NEON: HISTORIA, OMINAISUUDET, RAKENNE, RISKIT, KÄYTÖT - KEMIA - 2025

Neon on alkuaine, joka on esitetty symbolilla Ne. Se on jalokaasu, jonka nimi kreikan kielellä tarkoittaa uutta, laatua, jonka se pystyi ylläpitämään vuosikymmenien ajan paitsi löytönsä kimppuun, vaan myös siksi, että se koristi kaupunkeja valollaan kehittäessään modernisointiaan.

Olemme kaikki kuulleet neonvaloista, jotka tosiasiallisesti vastaavat vain puna-oranssia; paitsi jos niitä sekoitetaan muiden kaasujen tai lisäaineiden kanssa. Nykyään heillä on outo ilma verrattuna viimeaikaisiin valaistusjärjestelmiin; Neon on kuitenkin paljon enemmän kuin vain upea moderni valonlähde.

Lohikäärme, joka on valmistettu putkista, jotka on täytetty neonilla ja muilla kaasuilla, jotka sähkövirran vastaanottaessa ionisoivat ja lähettävät ominaisia ​​valoja ja värejä. Lähde: AndrewKeenanRichardson.

Tämä kaasu, joka koostuu käytännössä Ne-atomeista, välinpitämättömät toistensa suhteen, edustaa inerttiä ja jalompaa ainetta kaikista; Se on kauden taulukon inertin elementti, ja tällä hetkellä ja muodollisesti riittävän stabiilia yhdistettä ei tunneta. Se on jopa inerttiä kuin helium itse, mutta myös kalliimpaa.

Neonin korkeat kustannukset johtuvat tosiasiasta, että sitä ei uuteta pohjakerroksesta, kuten tapahtuu heliumin kanssa, vaan ilman nesteyttämisestä ja kryogeenisestä tislauksesta; jopa silloin, kun sitä on ilmakehässä riittävästi tuottamaan valtavan määrän neonia.

Heliumia on helpompi erottaa maakaasuvarannoista kuin nesteyttää ilmaa ja poimia siitä neonia. Lisäksi sen runsaus on pienempi kuin heliumin, sekä maan sisällä että sen ulkopuolella. Universumissa neonia esiintyy novoissa ja supernoovissa sekä alueilla, jotka ovat riittävän jäätyneet estämään sen pakenemista.

Nestemäisessä muodossaan se on paljon tehokkaampi kylmäaine kuin nestemäinen helium ja vety. Samoin se on elektroniikkateollisuudessa läsnä oleva elementti lasereiden ja säteilyä havaitsevien laitteiden suhteen.

Historia

Argonin kehto

Neonin historia liittyy läheisesti muiden ilman muodostavien kaasujen historiaan ja niiden löytöihin. Englantilainen kemisti Sir William Ramsay yhdessä mentorinsa John William Strutt'in (Lord Rayleigh) kanssa päätti vuonna 1894 tutkia ilman koostumusta kemiallisten reaktioiden avulla.

Ilmanäytteen avulla he onnistuivat hapettamaan ja denitrogenoimaan sen hankkimalla ja löytämällä jalokaasun argonin. Hänen tieteellinen intohimonsa johti hänet myös heliumin löytämiseen, sen jälkeen kun mineraalikomveiitti oli liuotettu happamaan väliaineeseen ja kerätty karakterisoinut vapautunut kaasu.

Sitten Ramsay epäili, että heliumin ja argonin välissä oli kemiallinen elementti, joka osoitti epäonnistuneita yrityksiä löytää ne mineraalinäytteistä. Kunnes lopulta hän katsoi, että argonin tulisi olla ”piilotettu” muihin kaasuihin, jotka eivät ole niin runsaasti ilmassa.

Niinpä neonin löytämiseen johtaneet kokeet alkoivat kondensoidulla argonilla.

Löytö

Ramsay aloitti työssään kollegansa Morris W. Traversin avustamana erittäin puhdistetulla ja nesteytetyllä argonnäytteellä, jonka jälkeen hän suoritti eräänlaisen kryogeenisen ja fraktiotislauksen. Siksi vuonna 1898 ja Lontoon University Collegessa molemmat englantilaiset kemistit onnistuivat tunnistamaan ja eristämään kolme uutta kaasua: neon, krypton ja ksenoni.

Ensimmäinen heistä oli neon, jota hän vilkaisi, kun he keräsivät sen lasiputkeen, jossa he kohdistivat sähköiskun; sen voimakas puna-oranssi valo oli vielä silmiinpistävämpi kuin kryptonin ja ksenonin värit.

Juuri tällä tavalla Ramsay antoi tälle kaasulle nimen "neon", joka kreikkaksi tarkoittaa "uusi"; uusi elementti ilmestyi argonista. Pian sen jälkeen, vuonna 1904, hän ja Travers saivat tämän työn ansiosta Nobelin kemian palkinnon.

Neon-valot

Sitten Ramsaylla ei ollut juurikaan tekemistä neon vallankumouksellisten sovellusten kanssa valaistuksen suhteen. Vuonna 1902 sähköinsinööri ja keksijä Georges Claude yhdessä Paul Delormen kanssa perustivat L'Air Liquide -yrityksen, jonka tehtävänä oli myydä nesteytettyjä kaasuja teollisuudelle ja joka näki pian neonin valovoiman.

Claude, Thomas Edisonin ja Daniel McFarlan Mooren keksintöjen innoittamana, rakensi ensimmäiset neonilla täytetyt putket allekirjoittamalla patentin vuonna 1910. Hän myi tuotteensa käytännössä seuraavalla lähtökohdalla: neonvalot on varattu kaupungeille ja monumentteille, koska ne ovat erittäin häikäisevä ja houkutteleva.

Siitä lähtien loput neonhistoriasta nykypäivään kulkevat käsi kädessä uuden tekniikan ilmestymisen kanssa; samoin kuin tarve kryogeenisille järjestelmille, jotka voivat käyttää sitä jäähdytysnesteenä.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

- Ulkomuoto

Lasipullo tai neonipullo, joka innostuu sähköpurkauksesta. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä

Neon on väritön, hajuton, mauton kaasu. Kuitenkin, kun sähköpurkaus kohdistuu, sen atomit ionisoituvat tai virittyvät ja lähettävät energiafotoneja, jotka tulevat näkyvään spektriin punertavanoranssin salaman muodossa (yläkuva).

Joten neonvalot ovat punaisia. Mitä korkeampi kaasupaine, sitä korkeampi tarvittava sähkö ja saatu punertava hehku. Nämä valot, jotka valaisevat kujia tai kauppojen julkisivuja, ovat hyvin yleisiä, etenkin kylmässä ilmastossa; koska punertava voimakkuus on sellainen, että se voi tunkeutua sumuun huomattavilta etäisyyksiltä.

- Moolimassa

20,1797 g / mol.

- atominumero (Z)

10.

- Sulamispiste

-248,59 ° C.

- Kiehumispiste

-246,046 ° C.

- Tiheys

-Normaaleissa olosuhteissa: 0,9002 g / l.

-Nesteestä, vain kiehumispisteessä: 1,207 g / ml.

- Höyryn tiheys

0,6964 (suhteessa ilmaan = 1). Toisin sanoen, ilma on 1,4 kertaa tiheämpi kuin neon. Sitten neonilla täytetty ilmapallo nousee ilmaan; vaikkakin vähemmän nopeasti verrattuna heliumilla täytettyyn.

- Höyrynpaine

0,9869 atm lämpötilassa 27 K (-246,15 ° C). Huomaa, että niin alhaisessa lämpötilassa neoni aikaansaa jo ilmakehän paineeseen verrattavan paineen.

- Sulamislämpö

0,335 kJ / mol.

- Höyrystymislämpö

1,71 kJ / mol.

- Molaarinen lämpökapasiteetti

20,79 J / (mol-K).

- Ionisaatioenergiat

-Ensimmäinen: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ kaasumainen).

-Toinen: 3952,3 kJ / mol (Ne2 ⁺ -kaasu).

- Kolmas: 6122 kJ / mol (Ne ^{3 +} kaasumainen).

Neonin ionisaatioenergiat ovat erityisen korkeat. Tämä johtuu vaikeuksista poistaa yksi sen valenssielektroneista erittäin pienestä atomistaan ​​(verrattuna saman ajanjakson muihin elementteihin).

- hapetusluku

Ainoa todennäköinen ja teoreettinen luku tai hapetustila neonille on 0; toisin sanoen hypoteettisissa yhdisteissään se ei saa tai häviä elektroneja, vaan vuorovaikutuksessa neutraalina atomina (Ne ⁰).

Tämä johtuu sen tyhjästä reaktiivisuudesta jalokaasuna, joka ei salli sen saada elektronia energisesti saatavan kiertoradan puutteen takia; eikä sitä voida menettää positiivisilla hapetusluvuilla, koska sen kymmenen protonin tehokkaan ydinvarauksen voittaminen on vaikeaa.

- Reaktiivisuus

Edellä selitetään, miksi jalokaasu ei ole kovin reaktiivinen. Kaikista jalokaasuista ja kemiallisista elementeistä neon on kuitenkin aatelin todellisen kruunun omistaja; Se ei ota elektronia vastaan ​​millään tavalla tai keneltäkään, eikä se voi jakaa omia, koska sen ydin estää sitä eikä siksi muodosta kovalenttisia sidoksia.

Neon on vähemmän reaktiivinen (jalo) kuin helium, koska vaikka sen atomisäde on suurempi, sen kymmenen protonin efektiivinen ydinvaraus ylittää heliumin ytimen kahden protonin.

Yhden laskeutuessa ryhmän 18 läpi tämä voima pienenee, koska atomisäde kasvaa huomattavasti; Ja siksi muut jalokaasut (erityisesti ksenoni ja kryptoni) voivat muodostaa yhdisteitä.

Yhdisteet

Tähän päivään mennessä ei tunneta mitään kauko-ohjattavaa neonyhdistettä. Polyatomisten kationien, kuten: ⁺, WNe ³⁺, RhNe ²⁺, MoNe ²⁺, ⁺ ja ^{+, olemassaolo} on kuitenkin varmistettu optisilla ja massaspektrometriatutkimuksilla.

Samoin voidaan mainita sen Van der Walls -yhdisteet, joissa vaikka ei ole kovalenttisia sidoksia (ainakaan ei muodollisesti), ei-kovalenttiset vuorovaikutukset antavat niiden pysyä koheesioina tiukoissa olosuhteissa.

Joitakin sellaisia ​​Van der Walls -yhdisteitä neonille ovat esimerkiksi: Ne ₃ (trimeri), I ₂ Ne ₂, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂) ₆ Ne ₇, NeC ₂₀ H ₂₀ (endoedrinen fullereenikompleksi)), jne. Ja myös, on huomattava, että orgaaniset molekyylit voivat myös "hieroa hartioita" tällä kaasulla hyvin erityisissä olosuhteissa.

Kaikkien näiden yhdisteiden yksityiskohta on, että ne eivät ole stabiileja; Lisäksi suurin osa on peräisin erittäin voimakkaan sähkökentän keskeltä, jossa kaasumaiset metalliatomit kiihtyvät neonin seurassa.

Jopa kovalenttisella (tai ionisella) sidoksella, jotkut kemistit eivät vaivaudu ajattelemaan niitä todellisina yhdisteinä; ja siksi neoni on edelleen jalo ja inertti elementti nähtynä kaikista "normaaleista" puolista.

Rakenne ja elektroninen kokoonpano

Vuorovaikutukset

Neoniatomi voitaisiin visualisoida melkein pienikokoiseksi palloksi pienen koon vuoksi ja sen kymmenen elektronin, joista kahdeksan on valenssia, tehokkaan ydinvarauksen vuoksi:

1s ² 2s ² 2p ⁶ tai 2s ² 2p ⁶

Siten Ne-atomi on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa käyttämällä 2s: n ja 2p: n kiertoratojaan. Ne ovat kuitenkin täysin täynnä elektroneja, jotka täyttävät kuuluisan valenssin oktettin vaatimukset.

Se ei voi saada enemmän elektronia, koska 3s: n kiertorata ei ole energisesti saatavissa; Sitä paitsi, se ei voi menettää niitä myöskään pienen atomisäteensä vuoksi ja "kapea" etäisyys erottaa ne kymmenestä protonista ytimessä. Siksi tämä Ne-atomi tai pallo on erittäin vakaa, ei kykene muodostamaan kemiallisia sidoksia käytännöllisesti katsoen minkään alkuaineen kanssa.

Nämä Ne-atomit määrittelevät kaasufaasin. Koska se on hyvin pieni, sen elektroninen pilvi on homogeeninen ja kompakti, vaikea polarisoitua ja siksi luoda hetkellisiä dipolimomentoja, jotka indusoivat muita naapuriatomeissa; toisin sanoen sirontavoimat Ne-atomien välillä ovat erittäin heikot.

Neste ja lasi

Siksi lämpötilan on laskettava -246 ºC: seen, jotta neoni voi siirtyä kaasumaisesta tilasta nesteeksi.

Kun tässä lämpötilassa Ne-atomit ovat riittävän lähellä dispergointivoimien sitomiseksi ne yhteen nesteessä; että vaikka se ei ilmeisesti olekaan niin vaikuttavaa kuin nestemäisen heliumin kvantineste ja sen supernesteisyys, sen jäähdytysteho on 40 kertaa suurempi kuin tämä.

Tämä tarkoittaa, että nestemäinen neonijäähdytysjärjestelmä on 40 kertaa tehokkaampi kuin nestemäinen helium; jäähtyy nopeammin ja ylläpitää lämpötilaa pidempään.

Syynä voi olla se, että edes Ne-atomien ollessa raskaampia kuin Hän, entinen erottuu ja hajoaa helpommin (kuumenee) kuin jälkimmäinen; mutta heidän vuorovaikutuksensa ovat niin heikkoja törmäysten tai kohtaamisten aikana, että ne taas hidastuvat (jäähtyvät) nopeasti.

Kun lämpötila laskee entisestään -248 ° C: seen, dispersiovoimat muuttuvat vahvemmiksi ja suuntaisemmiksi, ja nyt ne voivat määrätä He-atomeita kiteytymään kasvojen keskittymäksi kuutiomeksi (fcc) kideksi. Tämä helium-fcc-kide on vakaa kaikissa paineissa.

Mistä löytää ja saada

Supernova ja jäinen ympäristö

Supernoovan muodostuessa neon-suihkut hajoavat, jotka lopulta yhdistävät nämä tähtipilvet ja matkustavat muihin maailmankaikkeuden alueisiin. Lähde: Pxhere.

Neon on viidenneksi runsain kemiallinen elementti koko maailmankaikkeudessa. Reaktiivisuuden puutteen, korkean höyrynpaineen ja kevyen massan takia se karkaa maan ilmakehästä (tosin vähäisemmässä määrin kuin helium) ja liukenee vähän mereen. Siksi täällä, maan ilmassa, on tuskin pitoisuus 18,2 ppm tilavuudesta.

Jotta mainittu neonin pitoisuus kasvaisi, on tarpeen alentaa lämpötila absoluuttisen nollan läheisyyteen; olosuhteet ovat mahdollisia vain kosmossa, ja vähemmässä määrin joidenkin kaasujäättimien, kuten Jupiterin, jäisessä ilmakehässä, meteoriittien kallioisilla pinnoilla tai Kuun ulkopuolella.

Sen suurin pitoisuus on kuitenkin novaissa tai supernoovissa, jotka jakautuvat koko maailmankaikkeuteen; samoin kuin tähdet, joista ne ovat lähtöisin, voimakkaampia kuin aurinko, jonka sisällä neoniatomeja syntyy hiilen ja hapen välisen nukleosynteesin seurauksena.

Ilman nesteyttäminen

Vaikka sen pitoisuus on vain 18,2 ppm ilmassa, se riittää muutaman litran neonin saamiseen mistä tahansa koditilasta.

Siksi sen tuottamiseksi on tarpeen nesteyttää ilma ja sitten suorittaa kryogeeninen jakotislaus. Tällä tavalla sen atomit voidaan erottaa nestemäisestä faasista, joka koostuu nestemäisestä hapesta ja typestä.

isotoopit

Neonin vakain isotooppi on ²⁰ Ne, ja sen määrä on 90,48%. Sillä on myös kaksi muuta isotooppia, jotka ovat myös stabiileja, mutta vähemmän runsas: ²¹ Ne (0,27%) ja ²² Ne (9,25%). Loput ovat radioisotooppeja, ja tällä hetkellä niistä tunnetaan viisitoista (^15-19 Ne ja ^23-32 Ne).

riskit

Neon on vaaraton kaasu melkein kaikista mahdollisista näkökohdista. Koska sillä ei ole kemiallista reaktiivisuutta, se ei puutu lainkaan mihinkään aineenvaihduntaprosessiin, ja juuri kun se saapuu kehoon, se jättää sen assimiloitumatta. Siksi sillä ei ole välitöntä farmakologista vaikutusta; vaikka siihen on liitetty mahdollisia anestesiavaikutuksia.

Siksi, jos neonvuoto on, se ei ole huolestuttava hälytys. Kuitenkin, jos sen atomien pitoisuus ilmassa on erittäin korkea, se voi syrjäyttää hengitettämme happimolekyylejä, mikä johtaa lopulta tukehtumiseen ja siihen liittyvään kokonaiseen joukkoon oireita.

Nestemäinen neon voi kuitenkin aiheuttaa kylmiä palovammoja kosketuksessa, joten sitä ei ole suositeltavaa koskettaa suoraan. Lisäksi, jos säiliöissä oleva paine on erittäin korkea, äkillinen halkeama voi olla räjähtävä; ei liekin läsnäollessa, vaan kaasun voimalla.

Neon ei myöskään ole vaara ekosysteemille. Lisäksi sen pitoisuus ilmassa on hyvin alhainen eikä sen hengittämisessä ole ongelmia. Ja mikä tärkeintä: se ei ole palavaa kaasua. Siksi se ei koskaan polta riippumatta siitä, kuinka korkeat lämpötilat ovat.

Sovellukset

valaistus

Kuten mainittiin, punaisia ​​neonvaloja on läsnä tuhansissa laitoksissa. Syynä on, että vaaditaan vain matala kaasunpaine (~ 1/100 atm), jotta se pystyy tuottamaan sähköpurkautuessa ominaisvalonsa, joka on myös sijoitettu erityyppisiin ilmoituksiin (mainonta, tie jne.).

Neonitäytteiset putket voivat olla lasia tai muovia, ja niillä voi olla kaikenlaisia ​​muotoja.

Elektroniikkateollisuus

Neon on erittäin tärkeä kaasu elektroniikkateollisuudessa. Sitä käytetään loistelamppujen ja lämmityslamppujen valmistukseen; laitteet, jotka havaitsevat säteilyn tai korkeat jännitteet, television kineskoopit, Geyser-laskurit ja ionisointikammiot.

laserit

Yhdessä heliumin kanssa Ne-He-duoa voidaan käyttää laserlaitteisiin, jotka heijastavat punertavan valonsäteen.

clathrate

Vaikka on totta, että neoni ei voi muodostaa mitään yhdisteitä, on havaittu, että korkeassa paineessa (~ 0,4 GPa) sen atomit ovat loukussa jäässä klatraatin muodostamiseksi. Siinä Ne-atomit rajoittuvat eräänlaiseen kanavaan, jota rajoittavat vesimolekyylit ja jonka sisällä ne voivat liikkua kidettä pitkin.

Vaikka tällä neonklaklaatilla ei tällä hetkellä ole monia potentiaalisia sovelluksia, se voisi tulevaisuudessa olla vaihtoehto sen varastoinnille; tai yksinkertaisesti, toimivat mallina syventääksesi ymmärrystä näistä jäädytetyistä materiaaleista. Ehkä joillakin planeetoilla neon on juuttunut jäämassoihin.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Neon. PubChem-tietokanta. CID = 23987. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom ja HH Mooy. (1930). Neonin kiderakenteessa. Fyysinen laboratorio Leidenissä.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Jää II-rakenteisen neonhydraatin kiderakenne ja kapselointidynamiikka. Kansallisen tiedeakatemian julkaisut 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, tohtori Anne Marie (22. joulukuuta 2018). 10 neon tosiasiat - kemiallinen elementti. Palautettu osoitteesta: gondo.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Neon-elementti. Chemicool. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Neonyhdisteet. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Element Neon: Historia, tosiasiat ja käyttötavat. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
10. Jane E. Boyd ja Joseph Rucker. (9. elokuuta 2012). Crimson Lightin syke: Neonin tarina. Tiedehistorian instituutti. Palautettu osoitteesta: sciencehistory.org