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18. Argon (Ar) - das verborgene Gas · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und
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lernen. Kennst du schon unsere anderen
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Podcastreihen wie Wissensreise durch die Geschichte oder durch
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die Psychologie. Heute reisen wir zum 18 Element
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im Periodensystem zu einem Gas, das über ein Jahrhundert lang
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unentdeckt blieb, obwohl es uns ständig umgibt.
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Das etwa ein Prozent der Luft ausmacht, die du atmest.
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Das völlig Reaktionsträge ist und doch in zahllosen
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Anwendungen unverzichtbar geworden ist.
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Willkommen bei Argon, dem verborgenen Gas, dem stillen
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Begleiter, der seinen Namen vom griechischen Wort für faul oder
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untätig trägt. Schließe deine Augen und stelle
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dir vor, du nimmst einen tiefen Atemzug.
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Stickstoff strömt in deine Lungen, etwa 78% der Luft.
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Sauerstoff folgt 21%, der dein Blut mit Energie versorgt.
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Aber was ist mit dem Rest zwischen den großen Akteuren
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unsichtbar und unbemerkt ist Argon 0,9 134% der Atmosphäre in
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jedem Atemzug nimmst du etwa 100 Trillionen Argon Atome auf.
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Sie passieren deine Lungen, lösen sich minimal im Blut.
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Tu nichts, reagieren mit nichts, verlassen deinen Körper wieder
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unverändert ein stiller Passagier auf der Reise durch
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dich Argon trägt die Ordnungszahl 818 18 Protonen, im
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Kern 18 Elektronen in der Hülle. Es ist ein Edelgas, das Dritte
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in der achten Hauptgruppe des Periodensystems nach Helium und
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Neon, wie alle 1. Wie alle Edelgase hat Argon eine
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vollständig gefüllte äußere Elektronenschale 8 Elektronen in
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der äußersten Schale, eine perfekt stabile Konfiguration,
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es braucht keine Elektronen, will keine abgeben, geht
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praktisch keine chemischen Bindungen ein.
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Argon ist das Paradebeispiel für chemische Gleichgültigkeit.
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Der Name Argon wurde von seinen Entdeckern gewählt, um genau
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diese Eigenschaft zu beschreiben.
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Argos, griechisch für faul, träge, untätig, ein treffender
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Name für ein Element, das nichts tut, das sich mit nichts
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verbindet, das einfach existiert.
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Die Entdeckung von Argon ist eine faszinierende Geschichte
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wissenschaftlicher Präzision im späten 19 Jahrhundert war die
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Chemie bereits hochentwickelt, die Zusammensetzung der Luft
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schien bekannt, Stickstoff, Sauerstoff, geringe Mengen
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Kohlendioxid und Wasserdampf. Doch der britische Physiker Lord
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Railey bemerkte etwas Seltsames. Als er Stickstoff aus der Luft
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isolierte, indem er Sauerstoff, Kohlendioxid und andere bekannte
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Komponenten entfernte, hatte das Gas eine leicht höhere Dichte
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als Stickstoff, der durch chemische Reaktionen aus
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Ammoniak hergestellt wurde. Der Unterschied war winzig, nur
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etwa 0,5% die meisten Wissenschaftler hätten es als
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Messfehler abgetan, doch raley war akribisch.
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Er wiederholte die Experimente Dutzende Male, verfeinerte seine
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Methoden. Der Unterschied blieb, etwas
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stimmte nicht, Raley wandte sich an den schottischen Chemiker
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William Ramsey, gemeinsam arbeiteten sie daran, die
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Ursache zu finden, Ramsey nahm Luftstickstoff und entfernte
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systematisch alle bekannten Bestandteile er.
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Er ließ Sauerstoff mit glühendem Kupfer reagieren, Kohlendioxid
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mit Natronlauge absorbieren, Wasserdampf ausfrieren was übrig
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blieb, ließ er mit Magnesium reagieren, das mit Stickstoff
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Magnesiumnitrit bildet. Nach Tagen des Erhitzens und
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Reagierens blieb ein kleines Volumen Gas übrig, das mit
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nichts reagierte, sie analysierten das Spektrum dieses
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Gases. Die charakteristischen
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Lichtlinien, die es beim Erhitzen abgibt, die Linien
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passten zu keinem bekannten Element im August 1894
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verkündeten Raleys und Ramsey die Entdeckung eines neuen
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Elements in der Luft, das sie Argon nannten.
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Die wissenschaftliche Gemeinschaft war skeptisch, ein
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ganzes Prozent der Luft, und niemand hatte es bemerkt, doch
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die Beweise waren überzeugend. 1904 erhielten Raley den
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Nobelpreis für Physik und Ramsey den für Chemie.
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Für die Entdeckung der Edelgase, zu denen neben Argon auch Neon,
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Krypton und Xenon gehörten. Argon ist bei weitem das
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häufigste Edelgas in der Erdatmosphäre, fast das gesamte
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Argon ist das Isotop Argon 40 der.
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Das durch radioaktiven Zerfall von Kalium 40 im Erdinneren
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entstanden ist. Über Milliarden Jahre zerfiel
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Kalium 40 zu Argon 40, das aus dem Gestein entwich und sich in
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der Atmosphäre ansammelte. Argon 40 macht etwa 99,6% des
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natürlichen Argons aus, die anderen Isotope sind.
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Argon, 36 und Argon 38 sind primordial, entstanden beim
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Urknall oder in Sternen. Diese unterschiedliche Herkunft
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der Argon Isotope ist wissenschaftlich wertvoll, das
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Verhältnis von Argon, 40 zu Kalium 40 wird zur
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radiometrischen Altersbestimmung verwendet.
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Die kaliumargon Datierung kann das Alter von Gesteinen
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bestimmen, die Millionen bis Milliarden Jahre alt sind.
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Sie hat geholfen, das Alter der Erde auf etwa viereinhalb
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Milliarden Jahre zu bestimmen, das Alter von Meteoriten zu
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messen, die Chronologie der menschlichen Evolution durch
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Datierung vulkanischer Schichten in Afrika zu etablieren.
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In der Praxis ist Argon ein farbloses, geruchloses,
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geschmackloses Gas bei Raumtemperatur und Normaldruck
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existiert es als einatomiges Molekül, einzelne Argonatome,
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die frei umherschweben. Es kondensiert bei -185,7 Grad
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Celsius zu einer farblosen Flüssigkeit und friert bei
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-189,4 Grad zu einem farblosen Feststoff.
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Die wichtigste industrielle Anwendung von Argon ist als
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Schutzgas bei Schweißarbeiten, besonders beim WIG Schweißen,
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Wolfram Inertgas Schweißen wird Argon verwendet, um die
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Schweißzone vor Oxidation zu schützen.
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Wenn Metall geschmolzen wird, reagiert es leicht mit
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Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, was zu schwachen,
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porösen Schweißnähten führt. Argon, chemisch in Erd,
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verdrängt die Luft, schafft eine schützende Atmosphäre, das
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geschmolzene Metall kann erstarren, ohne zu oxidieren,
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was zu starken, sauberen Schweißnähten führt.
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In der Metallurgie wird Argon auch bei der Produktion von
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Titan, einem reaktiven Metall, verwendet.
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Titan würde bei hohen Temperaturen mit Luft reagieren,
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spröde werden, in einer Argon Atmosphäre kann es sicher
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verarbeitet werden, eine andere wichtige Anwendung ist in der
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Beleuchtung Glühlampen enthalten oft Argon gemischt mit etwas
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Stickstoff. Das inerte Gas verhindert, dass
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der Wolframdraht durch Reaktion mit Sauerstoff verbrennt,
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verlängert die Lebensdauer der Lampe in Leuchtstoffröhren und
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Neonlichtern wird Argon mit anderen Gasen gemischt, um
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verschiedene Farben zu erzeugen. Reines Argon in einer
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Entladungsröhre leuchtet violett blau.
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Argon wird auch zur Wärmeisolierung verwendet.
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Doppel und dreifach verglaste Fenster haben oft Argon zwischen
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den Glasscheiben. Argon ist Dichter als Luft,
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leitet Wärme schlechter, verbessert die Isolierung in
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kalten Klimazonen reduzieren Argon gefüllte Fenster
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Heizkosten erheblich in der Halbleiterindustrie wird Argon
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in Ionen Etzverfahren eingesetzt.
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Argonionen werden beschleunigt und bombardieren die Oberfläche
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eines Wafers, tragen Material ab, schaffen präzise Strukturen.
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Es wird auch als Trägergas in Sputterprozessen verwendet, wo
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argonionen Atome von einem Target lösen, die sich auf einem
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Substrat ablagern. In Lasern findet Argon
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Verwendung. Argon Ionen Laser emittieren
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intensives Blaues und grünes Licht.
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Wurden früher in Lichtshows, Holographie, Lithographie
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verwendet, obwohl sie heute weitgehend von effizienteren
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Lasern ersetzt wurden, waren sie in den 70er und 80er Jahren
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wichtig. In der Wissenschaft ist Argon
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wertvoll für Experimente, die eine inerte Atmosphäre
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erfordern. Chemiker arbeiten oft in Glove
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Box Systemen, die mit Argon gefüllt sind, um
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luftempfindliche Substanzen zu handhaben.
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Organometallische Verbindungen, die mit Sauerstoff oder
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Feuchtigkeit sofort reagieren würden, können in Argon
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Atmosphäre sicher manipuliert werden flüssiges Argon wird in
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der Teilchenphysik eingesetzt in großen Detektoren wie dem Ikarus
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Experiment. Oder den geplanten June
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Detektoren dient flüssiges Argon als Medium zur Detektion von
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Neutrinos, jenen geisterhaften Teilchen, die Materie fast ohne
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Wechselwirkung durchdringen. Wenn ein Neutrino mit einem
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Argon Kern interagiert, erzeugt es geladene Teilchen, die durch
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das flüssige Argon reisen und Lichtblitze erzeugen, die
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detektiert werden können. In der Medizin wird Argon in der
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Kryochirurgie eingesetzt. Argon Plasma Koagulation ist
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eine Technik, bei der Ionisiertes Argon Gas verwendet
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wird, um Gewebe zu kauterisieren Blutungen zu stoppen, Tumore zu
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zerstören. Es ist präzise, minimiert
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Gewebeschäden Argon hat auch eine Rolle in der
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Weinherstellung Argon ist schwerer als Luft und in Erd.
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Wenn eine Weinflasche geöffnet wird, setzt man sie Sauerstoff
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aus, der den Wein oxidiert, den Geschmack verändert.
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Einige Systeme sprühen Argon in die Flasche, das auf der
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Weinoberfläche liegt, eine Schutzschicht bildet Oxidation,
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verhindert in der Archäologie und Konservierung wird Argon
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verwendet, um empfindliche Artefakte zu schützen alte
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Dokumente, Gemälde. Archäologische Funde werden
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manchmal in Argon gefüllten Vitrinen aufbewahrt, um
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Oxidation und biologischen Abbau zu verhindern.
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Taucher verwenden manchmal Argon zum Trockentauchanzug auf
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Blasen, Argon ist Dichter als Luft, leitet Wärme schlechter,
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hält den Taucher in kaltem Wasser wärmer als Luft, trotz
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seiner Häufigkeit in der Atmosphäre ist Argon nicht
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biologisch relevant. Es hat keine bekannte Rolle in
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lebenden Organismen. Es ist nicht giftig, aber in
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hohen Konzentrationen kann es erstickend wirken, indem es
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Sauerstoff verdrängt. Argon ist schwerer als Luft,
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kann sich in tiefliegenden, schlecht belüfteten Räumen
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ansammeln, eine unsichtbare Erstickungsgefahr darstellen, es
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gibt eine faszinierende Eigenschaft von Argon, die oft
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übersehen wird, es macht Geräusche.
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Wenn du in einer argonreichen Atmosphäre sprichst, klingt
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deine Stimme tiefer. Das liegt daran, dass
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Schallgeschwindigkeit in Argon niedriger ist als in Luft, das
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Gegenteil von Helium, das die Stimme höher macht in reinem
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Argon würde deine Stimme wie die eines Monsters klingen, tief,
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langsam, unheimlich natürlich sollte man das nicht
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ausprobieren, da Argon Sauerstoff verdrängt.
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Die Gewinnung von Argon erfolgt durch fraktionierte Destillation
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von flüssiger Luft. Luft wird gekühlt, bis sie
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flüssig wird, dann langsam erwärmt, Stickstoff verdampft
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zuerst bei -196 Grad Celsius, Argon siedet bei -185 Grad,
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Sauerstoff bei -183 Grad. Durch präzise Kontrolle der
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Temperatur können die Gase getrennt werden.
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Jährlich werden etwa 700000000 Kubikmeter Argon produziert.
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Argon ist relativ günstig, weil es so reichlich vorhanden ist.
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Ein Liter flüssiges Argon kostet nur wenige Euro, dies macht es
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attraktiv für industrielle Anwendungen, wo große Mengen
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benötigt werden. In der Astrochemie finden wir
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Argon im Weltraum. Spektroskopische Beobachtungen
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zeigen Argon in Planetarischen Nebeln in den Atmosphären von
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Planeten. Die Raumsonde Rosetta entdeckte
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Argon in der Koma des Kometen Tschuriumow Gerassimenko.
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Die Isotopenzusammensetzung von Argon in verschiedenen
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Himmelskörpern hilft uns, die Entstehungsgeschichte des
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Sonnensystems zu verstehen. Mars hat eine dünne Atmosphäre,
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die etwa 2% Argon enthält, proportional viel mehr als auf
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der Erde. Die Analyse dieser Argon Isotope
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durch Mars Rover hat Hinweise auf die atmosphärische
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Geschichte des Mars gegeben. Wieviel Atmosphäre im Laufe der
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Zeit verloren ging. Argon erinnert uns daran, dass
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die Welt voller unsichtbarer Dinge ist.
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Wir atmen es jeden Tag, merken es nicht, es ist überall um uns
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herum, in jedem Raum, in jedem Atemzug, und doch ist es so
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reaktionsträge, dass es keine Spur in unserem Körper
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hinterlässt. Diese Unsichtbarkeit ist eine
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Metapher für vieles in unserer Welt, viele Prozesse.
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Viele Substanzen, viele Kräfte wirken still, unbemerkt, aber
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sie sind da, die Schwerkraft zieht uns ständig zur Erde, wir
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denken nicht darüber nach, Mikroorganismen in unserem Darm
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verdauen Nahrung, wir sind uns ihrer kaum bewusst.
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Argon in unserer Lunge kommt und geht unbeachtet, Wissenschaft
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ist oft die Kunst, das Unsichtbare sichtbar zu machen.
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Das Selbstverständliche zu hinterfragen Railey hätte den
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winzigen Dichteunterschied ignorieren können.
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Er tat es nicht, seine Neugier, seine Präzision, seine
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Beharrlichkeit führten zur Entdeckung eines ganzen Prozents
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unserer Atmosphäre, das niemand zuvor bemerkt hatte.
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Diese Haltung, genau hinsehen, nicht annehmen, überprüfen ist
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das Herz der Wissenschaft. Sie hat uns so viel gelehrt über
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die Welt und sie kann uns lehren, auch in anderen
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Bereichen achtsam zu sein, über die Umwelt, über die Folgen
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unserer Handlungen, über die stillen Veränderungen, die sich
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akkumulieren, bis sie unübersehbar werden.
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Argon selbst ist harmlos, ihn ehrt ein stiller Begleiter, aber
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die Atmosphäre, die es enthält, ist fragil.
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Der Sauerstoff, den wir brauchen, wird von Pflanzen und
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Phytoplankton produziert. Die Zusammensetzung der
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Atmosphäre ist das Ergebnis von Milliarden Jahren leben, wir
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verändern sie, Kohlendioxid steigt, Ozon wird angegriffen,
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Luftverschmutzung nimmt zu, die Entdeckung von Argon lehrte uns,
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dass selbst das offensichtlichste Geheimnisse
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birgt, die Luft, die wir atmen, war komplexer als gedacht.
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Was lernen wir heute? Dass die Systeme, die uns
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tragen, Atmosphäre, Klima, Ökosysteme komplexer sind, als
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wir lange dachten, und dass kleine Veränderungen große
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Folgen haben können. Argon, Das verborgene Gas,
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symbolisiert die unsichtbaren Grundlagen unseres Lebens, es
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ist da, macht etwa ein Prozent unserer Welt aus, tut still
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seinen Dienst in schweißgeräten, Fenstern, Laboren.
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Es erinnert uns daran, achtsam zu sein, genau hinzusehen, nicht
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das Selbstverständliche als gegeben hinzunehmen.
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Gute Nacht und möge, dass Argon in jedem Atemzug dich daran
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erinnern, dass die Welt reich an wundern ist, sichtbaren und die
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unsichtbaren, und dass es unsere Aufgabe ist, sie zu schützen,
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die Atmosphäre, die uns umgibt, die Erde, die uns trägt, die
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Zukunft, die vor uns liegt.