Los gases nobles



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6. USOS DE LOS GASES NOBLES

Argón


Puesto que el argón es el más corriente de los gases inertes y constituye una parte tan respetable de la atmósfera, es fácil de producirlo en cantidad por la destilación fraccionada de aire líquido. Es también comparativamente barato; en la actualidad, un dólar basta para pagar 300 l de argón. El argón ocupa el primer lugar en la escala de amplio uso en relación con las lámparas de luz eléctrica.

La iluminación eléctrica fue posible en 1879, cuando el inventor americano Thomas Alva Edison (1847-1931) calentó un filamento de carbono en una ampolla de cristal en la que se había hecho el vacío mediante una corriente eléctrica. El carbono se puso incandescente hasta el blanco, pero no se fundió, ya que el punto de fusión del carbono viene a ser de 3.500° C, aproximadamente, muy por encima incluso de la temperatura del filamento incandescente de una bombilla.

Aunque los filamentos incandescentes del carbono no se funden, se vuelven muy quebradizos cuando están al rojo blanco, y se rompen fácilmente. En 1904, se depositó metal en el filamento de carbono para darle más consistencia. En 1906, fue abandonado el carbono en favor de los metales de elevado punto de fusión, y comenzó a emplearse el tantalio (punto de fusión, 2.850° C). En 1911, se proyectaron métodos para extraer tungsteno (punto de fusión, 3.390° C) en delgados filamentos y este metal remplazó al tantalio, y el que se emplea hasta hoy para las lámparas incandescentes.

Si bien los alambres de metal demostraron ser mucho más fuertes que los filamentos de carbono, todavía continúan rompiéndose con facilidad en el vacío. Al parecer, se produce una lenta evaporación de metal incandescente dentro de la bombilla. Átomo por átomo, el metal se va liberando del alambre y se instala en la superficie interior del globo de cristal. Esto no sólo reduce la transparencia del cristal y empaña la luz, sino que da lugar a que el filamento se vaya adelgazando y se vuelva más frágil e, incluso, llegue a quebrarse.

El vacío parecía necesario, ya que si los filamentos se calentaban en presencia del aire, se combinarían con el oxígeno en un relámpago y quedarían destruidos. El químico norteamericano Irving Langmuir (1881-1957) se percató del problema y comprobó que para prevenir esta eventualidad era suficiente con separar el oxígeno y no todo el aire. En consecuencia, rellenó las bombillas con nitrógeno.

Dado que el nitrógeno es un gas inerte, no reacciona fácilmente con los filamentos de metal. No obstante, por la presión que ejerce, disminuye la velocidad a la cual se evapora el metal. Las bombillas duraban mucho más cuando estaban llenas de nitrógeno que cuando se había hecho el vacío en ellas.

En 1914, Langmuir dio el siguiente paso lógico. El nitrógeno es inerte, pero no del todo, y reacciona con el metal, aunque sea lentamente. En consecuencia, en lugar del nitrógeno colocó argón, que era un poco más caro, pero que aumentaba la duración de las bombillas un plazo más que suficiente para compensar el costo adicional. Las bombillas de luz eléctrica continúan hoy día llenas de argón, por lo cual el primer uso industrial importante de los gases nobles sigue teniendo vigencia.

La inercia del argón es su característica individual más importante, por lo que se refiere a usos industriales. Esto es cierto en las bombillas y también lo es en lo referente a la soldadura.

En la soldadura de metales, se funden parcialmente los bordes de dos piezas de metal, que luego quedan unidas en una sola pieza metálica. Durante la Primera Guerra Mundial, se hizo de uso corriente el empleo de la soldadura de arco, en la que se hace saltar una chispa eléctrica desde un electrodo hasta el material que se desea soldar. El borde del metal se calienta como el filamento en una bombilla y se funde.

La gran dificultad de la soldadura de arco consistía en que el metal (por lo general, acero), reaccionaba con el oxígeno e incluso con el nitrógeno del aire durante los instantes en que estaba al rojo blanco, o sea, incandescente. En consecuencia, la junta quedaba taladrada con óxidos y nitruros (combinaciones del metal con el oxígeno y con el nitrógeno). Estos óxidos y nitruros son quebradizos, y fatalmente pueden debilitar las soldaduras. Como resultado, los metalúrgicos se concentraron en idear métodos para proteger la zona que debía ser soldada y mantener apartado el aire.

En 1929, se halló una solución práctica. Se lanzó un chorro de gas argón a través del arco de modo que constantemente envolviese la zona que debía ser soldada. Este tipo de soldadura escudada de arco producía excelentes juntas de gran solidez, no sólo en el acero, sino en otros metales, como el cobre, níquel, magnesio, y así sucesivamente. Hoy día, el más importante uso del argón está relacionado con la soldadura escudada de arco (Tampoco se desperdicia el argón en el proceso; simplemente, regresa a la atmósfera de la cual fue extraído en su origen, de manera que el gas se mantiene en cantidades esencialmente ilimitadas).

El argón es también empleado en otros usos en que es importante mantener apartados el oxígeno y el nitrógeno. Por ejemplo, el aluminio puede ser cortado con un «soplete atómico de hidrógeno». En este soplete, las moléculas de hidrógeno son disgregadas en átomos separados, y estos átomos se reúnen en las proximidades del aluminio que está siendo cortado. Esta reunión engendra tanto calor que el aluminio queda cortado casi de inmediato. Sin embargo, en presencia del aire, el aluminio, al fundirse, se combina pronto con el oxígeno, y el óxido friable forma escamas, de modo que el corte aparece mellado e irregular. Por esta razón, se le añade argón al hidrógeno. No afecta a la reunión de átomos de hidrógeno, y, en cambio, sirve para rodear el aluminio fundido de una atmósfera inerte.

El argón es también empleado en la preparación del titanio metálico. El titanio era un metal común que se empleaba muy poco antes de la Segunda Guerra Mundial por considerársele inútil dada su friabilidad. Pero esta circunstancia no era culpa del metal, sino de los óxidos y nitruros que siempre se producían en cuantas ocasiones el titanio era preparado en forma metálica en presencia de aire. Hoy día, el titanio se prepara en una atmósfera de argón, y el titanio puro resultante es particularmente duro y fuerte. Es más fuerte que el acero, en igualdad de peso, y, en consecuencia, sirve para muchos usos importantes.

Otros elementos, como el silicio y el germanio, deben ser preparados en forma de cristales extremadamente puros para que puedan servir como componentes adecuados de nuevos tipos de equipo eléctrico llamados transistores. La pureza necesaria se logra cuando los cristales se forman bajo argón.




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