NEON: HISTORIA, WŁAŚCIWOŚCI, STRUKTURA, ZAGROŻENIA, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Neonu jest pierwiastkiem, który jest reprezentowany przez symbol Ne. Jest to gaz szlachetny, którego nazwa po grecku oznacza nowy, jakość, którą był w stanie utrzymać przez dziesięciolecia nie tylko ze względu na blask odkrycia, ale także dlatego, że ozdabiał swoim światłem miasta w miarę ich modernizacji.

Wszyscy słyszeliśmy o neonach, które w rzeczywistości nie są niczym więcej niż czerwono-pomarańczowymi; chyba że są zmieszane z innymi gazami lub dodatkami. Obecnie mają dziwne powietrze w porównaniu z ostatnimi systemami oświetlenia; Jednak neon to znacznie więcej niż tylko wspaniałe, nowoczesne źródło światła.

Smok wykonany z rur wypełnionych neonem i innymi gazami, które pod wpływem prądu jonizują i emitują charakterystyczne światła i kolory. Źródło: AndrewKeenanRichardson.

Gaz ten, składający się praktycznie z atomów Ne, wzajemnie obojętnych, reprezentuje najbardziej obojętną i szlachetną substancję ze wszystkich; Jest to najbardziej obojętny pierwiastek w układzie okresowym, a obecnie i formalnie nie jest znany wystarczająco stabilny związek. Jest jeszcze bardziej obojętny niż sam hel, ale także droższy.

Wysoki koszt neonu wynika z faktu, że nie jest on wydobywany z podłoża, jak to ma miejsce w przypadku helu, ale z upłynniania i destylacji kriogenicznej powietrza; nawet jeśli występuje w atmosferze w ilości wystarczającej do wytworzenia ogromnej ilości neonu.

Łatwiej jest wydobyć hel z zasobów gazu ziemnego niż skroplić powietrze i wydobyć z niego neon. Ponadto jego obfitość jest mniejsza niż helu, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz Ziemi. We Wszechświecie neon znajduje się w nowych i supernowych, a także w regionach na tyle zamarzniętych, aby zapobiec ich ucieczce.

W postaci płynnej jest znacznie skuteczniejszym czynnikiem chłodniczym niż ciekły hel i wodór. Podobnie jest elementem obecnym w przemyśle elektronicznym w odniesieniu do laserów i sprzętu do wykrywania promieniowania.

Historia

Kolebka argonu

Historia neonu jest ściśle związana z historią pozostałych gazów tworzących powietrze i ich odkryciami. Angielski chemik Sir William Ramsay, wraz ze swoim mentorem Johnem Williamem Struttem (Lord Rayleigh), postanowili w 1894 roku zbadać skład powietrza poprzez reakcje chemiczne.

Używając próbki powietrza, udało im się ją odtlenić i odazotować, uzyskując i odkrywając argon, gaz szlachetny. Jego pasja naukowa doprowadziła go również do odkrycia helu, po rozpuszczeniu mineralnego kleweitu w środowisku kwaśnym i zebraniu charakteryzującego uwolniony gaz.

Następnie Ramsay podejrzewał, że między helem a argonem znajduje się pierwiastek chemiczny, który poświęcił nieudane próby znalezienia ich w próbkach minerałów. Aż w końcu uznał, że argon powinien być „ukryty” w innych gazach, których powietrze jest mniej obfite.

Tak więc eksperymenty, które doprowadziły do ​​odkrycia neonu, rozpoczęły się od skondensowanego argonu.

Odkrycie

W swojej pracy Ramsay, wspomagany przez swojego kolegę Morrisa W. Traversa, rozpoczął od wysoce oczyszczonej i skroplonej próbki argonu, którą następnie poddał pewnego rodzaju destylacji frakcyjnej i kriogenicznej. Tak więc w 1898 r. I na University College London obaj angielscy chemicy zdołali zidentyfikować i wyizolować trzy nowe gazy: neon, krypton i ksenon.

Pierwszym z nich był neon, który zauważył, gdy zebrali go w szklanej rurce, gdzie zastosowali porażenie prądem; jego intensywne czerwono-pomarańczowe światło było jeszcze bardziej uderzające niż kolory kryptonu i ksenonu.

W ten sposób Ramsay nadał temu gazowi nazwę „neon”, co po grecku oznacza „nowy”; pojawił się nowy pierwiastek z argonu. Niedługo potem, w 1904 roku, dzięki tej pracy, on i Travers otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Światła neonowe

Ramsay miał wtedy niewiele wspólnego z rewolucyjnymi zastosowaniami neonu w oświetleniu. W 1902 roku inżynier elektryk i wynalazca, Georges Claude, wraz z Paulem Delorme, założyli firmę L'Air Liquide, zajmującą się sprzedażą skroplonych gazów dla przemysłu, która wkrótce dostrzegła świetlny potencjał neonu.

Claude, zainspirowany wynalazkami Thomasa Edisona i Daniela McFarlana Moore'a, zbudował pierwsze tuby wypełnione neonem, podpisując patent w 1910 roku. Sprzedawał swój produkt praktycznie pod następującą przesłanką: neony są zarezerwowane dla miast i pomników, ponieważ są bardzo olśniewający i atrakcyjny.

Od tego czasu reszta historii neonu do chwili obecnej idzie w parze z pojawieniem się nowych technologii; a także potrzeba systemów kriogenicznych, które mogą używać go jako cieczy chłodzącej.

Fizyczne i chemiczne właściwości

- Wygląd

Szklana fiolka lub fiolka z neonem wzbudzana wyładowaniem elektrycznym. Źródło: obrazy o wysokiej rozdzielczości pierwiastków chemicznych

Neon to bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku gaz. Jednak po zastosowaniu wyładowania elektrycznego jego atomy są zjonizowane lub wzbudzone, emitując fotony energii, które wchodzą do widma widzialnego jako czerwonawo-pomarańczowy błysk (zdjęcie na górze).

Więc neony są czerwone. Im wyższe ciśnienie gazu, tym wyższa wymagana energia elektryczna i uzyskany czerwonawy blask. Te światła oświetlające alejki lub elewacje sklepów są bardzo powszechne, szczególnie w zimnym klimacie; ponieważ czerwonawa intensywność jest taka, że ​​może przenikać mgłę ze znacznych odległości.

- Masa cząsteczkowa

20,1797 g / mol.

- liczba atomowa (Z)

10.

- Temperatura topnienia

-248,59 ° C.

- Temperatura wrzenia

-246,046 ° C.

- Gęstość

-W normalnych warunkach: 0,9002 g / l.

-Z cieczy, tylko w temperaturze wrzenia: 1,207 g / ml.

- Gęstość pary

0,6964 (względem powietrza = 1). Innymi słowy, powietrze jest 1,4 razy gęstsze niż neon. Następnie balon napełniony neonem uniesie się w powietrze; chociaż wolniej w porównaniu z pompą napełnioną helem.

- Ciśnienie pary

0,9869 atm przy 27 K (-246,15 ° C). Zauważ, że przy tak niskiej temperaturze neon już wywiera ciśnienie porównywalne z atmosferycznym.

- Ciepło topnienia

0,335 kJ / mol.

- Ciepło parowania

1,71 kJ / mol.

- Ciepło molowe

20,79 J / (mol · K).

- Energie jonizacji

-Pierwszy: 2080,7 kJ / mol (Ne ^{+ w stanie} gazowym).

-Druga: 3952,3 kJ / mol ( gaz Ne ²⁺ ).

-Trzecie: 6122 kJ / mol ( gazowy Ne ³⁺ ).

Energie jonizacji neonu są szczególnie wysokie. Wynika to z trudności w usunięciu jednego z jego elektronów walencyjnych z jego bardzo małego atomu (w porównaniu z innymi pierwiastkami z tego samego okresu).

- stopień utlenienia

Jedyną prawdopodobną i teoretyczną liczbą lub stopniem utlenienia neonu jest 0; to znaczy, w swoich hipotetycznych związkach nie zyskuje ani nie traci elektronów, ale raczej oddziałuje jak neutralny atom (Ne ⁰ ).

Wynika to z jego zerowej reaktywności jako gazu szlachetnego, co nie pozwala mu na pozyskiwanie elektronów z powodu braku dostępnej energetycznie orbity; nie można go też stracić dzięki dodatnim stopniom utlenienia, ze względu na trudność w pokonaniu efektywnego ładunku jądrowego dziesięciu protonów.

- Reaktywność

Powyższe wyjaśnia, dlaczego gaz szlachetny nie jest bardzo reaktywny. Jednak spośród wszystkich gazów szlachetnych i pierwiastków chemicznych, neon jest właścicielem prawdziwej korony szlacheckiej; Nie przyjmuje elektronów w żaden sposób ani od nikogo i nie może dzielić się swoimi, ponieważ jego jądro temu zapobiega, a zatem nie tworzy wiązań kowalencyjnych.

Neon jest mniej reaktywny (bardziej szlachetny) niż hel, ponieważ chociaż jego promień atomowy jest większy, efektywny ładunek jądrowy dziesięciu protonów przekracza ładunek dwóch protonów w jądrze helu.

Kiedy schodzimy przez grupę 18, siła ta maleje, ponieważ promień atomowy znacznie wzrasta; I dlatego inne gazy szlachetne (zwłaszcza ksenon i krypton) mogą tworzyć związki.

Związki

Jak dotąd nie jest znany żaden zdalnie stabilny związek neonu. Jednak istnienie poliatomowych kationów, takich jak: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ i ⁺ zostało potwierdzone za pomocą badań optycznych i spektrometrii mas .

Podobnie można wspomnieć o jego związkach Van der Wallsa, w których chociaż nie ma wiązań kowalencyjnych (przynajmniej formalnie), oddziaływania niekowalencyjne pozwalają im zachować spójność w rygorystycznych warunkach.

Niektóre takie związki Van der Wallsa dla neonu to na przykład: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (endoedryczny kompleks fullerenowy ) itp. Należy również zauważyć, że cząsteczki organiczne mogą również „ocierać się” o ten gaz w bardzo szczególnych warunkach.

Szczegóły dotyczące wszystkich tych związków są takie, że nie są one stabilne; ponadto większość powstaje w środku bardzo silnego pola elektrycznego, w którym atomy metali w stanie gazowym są wzbudzane w towarzystwie neonu.

Nawet przy wiązaniu kowalencyjnym (lub jonowym) niektórzy chemicy nie zadają sobie trudu, aby myśleć o nich jako o prawdziwych związkach; dlatego neon nadal jest szlachetnym i bezwładnym elementem widzianym ze wszystkich „normalnych” stron.

Struktura i konfiguracja elektroniczna

Interakcje interakcji

Atom neonu można wizualizować jako prawie zwartą kulę ze względu na jego mały rozmiar i wielki efektywny ładunek jądrowy dziesięciu elektronów, z których osiem ma wartościowość, zgodnie z ich konfiguracją elektroniczną:

1s ² 2s ² 2p ⁶ lub 2s ² 2p ⁶

Zatem atom Ne oddziałuje ze swoim otoczeniem za pomocą swoich orbitali 2s i 2p. Są jednak całkowicie wypełnione elektronami, zgodnie ze słynnym oktetem walencyjnym.

Nie może uzyskać więcej elektronów, ponieważ orbital 3s nie jest dostępny energetycznie; Poza tym nie może ich również stracić ze względu na mały promień atomowy i „wąską” odległość oddziela je od dziesięciu protonów w jądrze. Dlatego ten atom lub kula Ne jest bardzo stabilny, niezdolny do tworzenia wiązań chemicznych z praktycznie żadnym pierwiastkiem.

To właśnie te atomy Ne definiują fazę gazową. Ponieważ jest bardzo mały, jego elektroniczna chmura jest jednorodna i zwarta, trudna do spolaryzowania, a zatem do ustalenia chwilowych momentów dipolowych, które indukują inne w sąsiednich atomach; to znaczy, że siły rozpraszania między atomami Ne są bardzo słabe.

Płyn i szkło

Dlatego temperatura musi spaść do -246 ºC, aby neon mógł przejść ze stanu gazowego do ciekłego.

W tej temperaturze atomy Ne są wystarczająco blisko, aby siły dyspersji związały je razem w cieczy; że chociaż najwyraźniej nie jest tak imponujący jak płyn kwantowy ciekłego helu i jego nadciekłość, ma moc chłodzenia 40 razy większą niż ta.

Oznacza to, że płynny układ chłodzenia neonu jest 40 razy bardziej wydajny niż układ chłodzenia ciekłego helu; chłodzi szybciej i dłużej utrzymuje temperaturę.

Przyczyną może być fakt, że nawet gdy atomy Ne są cięższe od He, to pierwsze oddzielają się i rozpraszają łatwiej (nagrzewają się) niż te drugie; ale ich interakcje są tak słabe podczas ich zderzeń lub spotkań, że ponownie szybko zwalniają (ochładzają się).

Gdy temperatura spada jeszcze bardziej, do -248 ° C, siły dyspersji stają się silniejsze i bardziej kierunkowe, dzięki czemu atomy He mogą się teraz krystalizować w kryształ sześcienny (fcc) o centralnej powierzchni. Ten kryształ helu fcc jest stabilny pod każdym ciśnieniem.

Gdzie znaleźć i uzyskać

Supernowe i oblodzone środowiska

Podczas formowania się supernowej rozpraszane są neonowe dżety, które ostatecznie tworzą te gwiezdne chmury i podróżują do innych regionów Wszechświata. Źródło: Pxhere.

Neon to piąty najbardziej rozpowszechniony pierwiastek chemiczny w całym Wszechświecie. Ze względu na brak reaktywności, wysoką prężność par i lekką masę ucieka z atmosfery ziemskiej (choć w mniejszym stopniu niż hel) i słabo rozpuszcza się w morzach. Dlatego tutaj, w powietrzu ziemskim, jego stężenie objętościowe wynosi zaledwie 18,2 ppm.

Aby to stężenie neonu wzrosło, konieczne jest obniżenie temperatury do bliskości zera absolutnego; warunki są możliwe tylko w Kosmosie i w mniejszym stopniu w lodowatej atmosferze niektórych gazowych gigantów, takich jak Jowisz, na skalistych powierzchniach meteorytów lub w egzosferze Księżyca.

Jednak największa koncentracja występuje w nowych lub supernowych rozmieszczonych we Wszechświecie; jak również w gwiazdach, z których się wywodzą, o większej objętości niż nasze Słońce, wewnątrz których powstają atomy neonu w wyniku nukleosyntezy węgla i tlenu.

Skraplanie powietrza

Chociaż jego stężenie w naszym powietrzu wynosi zaledwie 18,2 ppm, wystarczy kilka litrów neonu z dowolnej przestrzeni domowej.

Dlatego do jej wytworzenia konieczne jest skroplenie powietrza, a następnie przeprowadzenie kriogenicznej destylacji frakcyjnej. W ten sposób jego atomy można oddzielić od fazy ciekłej złożonej z ciekłego tlenu i azotu.

Izotopy

Najbardziej stabilnym izotopem Neonu jest ²⁰ Ne, z ilością 90,48%. Ma również dwa inne izotopy, które są również stabilne, ale mniej rozpowszechnione: ²¹ Ne (0,27%) i ²² Ne (9,25%). Pozostałe to radioizotopy, a obecnie znanych jest w sumie piętnaście z nich ( ^15-19 Ne i ^23-32 Ne ).

Ryzyka

Neon to nieszkodliwy gaz z niemal każdego możliwego aspektu. Ze względu na swoją zerową reaktywność chemiczną w ogóle nie ingeruje w żaden proces metaboliczny, a dostając się do organizmu, opuszcza go bez asymilacji. Dlatego nie ma natychmiastowego efektu farmakologicznego; chociaż wiąże się to z możliwymi działaniami znieczulającymi.

Dlatego jeśli dojdzie do wycieku neonu, nie jest to niepokojący alarm. Jeśli jednak stężenie jego atomów w powietrzu jest bardzo wysokie, może on wypierać cząsteczki tlenu, którym oddychamy, co kończy się uduszeniem i całą serią objawów z tym związanych.

Jednak ciekły neon może powodować zimne oparzenia w kontakcie, dlatego nie zaleca się bezpośredniego dotykania go. Ponadto, jeśli ciśnienie w pojemnikach jest bardzo wysokie, nagła szczelina może spowodować wybuch; nie przez obecność płomieni, ale przez siłę gazu.

Neon nie stanowi również zagrożenia dla ekosystemu. Ponadto jego stężenie w powietrzu jest bardzo niskie i nie ma problemu z oddychaniem. A co najważniejsze: nie jest to gaz łatwopalny. Dlatego nigdy się nie pali, bez względu na to, jak wysokie są temperatury.

Aplikacje

oświetlenie

Jak wspomniano, czerwone neony są obecne w tysiącach placówek. Powodem jest to, że wymagane jest tylko niskie ciśnienie gazu (~ 1/100 atm), aby przy wyładowaniu elektrycznym wytwarzał on swoje charakterystyczne światło, które zostało również umieszczone w różnego rodzaju reklamach (reklamy, znaki droga itp.).

Tuby wypełnione neonem mogą być wykonane ze szkła lub tworzywa sztucznego i przybierać różne kształty i formy.

Przemysł elektroniczny

Neon to bardzo ważny gaz w przemyśle elektronicznym. Służy do produkcji świetlówek i lamp grzewczych; urządzenia wykrywające promieniowanie lub wysokie napięcia, kineskopy telewizyjne, liczniki gejzerów i komory jonizacyjne.

Lasery

Wraz z helem duet Ne-He może być używany w urządzeniach laserowych, które emitują wiązkę czerwonawego światła.

Clathrate

Chociaż prawdą jest, że neon nie może tworzyć żadnych związków, stwierdzono, że pod wysokim ciśnieniem (~ 0,4 GPa) jego atomy są uwięzione w lodzie, tworząc klatrat. W nim atomy Ne są ograniczone do pewnego rodzaju kanału ograniczonego cząsteczkami wody, w którym mogą poruszać się wzdłuż kryształu.

Chociaż w tej chwili nie ma wielu potencjalnych zastosowań tego neonu klatratu, może on w przyszłości stanowić alternatywę dla jego przechowywania; lub po prostu służyć jako model do pogłębienia zrozumienia tych zamrożonych materiałów. Być może na niektórych planetach neon uwięziony jest w masach lodu.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Neon. Baza danych PubChem. CID = 23987. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom i HH Mooy. (1930). O kryształowej strukturze Neonu. Laboratorium fizyczne w Leiden.
4. Xiaohui Yu i kol. (2014). Struktura krystaliczna i dynamika kapsułkowania hydratu neonu o strukturze II lodu. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Odzyskane z: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 grudnia 2018). 10 Neonowych faktów - pierwiastek chemiczny. Odzyskany z: thinkco.com
7. Dr Doug Stewart. (2019). Fakty dotyczące elementów neonowych. Chemicool. Źródło: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Związki neonowe. Odzyskane z: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Element Neon: historia, fakty i zastosowania. Badanie. Odzyskany z: study.com
10. Jane E. Boyd i Joseph Rucker. (9 sierpnia 2012). A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon. Instytut Historii Nauki. Odzyskane z: sciencehistory.org