НЕОН: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, РИСКОВЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В неона е химичен елемент, който се представя със символа Ne. Това е благороден газ, чието име на гръцки означава ново, качество, което е успяло да поддържа в продължение на десетилетия не само заради искрицата на своето откритие, но и защото украсява градовете със своята светлина, докато развиват модернизацията си.

Всички сме чували за неонови светлини, които всъщност съответстват на нищо повече от червено-оранжево; освен ако не са смесени с други газове или добавки. В наши дни те имат странен въздух в сравнение с последните осветителни системи; обаче, неонът е много повече от просто зашеметяващ модерен източник на светлина.

Дракон, изработен от тръби, пълни с неонови и други газове, които при получаване на електрически ток йонизират и излъчват характерни светлини и цветове. Източник: AndrewKeenanRichardson

Този газ, който се състои практически от атоми на Ne, безразлични един към друг, представлява най-инертното и благородно вещество от всички; Той е най-инертният елемент в периодичната таблица и понастоящем и формално достатъчно стабилно съединение не е известно. Той е дори по-инертен от самия хелий, но и по-скъп.

Високата цена на неона се дължи на факта, че той не се извлича от подпочвата, както се случва с хелия, а от втечняване и криогенна дестилация на въздуха; дори когато присъства в атмосферата в достатъчно изобилие, за да се получи огромен обем неон.

По-лесно е да се извлича хелий от запасите на природен газ, отколкото да се втечнява въздух и да се извлича неон от него. Освен това неговото изобилие е по-малко от това на хелия, както вътре, така и извън Земята. Във Вселената, неон се намира в novae и свръхнови, както и в райони, достатъчно замръзнали, за да не се измъкне.

В течната си форма той е много по-ефективен хладилен агент от течния хелий и водород. По същия начин, той е елемент, присъстващ в електронната индустрия по отношение на лазерите и оборудването, които засичат радиация.

история

Люлката на аргон

Историята на неона е тясно свързана с историята на останалите газове, които съставляват въздуха, и техните открития. Английският химик сър Уилям Рамзи, заедно с неговия ментор Джон Уилям Струт (лорд Рейли), решава през 1894 г. да проучи състава на въздуха чрез химични реакции.

Използвайки проба въздух, те успяха да го дезоксигенират и денитрогенизират, получавайки и откривайки благородния газов аргон. Научната му страст го доведе и до откриването на хелий, след разтварянето на минералния клевит в кисела среда и събирането, характеризиращо освободения газ.

Тогава Рамзи подозира, че между хелий и аргон има химически елемент, посвещавайки неуспешни опити за намирането им в минерални проби. Докато накрая той не смяташе, че аргонът трябва да бъде „скрит“ други газове, по-малко обилни във въздуха.

Така експериментите, довели до откриването на неона, започват с кондензиран аргон.

откритие

В работата си Рамзи, подпомаган от колегата си Морис У. Травърс, започва с високо пречистена и втечнена проба от аргон, която впоследствие подлага на един вид криогенна и фракционна дестилация. Така през 1898 г. и в University College London, двамата английски химици успяват да идентифицират и изолират три нови газове: неон, криптон и ксенон.

Първият от тях беше неонов, който той видя, когато го събраха в стъклена тръба, където нанесоха токов удар; силната му червено-оранжева светлина беше още по-поразителна от цветовете на криптона и ксенона.

По този начин Рамзи е дал на този газ името „неон“, което на гръцки означава „нов“; се появи нов елемент от аргон. Малко след това, през 1904 г. и благодарение на тази работа, той и Травърс получават Нобеловата награда за химия.

Неонови светлини

Тогава Рамзи нямаше нищо общо с революционните приложения на неона, що се отнася до осветлението. През 1902 г. електроинженерът и изобретателят Жорж Клод, заедно с Пол Делорме, създават компанията L'Air Liquide, посветена на продажбата на втечнени газове в индустрии и която скоро видя светещия потенциал на неона.

Клод, вдъхновен от изобретенията на Томас Едисън и Даниел Макфарлан Мур, построи първите тръби, пълни с неон, подписвайки патент през 1910 г. Той продаде продукта си практически при следната предпоставка: неонови светлини са запазени за градове и паметници, защото те са много ослепителна и привлекателна.

Оттогава останалата част от историята на неона до наши дни върви ръка за ръка с появата на нови технологии; както и необходимостта от криогенни системи, които могат да го използват като охлаждаща течност.

Физични и химични свойства

- Външен вид

Стъклен флакон или флакон с неон, възбуден от електрически разряд. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

Неон е безцветен газ без мирис. Въпреки това, когато се прилага електрически разряд, неговите атоми се йонизират или възбуждат, излъчвайки фотони енергия, които влизат във видимия спектър под формата на червеникаво-оранжева светкавица (горно изображение).

Значи неоновите светлини са червени. Колкото по-високо е налягането на газа, толкова по-високо е необходимото електричество и полученият червеникав блясък. Тези светлини, осветяващи алеите или фасадите на магазините, са много често срещани, особено в студен климат; тъй като червеникавият интензитет е такъв, че може да проникне в мъглата от значителни разстояния.

- Моларна маса

20.1797 g / mol.

- Атомно число (Z)

10.

- Точка на топене

-248,59 ° С.

- Точка на кипене

-246.046 ° С.

- Плътност

-При нормални условия: 0.9002 g / L

-От течността, точно в точката на кипене: 1.207 g / mL.

- Плътност на парата

0,6964 (спрямо въздуха = 1). С други думи, въздухът е 1,4 пъти по-плътен от неонов. Тогава балон, надут с неон, ще се издигне във въздуха; макар и по-малко бързо в сравнение с надут с хелий.

- Парно налягане

0,9869 атм при 27 К (-246,15 ° С). Обърнете внимание, че при такава ниска температура неон вече упражнява налягане, сравнимо с атмосферното.

- Топлина от синтез

0,335 kJ / mol.

- Топлина от изпаряване

1,71 kJ / mol.

- Моларен топлинен капацитет

20,79 J / (mol · K).

- йонизационни енергии

-Първо: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ газообразен).

-Второ: 3952,3 kJ / mol (газ ²⁺).

-Трето: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ газообразни).

Енергийните йонизационни енергии за неона са особено високи. Това се дължи на трудността да се отстрани един от валентните му електрони от много малкия му атом (в сравнение с другите елементи от същия период).

- номер на окисляване

Единственото вероятно и теоретично число или състояние на окисляване за неон е 0; тоест, в своите хипотетични съединения той не печели или губи електрони, а по-скоро взаимодейства като неутрален атом (Ne ⁰).

Това се дължи на неговата нулева реактивност като благороден газ, което не му позволява да натрупва електрони поради липсата на енергийно достъпна орбитала; и нито може да се загуби, ако има положителни окислителни числа, поради трудността да се преодолее ефективният ядрен заряд на десетте му протона.

- Реактивност

Горепосоченото обяснява защо благородният газ не е много реактивен. Въпреки това, сред всички благородни газове и химически елементи, неонът е собственик на истинската корона на благородството; Той не приема електрони по никакъв начин и от никого и не може да споделя собствените си, защото ядрото му го пречи и следователно не образува ковалентни връзки.

Неонът е по-малко реактивен (по-благороден) от хелия, защото, макар атомният му радиус да е по-голям, ефективният ядрен заряд от десетте му протона надвишава този на двата протона в хелиевото ядро.

При спускане през група 18 тази сила намалява, защото атомният радиус се увеличава значително; И затова другите благородни газове (особено ксенон и криптон) могат да образуват съединения.

Съединения

Към днешна дата не е известно отдалечено стабилно съединение на неона. Съществуването на полиатомни катиони като: ⁺, WNe ³⁺, RhNe ²⁺, MoNe ²⁺, ⁺ и ⁺ се проверява с помощта на оптични и мас-спектрометрични изследвания.

По същия начин могат да се споменат неговите съединения на Van der Walls, в които, въпреки че няма ковалентни връзки (поне формално), нековалентните взаимодействия им позволяват да останат сплотени при строги условия.

Някои такива съединения на Van der Walls за неон са например: Ne ₃ (тример), I ₂ Ne ₂, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂) ₆ Ne ₇, NeC ₂₀ H ₂₀ (ендоедрален фулеренов комплекс) и т.н. И също така трябва да се отбележи, че органичните молекули също могат да "търкат раменете" с този газ при много специални условия.

Детайлът на всички тези съединения е, че те не са стабилни; освен това повечето произлизат в средата на много силно електрическо поле, където газовите метални атоми се възбуждат в компанията на неони.

Дори с ковалентна (или йонна) връзка, някои химици не си правят труда да ги мислят за истински съединения; и следователно, неонът продължава да бъде благороден и инертен елемент, гледан от всички "нормални" страни.

Структура и електронна конфигурация

Взаимодействащи взаимодействия

Неоновият атом може да се визуализира като почти компактна сфера поради малкия си размер и големия ефективен ядрен заряд от десетте му електрона, осем от които са валентни, според тяхната електронна конфигурация:

1s ² 2s ² 2p ⁶ или 2s ² 2p ⁶

По този начин, атомът Ne взаимодейства със средата си, използвайки своите 2s и 2p орбитали. Те обаче са напълно изпълнени с електрони, съобразявайки се с известния валентен октет.

Не може да спечели повече електрони, тъй като орбиталата 3s не е енергийно достъпна; Освен това той не може да ги загуби и поради малкия си атомен радиус и „тесният“ разстояние ги разделя от десетте протона в ядрото. Следователно, този Ne атом или сфера е много стабилен, неспособен да образува химически връзки с практически всеки елемент.

Именно тези Ne атоми определят газовата фаза. Тъй като е много малък, електронният му облак е хомогенен и компактен, трудно се поляризира и, следователно, за установяване на моментални диполни моменти, които индуцират други в съседни атоми; силата на разсейване между Ne атомите е много слаба.

Течност и стъкло

Ето защо температурата трябва да спадне до -246 ºC, за да може неонът да премине от газообразно състояние в течност.

Веднъж при тази температура, атомите на Ne са достатъчно близки, за да могат дисперсионните сили да ги свържат в течност; че макар очевидно да не е толкова впечатляващ, колкото квантовата течност на течния хелий и неговата свръхтечност, той има мощност на охлаждане 40 пъти по-голяма от тази.

Това означава, че течна неонова система за охлаждане е 40 пъти по-ефективна от течна хелия; охлажда се по-бързо и поддържа температурата за по-дълго.

Причината може да се дължи на факта, че дори когато Ne атомите са по-тежки от Него, първите се разделят и разпръскват по-лесно (нагряват се), отколкото вторите; но взаимодействията им са толкова слаби по време на техните сблъсъци или срещи, че отново се забавят (охлаждат) бързо.

Тъй като температурата спада още повече, до -248 ° С, дисперсионните сили стават по-силни и по-насочени, сега са в състояние да наредят на He атоми да кристализират в лицево центриран кубичен (fcc) кристал. Този кристал на хелий fcc е стабилен при всички налягания.

Къде да намеря и получавам

Свръхнови и ледени среди

При образуването на свръхнова маса се разпръскват неонови струи, които в крайна сметка съставят тези звездни облаци и пътуват до други региони на Вселената. Източник: Pxhere.

Неон е петият най-изобилен химичен елемент в цялата Вселена. Поради липсата на реактивност, високо налягане на парата и лека маса, тя избягва от земната атмосфера (макар и в по-малка степен от хелия) и малко се разтваря в моретата. Ето защо тук, в земния въздух, той едва има концентрация от 18,2 ppm по обем.

За да се увеличи концентрацията на неона, е необходимо да се понижи температурата до съседство с абсолютна нула; условия са възможни само в Космоса и в по-малка степен в ледената атмосфера на някои газови гиганти като Юпитер, върху скалистите повърхности на метеоритите или в екзосферата на Луната.

Най-голямата му концентрация обаче се крие в новите или свръхновите, разпространени в цялата Вселена; както и в звездите, от които произхождат, по-обемни от нашето слънце, вътре в които се получават неонови атоми в резултат на нуклеосинтеза между въглерод и кислород.

Втечняване на въздух

Въпреки че концентрацията му е само 18,2 ppm във нашия въздух, достатъчно е да вземем няколко литра неон от всяко домашно пространство.

По този начин, за да се произведе, е необходимо въздухът да се подлага на втечняване и след това да се извърши криогенна фракционна дестилация. По този начин неговите атоми могат да бъдат отделени от течната фаза, съставена от течен кислород и азот.

Изотопи

Най-стабилният изотоп на Неон е ²⁰ Ne, с изобилие от 90,48%. Освен това има два други изотопа, които също са стабилни, но по-малко в изобилие: ²¹ Ne (0,27%) и ²² Ne (9,25%). Останалите са радиоизотопи, като в момента петнадесет от тях са известни общо (^15-19 Ne и ^23-32 Ne).

Рискове

Неонът е безвреден газ от почти всеки възможен аспект. Поради своята нулева химична реактивност, той изобщо не се намесва в никакъв метаболитен процес и точно като влезе в тялото, той го напуска, без да се асимилира. Следователно той няма незабавен фармакологичен ефект; въпреки че, той е свързан с възможни анестетични ефекти.

Ето защо, ако има неонова теч, това не е тревожна тревога. Ако обаче концентрацията на неговите атоми във въздуха е много висока, това може да измести кислородните молекули, които дишаме, което в крайна сметка причинява задушаване и цяла поредица от симптоми, свързани с него.

Течният неон обаче може да причини студено изгаряне при контакт, така че не е препоръчително да го докосвате директно. Освен това, ако налягането в контейнерите ви е много високо, рязката пукнатина може да бъде експлозивна; не от присъствието на пламъци, а от силата на газа.

Неонът също не представлява опасност за екосистемата. Освен това концентрацията му във въздуха е много ниска и няма проблем с дишането му. И най-важното: това не е запалим газ. Следователно, той никога няма да изгори, без значение колко високи са температурите.

Приложения

осветление

Както споменахме, червени неонови светлини присъстват в хиляди заведения. Причината е, че се изисква само ниско налягане на газ (~ 1/100 атм), за да може при електрически разряд да произвежда характерната си светлина, която също е поставена в реклами от различни видове (реклама, знаци на път и т.н.).

Неоновите пълни тръби могат да бъдат направени от стъкло или пластмаса и да приемат всякакви форми или форми.

Електронна индустрия

Неон е много важен газ в електронната индустрия. Използва се за производството на флуоресцентни и нагревателни лампи; устройства, които откриват радиация или високо напрежение, телевизионни кинескопи, гейзерни броячи и йонизационни камери.

Лазери

Заедно с хелия, дуетът Ne-He може да се използва за лазерни устройства, които излъчват лъч червеникава светлина.

клатрат

Въпреки че е вярно, че неон не може да образува никакви съединения, беше установено, че при високо налягане (~ 0,4 GPa) неговите атоми са хванати в леда, за да образуват клатрат. В него Ne атомите са ограничени до един вид канал, ограничен от водни молекули и вътре в който те могат да се движат по протежение на кристала.

Въпреки че в момента няма много потенциални приложения за този неонов клатрат, в бъдеще това може да бъде алтернатива за неговото съхранение; или просто да служи като модел за задълбочаване на разбирането на тези замразени материали. Може би на някои планети неон е хванат в капан в ледени маси.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание). Mc Graw Hill.
2. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Neon. PubChem база данни. CID = 23987. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom и HH Mooy. (1930). На кристалната структура на Неон. Физическа лаборатория в Лайден.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Кристална структура и динамика на капсулиране на лед II-структуриран неонов хидрат. Трудове на Националната академия на науките 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Възстановено от: en.wikipedia.org
6. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (22 декември 2018 г.). 10 неонови факти - химически елемент. Възстановено от: thinkco.com
7. Д-р Дъг Стюарт. (2019). Факти за неонови елементи. Chemicool. Възстановено от: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Неонови съединения. Възстановено от: en.wikipedia.org
9. Никола Макдугал. (2019). Елементът Неон: История, факти и приложения. Изследване. Възстановено от: study.com
10. Джейн Е. Бойд и Джоузеф Ръкър. (9 август 2012 г.). Пламък от пурпурна светлина: Историята на Неон. Научноисторически институт. Възстановено от: sciencehistory.org