НЕОН: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, РИСКИ, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Неон представляет собой химический элемент , который представлен символом Ne. Это благородный газ, название которого по-гречески означает «новый», качество, которое он мог поддерживать на протяжении десятилетий не только из-за блеска своего открытия, но и потому, что он украшал города своим светом по мере их модернизации.

Все мы когда-либо слышали о неоновых огнях, которые на самом деле соответствуют не более чем красно-оранжевому; если они не смешаны с другими газами или добавками. В настоящее время они выглядят странно по сравнению с современными системами освещения; однако неон - это гораздо больше, чем просто потрясающий современный источник света.

Дракон сделан из трубок, заполненных неоном и другими газами, которые при получении электрического тока ионизируются и излучают характерные огни и цвета. Источник: Эндрю Кинан Ричардсон.

Этот газ, состоящий практически из безразличных друг к другу атомов Ne, представляет собой наиболее инертное и благородное вещество из всех; Это самый инертный элемент в периодической таблице, и в настоящее время формально достаточно стабильное соединение неизвестно. Он даже инертнее, чем сам гелий, но и дороже.

Высокая стоимость неона связана с тем, что он добывается не из недр, как это происходит с гелием, а путем сжижения и криогенной перегонки воздуха; даже когда он присутствует в атмосфере в достаточном количестве, чтобы произвести огромное количество неона.

Извлечь гелий из запасов природного газа проще, чем сжижать воздух и извлекать из него неон. Кроме того, его содержание меньше, чем у гелия, как внутри, так и за пределами Земли. Во Вселенной неон содержится в новых и сверхновых, а также в областях, достаточно замороженных, чтобы не дать ему улететь.

В жидкой форме это гораздо более эффективный хладагент, чем жидкий гелий и водород. Аналогичным образом, это элемент, присутствующий в электронной промышленности в отношении лазеров и оборудования для обнаружения излучения.

история

Колыбель аргона

История неона тесно связана с историей остальных газов, из которых состоит воздух, и их открытий. Английский химик сэр Уильям Рамзи вместе со своим наставником Джоном Уильямом Струттом (лорд Рэлей) в 1894 году решили изучить состав воздуха с помощью химических реакций.

Используя образец воздуха, им удалось деоксигенировать и денитрогенизировать его, получив и обнаружив благородный газ аргон. Его научная страсть также привела его к открытию гелия после растворения минерала клевеита в кислой среде и сбора характеристик выделяющегося газа.

Затем Рамзи заподозрил, что между гелием и аргоном находится химический элемент, и предпринял безуспешные попытки найти их в образцах минералов. Пока, наконец, он не решил, что аргон должен быть «спрятан» за другими газами, которых в воздухе меньше.

Таким образом, эксперименты, которые привели к открытию неона, начались с конденсированного аргона.

открытие

В своей работе Рамзи с помощью своего коллеги Морриса В. Траверса начал с высокоочищенного и сжиженного образца аргона, который он впоследствии подверг своего рода фракционной и криогенной дистилляции. Так, в 1898 году в Университетском колледже Лондона обоим английским химикам удалось идентифицировать и выделить три новых газа: неон, криптон и ксенон.

Первым из них был неон, который он заметил, когда они собрали его в стеклянную трубку и применили электрический ток; его интенсивный красно-оранжевый свет был даже более ярким, чем цвета криптона и ксенона.

Именно так Рамзи дал этому газу название «неон», что по-гречески означает «новый»; появился новый элемент из аргона. Вскоре после этого, в 1904 году, благодаря этой работе он и Трэверс получили Нобелевскую премию по химии.

Неоновые лампы

Рамзи тогда имел мало общего с революционным применением неона в освещении. В 1902 году инженер-электрик и изобретатель Жорж Клод вместе с Полем Делорм основали компанию L'Air Liquide, которая занималась продажей сжиженных газов промышленным предприятиям и вскоре увидела световой потенциал неона.

Клод, вдохновленный изобретениями Томаса Эдисона и Дэниела Макфарлана Мура, построил первые трубки, заполненные неоном, подписав патент в 1910 году. Он продал свой продукт практически исходя из следующей предпосылки: неоновые огни предназначены для городов и памятников, потому что они очень ослепительно и привлекательно.

С тех пор история неона до настоящего времени идет рука об руку с появлением новых технологий; а также потребность в криогенных системах, которые могут использовать его в качестве охлаждающей жидкости.

Физические и химические свойства

- Внешность

Стеклянный флакон или флакон с неоном, возбуждаемым электрическим разрядом. Источник: изображения химических элементов в высоком разрешении.

Неон - это бесцветный газ без запаха и вкуса. Однако, когда применяется электрический разряд, его атомы ионизируются или возбуждаются, испуская фотоны энергии, которые попадают в видимый спектр в виде красновато-оранжевой вспышки (верхнее изображение).

Значит, неоновые огни красные. Чем выше давление газа, тем больше требуется электричества и получается красноватое свечение. Эти огни, освещающие переулки или фасады магазинов, очень распространены, особенно в холодном климате; поскольку интенсивность красноватого цвета такова, что он может проникать сквозь туман на значительные расстояния.

- Молярная масса

20,1797 г / моль.

- Атомный номер (Z)

10.

- точка плавления

-248,59 ° С.

- Точка кипения

-246,046 ° С.

- плотность

-При нормальных условиях: 0,9002 г / л.

-Из жидкости при температуре кипения: 1,207 г / мл.

- Плотность паров

0,6964 (относительно воздуха = 1). Другими словами, воздух в 1,4 раза плотнее неона. Тогда в воздух поднимется надутый неоном воздушный шар; хотя и не так быстро, как надуваемый гелием.

- Давление газа

0,9869 атм при 27 К (-246,15 ° C). Обратите внимание, что при такой низкой температуре неон уже оказывает давление, сопоставимое с атмосферным.

- Теплота плавления

0,335 кДж / моль.

- Теплота испарения

1,71 кДж / моль.

- Молярная теплоемкость

20,79 Дж / (моль · К).

- Энергии ионизации

-Первый: 2080,7 кДж / моль (Ne ⁺ газообразный).

-Второй: 3952,3 кДж / моль ( газ Ne ²⁺ ).

-Третий: 6122 кДж / моль ( газообразный Ne ³⁺ ).

Энергии ионизации неона особенно высоки. Это связано с трудностью удаления одного из его валентных электронов из его очень маленького атома (по сравнению с другими элементами того же периода).

- степень окисления

Единственное вероятное и теоретическое число или степень окисления для неона - 0; то есть в своих гипотетических соединениях он не приобретает и не теряет электроны, а скорее взаимодействует как нейтральный атом (Ne ⁰ ).

Это связано с его нулевой реакционной способностью как благородный газ, которая не позволяет ему получать электроны из-за отсутствия энергетически доступной орбитали; и его нельзя потерять, имея положительную степень окисления, из-за трудности преодоления эффективного ядерного заряда его десяти протонов.

- реактивность

Вышеупомянутое объясняет, почему благородный газ не очень реакционноспособен. Однако среди всех благородных газов и химических элементов неон является обладателем настоящей короны благородства; Он никоим образом и ни от кого не пропускает электроны и не может делиться своими, потому что его ядро ​​препятствует этому и, следовательно, не образует ковалентных связей.

Неон менее реактивен (более благороден), чем гелий, потому что, хотя его атомный радиус больше, эффективный ядерный заряд его десяти протонов превышает заряд двух протонов в ядре гелия.

По мере того, как человек спускается через группу 18, эта сила уменьшается, потому что атомный радиус значительно увеличивается; Вот почему другие благородные газы (особенно ксенон и криптон) могут образовывать соединения.

соединений

На сегодняшний день не известно ни одного стабильного соединения неона. Однако существование многоатомных катионов, таких как: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ и ⁺ , было подтверждено с помощью оптических и масс-спектрометрических исследований .

Точно так же можно упомянуть его соединения Ван-дер-Уоллса, в которых, хотя нет ковалентных связей (по крайней мере, формально), нековалентные взаимодействия позволяют им оставаться когезионными в строгих условиях.

Некоторыми такими соединениями Ван-дер-Уоллса для неона являются, например: Ne ₃ (тример), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (эндоэдральный комплекс фуллерена ), и т.д. Кроме того, следует отметить, что органические молекулы также могут «взаимодействовать» с этим газом в особых условиях.

Особенность всех этих соединений в том, что они нестабильны; более того, большинство из них возникают в очень сильном электрическом поле, когда газообразные атомы металлов возбуждаются вместе с неоном.

Даже с ковалентной (или ионной) связью некоторые химики не думают о них как о настоящих соединениях; и поэтому неон продолжает оставаться благородным и инертным элементом со всех «нормальных» сторон.

Структура и электронная конфигурация

Взаимодействие взаимодействия

Атом неона можно представить себе как почти компактную сферу из-за его небольшого размера и большого эффективного ядерного заряда его десяти электронов, восемь из которых имеют валентность, в соответствии с их электронной конфигурацией:

1с ² 2с ² 2п ⁶ или 2с ² 2п ⁶

Таким образом, атом Ne взаимодействует со своим окружением, используя свои 2s и 2p орбитали. Однако они полностью заполнены электронами, что соответствует известному октету валентности.

Он не может получить больше электронов, потому что орбиталь 3s энергетически недоступна; Кроме того, он не может их потерять из-за их малого атомного радиуса и «узкого» расстояния, отделяющего их от десяти протонов в ядре. Следовательно, этот атом или сфера Ne очень стабильны и не могут образовывать химические связи практически с любым элементом.

Именно эти атомы Ne определяют газовую фазу. Будучи очень маленьким, его электронное облако однородно и компактно, его трудно поляризовать и, следовательно, установить мгновенные дипольные моменты, которые индуцируют другие в соседних атомах; то есть силы рассеяния между атомами Ne очень малы.

Жидкость и стекло

Поэтому температура должна упасть до -246 ºC, чтобы неон мог перейти из газообразного состояния в жидкое.

При достижении этой температуры атомы Ne оказываются достаточно близко друг к другу, чтобы дисперсионные силы связывали их вместе в жидкости; что, хотя, по-видимому, он не так впечатляет, как квантовая жидкость жидкого гелия и его сверхтекучесть, его охлаждающая способность в 40 раз выше этой.

Это означает, что система охлаждения жидким неоном в 40 раз эффективнее системы охлаждения жидкого гелия; быстрее остывает и дольше сохраняет температуру.

Причина может быть связана с тем, что, даже если атомы Ne тяжелее, чем He, первые отделяются и рассеиваются легче (нагреваются), чем вторые; но их взаимодействия настолько слабы во время их столкновений или встреч, что они снова быстро замедляются (остывают).

По мере того, как температура падает еще больше, до -248 ° C, дисперсионные силы становятся более сильными и более направленными, теперь способными заставить атомы He кристаллизоваться в гранецентрированный кубический (ГЦК) кристалл. Этот кристалл с ГЦК-решеткой гелия стабилен при всех давлениях.

Где найти и получить

Сверхновые и ледяная среда

При образовании сверхновой неоновые струи рассеиваются, которые в конечном итоге составляют эти звездные облака и перемещаются в другие регионы Вселенной. Источник: Pxhere.

Неон - пятый по численности химический элемент во всей Вселенной. Из-за отсутствия реактивности, высокого давления пара и небольшой массы он улетучивается из атмосферы Земли (хотя и в меньшей степени, чем гелий) и мало растворяется в морях. Вот почему здесь, в земном воздухе, его концентрация едва достигает 18,2 ppm по объему.

Для увеличения указанной концентрации неона необходимо понизить температуру до значения, близкого к абсолютному нулю; условия возможны только в Космосе и, в меньшей степени, в ледяной атмосфере некоторых газовых гигантов, таких как Юпитер, на каменистой поверхности метеоритов или в экзосфере Луны.

Однако наибольшая его концентрация находится в новых или сверхновых, распределенных по всей Вселенной; а также в звездах, от которых они происходят, более объемных, чем наше Солнце, внутри которых атомы неона образуются в результате нуклеосинтеза между углеродом и кислородом.

Сжижение воздуха

Хотя его концентрация в нашем воздухе составляет всего 18,2 промилле, этого достаточно, чтобы получить несколько литров неона из любого домашнего помещения.

Таким образом, для его получения необходимо подвергнуть воздух сжижению, а затем провести криогенную фракционную перегонку. Таким образом, его атомы могут быть отделены от жидкой фазы, состоящей из жидкого кислорода и азота.

Изотопы

Самый стабильный изотоп неона - ²⁰ Ne с содержанием 90,48%. В нем также есть два других изотопа, которые также стабильны, но менее распространены: ²¹ Ne (0,27%) и ²² Ne (9,25%). Остальные - радиоизотопы, и на данный момент их известно пятнадцать ( ^15-19 Ne и ^23-32 Ne ).

риски

Неон - безвредный газ практически во всех возможных аспектах. Из-за своей нулевой химической реактивности он вообще не вмешивается ни в какие метаболические процессы, и, попадая в организм, он покидает его, не усваиваясь. Следовательно, он не оказывает немедленного фармакологического эффекта; хотя это было связано с возможными анестезирующими эффектами.

Вот почему, если есть утечка неона, это не тревожная тревога. Однако, если концентрация его атомов в воздухе очень высока, он может вытеснять молекулы кислорода, которым мы дышим, что в конечном итоге вызывает удушье и целый ряд симптомов, связанных с этим.

Однако жидкий неон может вызвать холодные ожоги при контакте, поэтому не рекомендуется прикасаться к нему напрямую. Кроме того, если давление в ваших контейнерах очень высокое, резкая трещина может стать взрывоопасной; не из-за наличия пламени, а из-за силы газа.

Неон также не представляет опасности для экосистемы. Кроме того, его концентрация в воздухе очень мала, и дышать им нетрудно. И самое главное: это негорючий газ. Поэтому он никогда не загорится, независимо от температуры.

Приложения

освещение

Как уже упоминалось, красные неоновые огни присутствуют в тысячах заведений. Причина в том, что требуется только низкое давление газа (~ 1/100 атм), чтобы он мог при электрическом разряде давать свой характерный свет, который также размещался в рекламе различного рода (реклама, знаки дорога и др.).

Трубки с неоновым наполнением могут быть сделаны из стекла или пластика и принимать всевозможные формы.

Электронная промышленность

Неон - очень важный газ в электронной промышленности. Применяется для изготовления люминесцентных и нагревательных ламп; приборы, регистрирующие излучение или высокое напряжение, телевизионные кинескопы, счетчики Гейзер и ионизационные камеры.

Лазеры

Вместе с гелием дуэт Ne-He может использоваться в лазерных устройствах, излучающих луч красноватого света.

Клатрат

Хотя это правда, что неон не может образовывать никаких соединений, было обнаружено, что под высоким давлением (~ 0,4 ГПа) его атомы захватываются льдом с образованием клатрата. В нем атомы Ne ограничены своего рода каналом, ограниченным молекулами воды, в котором они могут перемещаться по кристаллу.

Хотя в настоящее время у этого клатрата неона много потенциальных применений, в будущем он может стать альтернативой его хранению; или просто служить моделью для более глубокого понимания этих замороженных материалов. Возможно, на некоторых планетах неон застрял в ледяных массах.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Неон. База данных PubChem. CID = 23987. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom и HH Mooy. (1930). О кристаллической структуре неона. Физическая лаборатория в Лейдене.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Кристаллическая структура и динамика инкапсуляции неонового гидрата со структурой льда II. Труды Национальной академии наук 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Неон. Получено с: en.wikipedia.org
6. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (22 декабря 2018 г.). 10 фактов о неоне - химический элемент. Получено с: thinkco.com
7. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факты о неоновых элементах. Chemicool. Получено с: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Неоновые соединения. Получено с: en.wikipedia.org
9. Никола Макдугал. (2019). Элемент Неон: история, факты и использование. Учиться. Получено с: study.com
10. Джейн Э. Бойд и Джозеф Ракер. (9 августа 2012 г.). Пламя багрового света: история неона. Институт истории науки. Получено с: sciencehistory.org