Neon - Neon

Neon,  10 Ne
Neonowa rura wyładowcza.jpg
Neon
Wygląd zewnętrzny bezbarwny gaz, który po umieszczeniu w polu elektrycznym świeci pomarańczowo-czerwoną poświatą
Standardowa masa atomowa A r, std (Ne) 20.1797(6)
Neon w układzie okresowym
On

Ne

Ar
fluorneonsód
Liczba atomowa ( Z ) 10
Grupa grupa 18 (gazy szlachetne)
Okres okres 2
Blok   p-blok
Konfiguracja elektronów [ On ] 2s 2 2p 6
Elektrony na powłokę 2, 8
Właściwości fizyczne
Faza STP gaz
Temperatura topnienia 24,56  K (-248,59 ° C, -415,46 ° F)
Temperatura wrzenia 27,104 K (-246,046 ° C, -410,883 ° F)
Gęstość (w STP) 0,9002 g/l
gdy płynny (w  bp ) 1,207 g / cm 3
Potrójny punkt 24,556 K, 43,37 kPa
Punkt krytyczny 44,4918 K, 2,7686 MPa
Ciepło stapiania 0,335  kJ/mol
Ciepło parowania 1,71 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 20,79 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 12 13 15 18 21 27
Właściwości atomowe
Stany utleniania 0
Energie jonizacji
Promień kowalencyjny 58 po  południu
Promień Van der Waalsa 154 po południu
Kolorowe linie w zakresie spektralnym
Linie widmowe neonu
Inne właściwości
Naturalne występowanie pierwotny
Struktura krystaliczna płaskocentryczną sześcienny (FCC)
Wyśrodkowana na twarzy sześcienna struktura kryształu dla neonu
Prędkość dźwięku 435 m/s (gaz, przy 0 °C)
Przewodność cieplna 49,1 × 10 -3  W/(m⋅K)
Zamawianie magnetyczne diamagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna -6,74 × 10 -6  cm 3 /mol (298 K)
Moduł objętościowy 654 GPa
Numer CAS 7440-01-9
Historia
Prognoza William Ramsay (1897)
Odkrycie i pierwsza izolacja William Ramsay i Morris Travers (1898)
Główne izotopy neonu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
20 Ne 90,48% stabilny
21 Ne 0,27% stabilny
22 Ne 9,25% stabilny
Kategoria Kategoria: Neon
| Bibliografia

Neon to pierwiastek chemiczny o symbolu Ne i liczbie atomowej 10. Jest gazem szlachetnym . Neon jest bezbarwnym, bezwonnym, obojętnym gazem jednoatomowym w standardowych warunkach , o gęstości około dwóch trzecich powietrza. Został odkryty (wraz z kryptonem i ksenonem ) w 1898 roku jako jeden z trzech szczątkowych rzadkich pierwiastków obojętnych pozostających w suchym powietrzu, po usunięciu azotu , tlenu , argonu i dwutlenku węgla . Neon był drugim z trzech odkrytych rzadkich gazów i został natychmiast rozpoznany jako nowy pierwiastek w jego jaskrawoczerwonym widmie emisyjnym . Nazwa neon wywodzi się od greckiego słowa νέον , nijakiej formy liczby pojedynczej od νέος ( neos ), co oznacza nowy. Neon jest chemicznie obojętny i nie są znane żadne nienaładowane związki neonowe. Te związki neon znanych obecnie obejmują niejonowe, cząsteczki utrzymywane razem przez van der Waalsa i klatratów .

Podczas kosmicznej nukleogenezy pierwiastków powstają duże ilości neonu w wyniku procesu fuzji wychwytywania alfa w gwiazdach. Chociaż neon jest bardzo powszechnym pierwiastkiem we wszechświecie i Układzie Słonecznym (jest piąty w kosmicznej obfitości po wodorze , helu , tlenie i węglu ), na Ziemi jest rzadki. Składa się z około 18,2 ppm powietrza objętościowo (to mniej więcej tyle samo, co ułamek cząsteczkowy lub molowy) i mniejszą część skorupy ziemskiej. Powodem względnego niedoboru neonu na Ziemi i na wewnętrznych (ziemskich) planetach jest to, że neon jest wysoce niestabilny i nie tworzy żadnych związków, które wiązałyby go z ciałami stałymi. W rezultacie uciekł z planetozymali pod wpływem ciepła nowo zapalonego Słońca we wczesnym Układzie Słonecznym. Nawet zewnętrzna atmosfera Jowisza jest nieco uszczuplona w neonach, chociaż z innego powodu.

Neon daje wyraźny czerwonawo-pomarańczowy blask, gdy jest używany w niskonapięciowych neonowych lampach jarzeniowych , wysokonapięciowych lampach wyładowczych i neonowych znakach reklamowych . Czerwona linia emisyjna z neonu powoduje również dobrze znane czerwone światło laserów helowo-neonowych . Neon jest używany w niektórych zastosowaniach z lampami plazmowymi i czynnikami chłodniczymi, ale ma kilka innych zastosowań komercyjnych. Jest komercyjnie odprowadzane przez frakcyjną destylację z ciekłego powietrza . Ponieważ jedynym źródłem jest powietrze, jest znacznie droższe niż hel.

Historia

Neonowe lampy wyładowcze tworzące symbol neonu

Neon został odkryty w 1898 roku przez brytyjskich chemików Sir Williama Ramsaya (1852-1916) i Morrisa Traversa (1872-1961) w Londynie . Neon został odkryty, gdy Ramsay schładzał próbkę powietrza, aż stała się cieczą, a następnie ogrzał ciecz i wychwycił gazy, gdy się gotowały. Zidentyfikowano gazy azot , tlen i argon , ale pozostałe gazy wyizolowano mniej więcej w ich kolejności obfitości w okresie sześciu tygodni, począwszy od końca maja 1898 r. Najpierw zidentyfikowano krypton . Następny, po usunięciu kryptonu, był gazem, który przy wyładowaniu spektroskopowym dawał jaskrawe czerwone światło. Gaz ten, zidentyfikowany w czerwcu, został nazwany „neonowym”, greckim odpowiednikiem łacińskiego novum („nowego”) zaproponowanego przez syna Ramsaya. Natychmiast zauważono charakterystyczny jaskrawy czerwono-pomarańczowy kolor emitowany przez gazowy neon po wzbudzeniu elektrycznym. Travers napisał później: „płomień szkarłatnego światła z tuby opowiadał swoją własną historię i był widokiem, nad którym można się zatrzymać i którego nigdy nie można zapomnieć”.

Odnotowano również drugi gaz wraz z neonem, mający mniej więcej taką samą gęstość jak argon, ale o innym widmie – Ramsay i Travers nazwali go metargonem . Jednak późniejsza analiza spektroskopowa wykazała, że ​​jest to argon zanieczyszczony tlenkiem węgla . Wreszcie ten sam zespół odkrył ksenon w tym samym procesie we wrześniu 1898 roku.

Niedobór Neona uniemożliwił jego szybkie zastosowanie do oświetlenia na wzór rurek Moore'a , które wykorzystywały azot i które zostały skomercjalizowane na początku XX wieku. Po 1902 roku firma Air Liquide Georges'a Claude'a produkowała przemysłowe ilości neonu jako produkt uboczny jego działalności skraplania powietrza. W grudniu 1910 Claude zademonstrował nowoczesne oświetlenie neonowe oparte na zamkniętej tubie neonu. Claude przez krótki czas próbował sprzedać neony do oświetlenia domowego, ze względu na ich intensywność, ale rynek zawiódł, ponieważ właściciele domów sprzeciwili się kolorowi. W 1912 r. współpracownik Claude'a zaczął sprzedawać neonowe rury wyładowcze jako przyciągające wzrok znaki reklamowe i od razu odniósł większy sukces. Lampy neonowe zostały wprowadzone do Stanów Zjednoczonych w 1923 roku wraz z dwoma dużymi neonami zakupionymi przez salon samochodowy Los Angeles Packard. Blask i powabna czerwień sprawiły, że neonowa reklama zupełnie odbiegała od konkurencji. Intensywny kolor i żywiołowość neonu utożsamiały się z ówczesnym społeczeństwem amerykańskim, sugerując „stulecie postępu” i przekształcanie miast w sensacyjne nowe środowiska wypełnione promieniującymi reklamami i „elektrograficzną architekturą”.

Neon odegrał rolę w podstawowym zrozumieniu natury atomów w 1913 roku, kiedy JJ Thomson , w ramach swoich badań nad składem promieni kanałowych , skierował strumienie jonów neonowych przez pole magnetyczne i elektryczne oraz zmierzył ugięcie strumienie z płytą fotograficzną. Thomson zaobserwował dwie oddzielne plamy światła na kliszy fotograficznej (patrz zdjęcie), co sugerowało dwie różne parabole ugięcia. Thomson w końcu doszedł do wniosku, że niektóre atomy w gazie neonowym mają większą masę niż reszta. Chociaż nie jest rozumiane w czasie Thomson, to pierwsze odkrycie izotopów o stabilnych węgla. Urządzenie Thomsona było prymitywną wersją instrumentu, który obecnie nazywamy spektrometrem mas .

Izotopy

Pierwsze dowody na istnienie izotopów stabilnego pierwiastka dostarczyły w 1913 roku eksperymenty na plazmie neonowej. W prawym dolnym rogu płyty fotograficznej JJ Thomsona znajdują się oddzielne ślady uderzeń dla dwóch izotopów neon-20 i neon-22.

Neon jest drugim najlżejszym gazem obojętnym. Neon ma trzy stabilne izotopy : 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) i 22 Ne (9,25%). 21 Ne i 22 Ne są częściowo pierwotne, a częściowo nukleogenne (tj. powstają w reakcjach jądrowych innych nuklidów z neutronami lub innymi cząstkami w środowisku), a ich zmienność w naturalnej liczebności jest dobrze poznana. W przeciwieństwie do tego, 20 Ne (główny pierwotny izotop wytwarzany w gwiezdnej nukleosyntezie ) nie jest znany jako nukleogenny lub radiogenny . Przyczyny zmienności 20 Ne na Ziemi były zatem gorąco dyskutowane.

Główne reakcje jądrowe generujące nukleogenne izotopy neonu rozpoczynają się od 24 Mg i 25 Mg, które po wychwyceniu neutronów i natychmiastowej emisji cząstki alfa wytwarzają odpowiednio 21 Ne i 22 Ne . Te neutrony wytwarzające reakcji są głównie wytwarzana przez wtórne reakcje kruszenia się z alfa cząstek , co z kolei pochodzącego z uranu Serii łańcuchów rozpadu . Wynik netto daje trend w kierunku niższych stosunków 20 Ne/ 22 Ne i wyższych 21 Ne/ 22 Ne obserwowanych w skałach bogatych w uran, takich jak granity . 21 Ne może być również wytwarzany w reakcji nukleogennej, gdy 20 Ne absorbuje neutron z różnych naturalnych ziemskich źródeł neutronów.

Ponadto analiza izotopowa odsłoniętych skał lądowych wykazała kosmogeniczną (promieniowanie kosmiczne) produkcję 21 Ne. Izotop ten powstaje w wyniku reakcji spallacji magnezu , sodu , krzemu i glinu . Analizując wszystkie trzy izotopy, składnik kosmogeniczny można rozdzielić z neonu magmowego i neonu nukleogennego. Sugeruje to, że neon będzie użytecznym narzędziem do określania wieku ekspozycji kosmicznej skał powierzchniowych i meteorytów .

Podobnie jak w przypadku ksenonu , zawartość neonów obserwowana w próbkach gazów wulkanicznych jest wzbogacona o 20 Ne i nukleogenne 21 Ne w stosunku do 22 Ne. Zawartość izotopu neonu w tych próbkach pochodzących z płaszcza reprezentuje nie atmosferyczne źródło neonu. Do 20 Ne-wzbogacone elementy są przypisane do egzotycznych pierwotnych składników rzadkich gazów na Ziemi, ewentualnie reprezentującego neon słoneczną . Podwyższone liczebności 20 Ne znajdują się w diamentach , co dodatkowo wskazuje na rezerwuar solarno-neonowy na Ziemi.

Charakterystyka

Neon jest drugim po helu najlżejszym gazem szlachetnym . Świeci się na czerwono-pomarańczowo w próżniowej rurce wyładowczej . Ponadto neon ma najwęższy zakres cieczy ze wszystkich pierwiastków: od 24,55 do 27,05 K (-248,45 ° C do -245,95 ° C lub -415,21 ° F do -410,71 ° F). Ma ponad 40 razy większą wydajność chłodniczą (na jednostkę objętości) ciekłego helu i trzy razy większą niż ciekły wodór . W większości zastosowań jest tańszym czynnikiem chłodniczym niż hel.

Widmo neonu z liniami w ultrafiolecie (po lewej) i podczerwieni (po prawej) pokazano na biało

Plazma neonowa ma najintensywniejsze wyładowanie świetlne przy normalnych napięciach i prądach spośród wszystkich gazów szlachetnych. Przeciętny kolor tego światła dla ludzkiego oka jest czerwono-pomarańczowy ze względu na wiele linii w tym zakresie; zawiera również silną zieloną linię, która jest ukryta, chyba że komponenty wizualne są rozpraszane przez spektroskop.

W powszechnym użyciu są dwa zupełnie różne rodzaje oświetlenia neonowego . Lampy neonowe są na ogół małe, a większość z nich działa między 100 a 250 woltami . Były szeroko stosowane jako wskaźniki włączenia zasilania oraz w sprzęcie do testowania obwodów, ale diody elektroluminescencyjne (LED) obecnie dominują w tych zastosowaniach. Te proste urządzenia neonowe były prekursorami wyświetlaczy plazmowych i telewizorów plazmowych . Neony zwykle działają przy znacznie wyższych napięciach (2-15 kilowoltów ), a świetlówki mają zwykle metry długości. Szklane rurki są często formowane w kształty i litery do oznakowania, a także do zastosowań architektonicznych i artystycznych.

Występowanie

Neon w kwiaciarni Hamden, Connecticut

W gwiazdach powstają stabilne izotopy neonu. Najobficiej występującym izotopem Neon w 20 NE (90,48%), jest utworzony przez syntezę jądrową z węgla i węgla w procesie spalania węgla, z gwiaździstym nukleosyntezy . Wymaga to temperatur powyżej 500 megakelwinów , które występują w jądrach gwiazd o masie większej niż 8 mas Słońca.

Neon jest obfity na skalę uniwersalną; jest to piąty pod względem masy pierwiastek chemiczny we wszechświecie, po wodorze, helu, tlenie i węglu (patrz pierwiastek chemiczny ). Jego względna rzadkość na Ziemi, podobnie jak hel, wynika z jego względnej lekkości, wysokiego ciśnienia pary w bardzo niskich temperaturach i obojętności chemicznej, wszystkich właściwości, które zapobiegają uwięzieniu go w kondensujących chmurach gazu i pyłu, które utworzyły mniejsze i cieplejsze planety stałe, takie jak Ziemia. Neon jest jednoatomowy, co czyni go lżejszym niż molekuły dwuatomowego azotu i tlenu, które tworzą większość ziemskiej atmosfery; balon wypełniony neonem uniesie się w powietrzu, choć wolniej niż balon z helem.

Obfitość neonu we wszechświecie wynosi około 1 część na 750; w Słońcu i przypuszczalnie w mgławicy proto-układu słonecznego, około 1 część na 600. Sonda do wejścia w atmosferę sondy Galileo odkryła, że ​​nawet w górnej atmosferze Jowisza obfitość neonów jest zmniejszona (uszczuplona) około dziesięciokrotnie. , do poziomu 1 części na 6000 masowo. Może to wskazywać, że nawet planetozymale lodowe , które przeniosły neon do Jowisza z zewnętrznej części Układu Słonecznego, utworzyły się w obszarze zbyt ciepłym, aby zatrzymać składnik atmosfery neonu (obfitość cięższych gazów obojętnych na Jowiszu jest kilka razy większa niż w Słońce).

Neon stanowi 1 część na 55 000 w atmosferze ziemskiej , czyli 18,2 ppm objętości (to mniej więcej tyle samo, co cząsteczka lub ułamek molowy) lub 1 część na 79 000 powietrza masowo. Zawiera mniejszą frakcję w skorupie. Jest produkowany przemysłowo przez kriogeniczną destylację frakcyjną skroplonego powietrza.

W dniu 17 sierpnia 2015 roku, na podstawie badań z Atmosphere księżycowego pyłu i Środowisko Explorer (LADEE) statków kosmicznych, NASA naukowcy opisali wykrywanie neon w egzosfery z księżyca .

Chemia

Struktura krystaliczna hydratu klatratu Ne

Neon jest pierwszym p-blokowym gazem szlachetnym i pierwszym pierwiastkiem z prawdziwym oktetem elektronów. Jest obojętny : tak jak w przypadku jego lżejszego odpowiednika, helu , nie zidentyfikowano silnie związanych obojętnych cząsteczek zawierających neon . Te jony [Ne Ar ] + [Ne H ] + i [HeNe] + obserwowano z optycznie i spektrometrii masowej badań. Stały hydrat klatratu neonu wytworzono z lodu wodnego i gazu neonowego pod ciśnieniem 350–480 MPa i temperaturami około -30 °C. Atomy Ne nie są związane z wodą i mogą swobodnie poruszać się w tym materiale. Można je wyekstrahować umieszczając klatrat w komorze próżniowej na kilka dni, otrzymując lód XVI , najmniej gęstą krystaliczną postać wody.

Znana skala elektroujemności Paulinga opiera się na energiach wiązań chemicznych, ale takie wartości oczywiście nie zostały zmierzone dla obojętnego helu i neonu. Allen skala elektroujemności , które opiera się jedynie na (mierzalne) energii atomowe identyfikuje neon jako element najbardziej elektroujemnym, tuż za fluoru i helu.

Aplikacje

Neon jest często używany w znakach i wytwarza jasne, czerwono-pomarańczowe światło. Chociaż świetlówki o innych kolorach są często nazywane „neonowymi”, wykorzystują różne gazy szlachetne lub różne kolory oświetlenia fluorescencyjnego .

Neon jest stosowany w lampach próżniowych , wskaźnikach wysokiego napięcia, odgromnikach , lampach falomierza, lampach telewizyjnych i laserach helowo-neonowych . Skroplony neon jest komercyjnie stosowany jako kriogeniczny czynnik chłodniczy w zastosowaniach niewymagających niższego zakresu temperatur osiągalnego przy bardziej ekstremalnym chłodzeniu ciekłym helem.

Neon, jako ciecz lub gaz, jest stosunkowo drogi – przy małych ilościach cena ciekłego neonu może być ponad 55 razy wyższa od ceny ciekłego helu. Kosztem prowadzenia neonu jest rzadkość neonu, który w przeciwieństwie do helu można uzyskać tylko w ilościach użytkowych poprzez odfiltrowanie go z atmosfery.

Temperatura punktu potrójnego neonu (24,5561 K) jest wyznaczonym punktem stałym w Międzynarodowej Skali Temperatury z 1990 roku .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki