non sono attualmente noti e non si ha evidenza che danneggi la vita acquatica.
Un vantaggio significativo dell'argon è che è non tossico e non contribuisce all'inquinamento ambientale. Essendo un gas inerte e un elemento stabile, non è biodegradabile nel senso tradizionale, né si scompone in sostanze dannose. Non reagisce chimicamente nell'ambiente atmosferico, garantendo così la preservazione dello strato di ozono non contribuendo inoltre all'effetto serra.
Dato il suo stato naturale e la sua completa inerzia, l'argon non presenta rischi ambientali diretti come inquinante atmosferico o acquatico. Le perdite in atmosfera da fonti industriali sono generalmente considerate trascurabili dal punto di vista ecologico, data la sua abbondanza naturale e la rapida dispersione. Eventuali rischi a concentrazioni elevate sono principalmente legati all'asfissia in spazi confinati per gli esseri umani (un aspetto trattato nella sezione sulla sicurezza personale), piuttosto che a un danno ecologico diffuso all'ecosistema.

Argon nelle ricerche e innovazioni recenti

L'argon è alla base di numerose ricerche in diversi settori. Nei settori industriali, la ricerca recente si concentra sull'utilizzo dell'argon come gas critico per la stampa 3D e la saldatura di precisione in settori come l'automotive e l'aeronautica. La miscela di argon e ossigeno può essere utilizzata nelle applicazioni di saldatura per offrire una stabilità dell'arco superiore, minimizzando al contempo la generazione di spruzzi e fumi. In campo medico è stato anche studiato come possibile strumento di utilità clinica e potenziale agente terapeutico in diverse condizioni cliniche come agente protettore degli organi umani.
L'argon svolge un ruolo importante nella transizione energetica. È studiato per un innovativo ciclo di combustione a idrogeno e argon che, sostituendo l'aria, migliora l'efficienza dei motori a combustione interna. Questo processo a circuito chiuso valorizza l'idrogeno verde, producendo unicamente acqua, raggiungendo così emissioni nette pari a zero e un'efficienza notevolmente superiore.

Perché scegliere Air Liquide per la tua fornitura di argon?

Air Liquide, un leader mondiale dei gas, delle tecnologie e dei servizi, può rispondere alle tue esigenze specifiche di argon per le tue applicazioni e processi.

1. Qualità e costanza della purezza: Air Liquide garantisce i più alti standard di purezza dei gas. Ti forniamo argon puro e miscele di argon indiverse concentrazioni, rispettando rigorosi controlli di qualità, essenziali per le tue applicazioni esigenti. Per le tue applicazioni di saldatura, Air Liquide ha, ad esempio, ARCAL™ Prime o Albee™ Weld Ar: argon puro per le applicazioni TIG/MIG.
2. Soluzioni di consegna flessibili: Adattiamo la fornitura di argon per corrispondere perfettamente ai tuoi volumi di consumo e alle tue esigenze operative. Per quantità più piccole, proponiamo bombole equipaggiate di serie con top/teste avanzati SMARTOP™ o EXELTOP™ (su richiesta). Per volumi più consistenti, forniamo pacchi bombole o argon di qualità industriale in forma liquida. Nell'ambito delle nostre soluzioni di fornitura di argon liquido, installiamo e monitoriamo i serbatoi di argon direttamente sul tuo sito, assicurando consegne puntuali che assecondano le tue esigenze.
3. Supporto tecnico esperto: Agendo come veri e propri partner, i nostri esperti studieranno i tuoi processi specifici al fine di proporti la soluzione di argon più appropriata e più conveniente, adattata alla tua azienda e alla tua especifica applicazione.
4. Presenza nazionale e reattività logistica: Forti di oltre 100 anni di conoscenze acquisite e sfruttando la nostra vasta rete nazionale di impianti di produzione e centri di distribuzione, Air Liquide garantisce una fornitura affidabile e puntuale di argon. Le nostre solide capacità logistiche assicurano reattività e puntualità alle tue richieste, ovunque siano situate le tue operazioni.
5. Offerte su misura: In aggiunta ai prodotti standard, ci impegniamo nello sviluppo e nella progettazione di soluzioni personalizzate che si integrino perfettamente nei tuoi flussi di lavoro

Domande frequenti (FAQ)

L’argon è tossico?
In quanto gas nobile e componente naturale dell'aria, l'argon non reagisce e pertanto non è tossico. Tuttavia, è necessario assicurare un'adeguata ventilazione in ambienti piccoli.

Come si produce l’argon?
L'argon è prodotto principalmente tramite la distillazione frazionata dell'aria liquida in una unità di separazione dell'aria criogenica.

Perché l’argon è importante nella saldatura?
In quanto gas di protezione ad alte prestazioni, l'argon impedisce ai contaminanti atmosferici come l'ossigeno e l'umidità di interagire con il bagno di fusione, prevenendo così l'ossidazione, assicurando una qualità di saldatura superiore e aumentando la durabilità.

L’argon può causare problemi di salute?
L'argon può causare problemi di salute a causa della sua capacità di spostare l'ossigeno. L'inalazione di alte concentrazioni di argon può provocare vertigini, nausea, vomito, perdita di coscienza e il contatto con l'argon liquido può causare congelamento e ustioni criogeniche.