НЕОН: ІСТОРІЯ, ВЛАСТИВОСТІ, СТРУКТУРА, РИЗИКИ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Неон є хімічний елемент , який представлений символом Ne. Це благородний газ, назва якого грецькою мовою означає нове, якість, яку він зміг підтримувати десятиліттями не лише завдяки іскрінні свого відкриття, а й тому, що прикрашав міста своїм світлом під час розвитку їх модернізації.

Ми всі колись чули про неонові світильники, які насправді відповідають не що інше, як червоно-оранжевий; якщо вони не змішуються з іншими газами або добавками. Сьогодні у них дивне повітря порівняно з останніми системами освітлення; проте неон - це набагато більше, ніж просто приголомшливий сучасний джерело світла.

Дракон виготовлений з трубок, наповнених неоновими та іншими газами, які, отримуючи електричний струм, іонізують та випромінюють характерні вогники та кольори. Джерело: AndrewKeenanRichardson.

Цей газ, що складається практично з байдужих один до одного атомів Ne, являє собою найбільш інертну і благородну речовину з усіх; Це найбільш інертний елемент періодичної таблиці, і в даний час формально досить стабільна сполука не відома. Це навіть більш інертно, ніж сам гелій, але також дорожче.

Висока вартість неону пов'язана з тим, що він видобувається не з надр, як це відбувається з гелієм, а зрідженням і кріогенною перегонкою повітря; навіть коли він присутній в атмосфері в достатній кількості, щоб отримати величезний об'єм неону.

Видобувати гелій із запасів природного газу простіше, ніж зріджувати повітря та видобувати з нього неон. Крім того, його достаток менший, ніж у гелію, як всередині, так і зовні Землі. У Всесвіті неон зустрічається в новій і надновій, а також у регіонах, досить заморожених, щоб запобігти його втечі.

У рідкому вигляді він є набагато ефективнішим холодоагентом, ніж рідкий гелій та водень. Так само це елемент, присутній в електронній галузі, що стосується лазерів та обладнання, що виявляють випромінювання.

Історія

Колиска аргону

Історія неону тісно пов'язана з історією решти газів, що складають повітря, та їх відкриттів. Англійський хімік сер Вільям Рамсей разом зі своїм наставником Джоном Вільямом Струттом (лорд Рейлі) у 1894 р. Вирішили вивчити склад повітря за допомогою хімічних реакцій.

За допомогою зразка повітря їм вдалося деоксигенатировать і денітрогенізувати, отримуючи та відкриваючи благородний газовий аргон. Його наукова пристрасть також привела його до відкриття гелію, після розчинення мінерального клейвіту в кислому середовищі та збору, що характеризує виділений газ.

У той час Рамсей підозрював, що між гелієм та аргоном є хімічний елемент, присвячений невдалим спробам знайти їх у зразках мінералів. Поки нарешті він не вважав, що аргон повинен бути «захованими» іншими газами, менш багатими в повітрі.

Таким чином, експерименти, що призвели до відкриття неону, почалися зі згущеного аргону.

Відкриття

У своїй роботі Рамсей за допомогою колеги Морріса В. Траверса розпочав із високоочищеного та зрідженого зразка аргону, який згодом зазнав свого роду кріогенної та дробової перегонки. Так, у 1898 р. І в Університетському коледжі Лондона обом англійським хімікам вдалося ідентифікувати та виділити три нові гази: неон, криптон та ксенон.

Перший з них був неоновим, який він проглянув, коли вони зібрали його у скляну трубку, де вони застосували електричний удар; його інтенсивне червоно-помаранчеве світло було навіть більш вражаючим, ніж кольори криптону та ксенону.

Саме таким чином Рамсей дав цьому газу назву «неоновий», що з грецької означає «новий»; з аргону з'явився новий елемент. Незабаром, у 1904 р. І завдяки цій праці, він і Траверс отримали Нобелівську премію з хімії.

Неонове світло

Рамсей тоді мало стосувався революційних застосувань неону, що стосується освітлення. У 1902 році інженер-електрик та винахідник Жорж Клод разом із Полом Делорме утворили компанію L'Air Liquide, яка займалася продажем скраплених газів у галузях промисловості і яка незабаром побачила світлий потенціал неону.

Клод, натхненний винаходами Томаса Едісона та Деніела Макфарлана Мура, побудував перші трубки, наповнені неоном, підписавши патент у 1910 р. Він продав свій товар практично в наступному приміщенні: неонові світильники зарезервовані для міст і пам'ятників, оскільки вони є дуже сліпуча і приваблива.

Відтоді решта історії неону аж до сьогодення йде рука об руку з появою нових технологій; а також потреба в кріогенних системах, які можуть використовувати його як охолоджуючу рідину.

Фізичні та хімічні властивості

- Зовнішній вигляд

Скляний флакон або флакон з неоном, збудженим електричним розрядом. Джерело: Зображення високої здатності хімічних елементів

Неон - безбарвний газ, без запаху, без смаку. Однак при застосуванні електричного розряду його атоми іонізуються або збуджуються, випромінюючи фотони енергії, які потрапляють у видимий спектр у вигляді червонувато-оранжевого спалаху (верхнє зображення).

Так неонові вогні червоні. Чим вищий тиск газу, тим вище необхідна електроенергія та отримане червонувате сяйво. Ці світильники, що висвітлюють алеї чи фасади магазинів, є дуже поширеними, особливо в холодному кліматі; оскільки інтенсивність червонуватого кольору така, що він може проникати через туман із значних відстаней.

- Молярна маса

20,1797 г / моль.

- атомне число (Z)

10.

- Температура плавлення

-248,59 ° С.

- Точка кипіння

-246.046 ° С.

- Щільність

-У нормальних умовах: 0,9002 г / л.

-З рідини, безпосередньо при температурі кипіння: 1,207 г / мл

- Густина пари

0,6964 (щодо повітря = 1). Іншими словами, повітря в 1,4 рази щільніше, ніж неонове. Тоді повітряна куля, надута неоном, підніметься у повітря; хоча менш швидко порівняно з одним надутим гелієм.

- Тиск пари

0,9869 атм при 27 К (-246,15 ° С). Зауважте, що при такій низькій температурі неон вже чинить тиск, порівнянне з атмосферним.

- Тепло синтезу

0,335 кДж / моль.

- Тепло випаровування

1,71 кДж / моль.

- Молярна теплоємність

20,79 Дж / (моль · К).

- енергії іонізації

-По-перше: 2080,7 кДж / моль (Ne ⁺ газоподібний).

-Друге: 3952,3 кДж / моль ( газ ²⁺ ).

-Трете: 6122 кДж / моль (Ne ³⁺ газоподібний).

Енергії іонізації неону особливо великі. Це пов’язано з труднощами видалення одного з валентних електронів з його дуже малого атома (порівняно з іншими елементами того ж періоду).

- окислювальне число

Єдине ймовірне та теоретичне число чи стан окислення для неону - 0; тобто в своїх гіпотетичних сполуках він не набирає і не втрачає електронів, а навпаки, взаємодіє як нейтральний атом (Ne ⁰ ).

Це пов’язано з його нульовою реакційною здатністю як благородного газу, який не дозволяє йому отримувати електрони через відсутність енергетично доступної орбіталі; і не можна її втратити, маючи позитивні окислювальні числа, через труднощі подолання ефективного ядерного заряду його десяти протонів.

- Реактивність

Вищезгадане пояснює, чому благородний газ не дуже реагує. Однак серед усіх благородних газів та хімічних елементів неон є власником справжньої корони благородства; Він не приймає електронів ні в якому разі, ні в кого, і він не може ділитися власним, оскільки його ядро ​​перешкоджає цьому, а отже, не утворює ковалентних зв'язків.

Неон менш реакційноздатний (більш благородний), ніж гелій, оскільки, хоча його атомний радіус більший, ефективний ядерний заряд його десяти протонів перевищує дію двох протонів у ядрі гелію.

Коли спускається через групу 18, ця сила зменшується, оскільки атомний радіус значно збільшується; І тому інші благородні гази (особливо ксенон та криптон) можуть утворювати сполуки.

Сполуки

На сьогоднішній день не відома віддалено стабільна сполука неону. Однак існування поліатомних катіонів, таких як: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ і ⁺ , було підтверджено за допомогою досліджень оптичної та масової спектрометрії .

Так само можна згадати про сполуки Ван-дер-Уоллса, в яких хоча і немає ковалентних зв'язків (принаймні формально), нековалентні взаємодії дозволяють їм залишатися згуртованими в жорстких умовах.

Деякі такі сполуки Ван-дер-Уоллса для неону, наприклад: Ne ₃ (тример), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (ендоедральний фуллереновий комплекс ) тощо. А також, слід зазначити, що органічні молекули також можуть «протирати плечі» цим газом у дуже особливих умовах.

Подробиця всіх цих сполук полягає в тому, що вони не стійкі; до того ж більшість походить із-за дуже сильного електричного поля, де газоподібні атоми металів збуджуються в компанії неону.

Навіть при ковалентному (або іонному) зв’язку деякі хіміки не намагаються сприймати їх як справжні сполуки; і тому неон продовжує залишатися благородною і інертною стихією, що спостерігається з усіх "нормальних" сторін.

Структура та електронна конфігурація

Взаємодія взаємодії

Неоновий атом можна візуалізувати як майже компактну сферу завдяки малому розміру та великому ефективному ядерному заряду з його десяти електронів, вісім з яких валентні, відповідно до їх електронної конфігурації:

1s ² 2s ² 2p ⁶ або 2s ² 2p ⁶

Таким чином, атом Ne взаємодіє зі своїм середовищем, використовуючи 2s і 2p орбіталі. Однак вони повністю заповнені електронами, відповідаючи відомому валентному октету.

Він не може отримати більше електронів, оскільки орбіталь 3s енергетично недоступна; Крім того, він не може їх втратити і через малий атомний радіус, і «вузька» відстань відокремлює їх від десяти протонів у ядрі. Тому цей атом або сфера Ne дуже стійкий, не здатний утворювати хімічні зв’язки практично з будь-яким елементом.

Саме ці атоми Ne визначають газову фазу. Будучи дуже маленьким, його електронна хмара є однорідною і компактною, важко поляризується і, отже, встановлює миттєві дипольні моменти, що індукують інших у сусідні атоми; тобто сили розсіювання між атомами Ne дуже слабкі.

Рідина і скло

Тому температура повинна знижуватися до -246 ºC, щоб неон міг переходити з газоподібного стану в рідину.

Опинившись при цій температурі, атоми Ne досить близькі, щоб сили розсіювання зв'язати їх разом із рідиною; що, мабуть, вона не настільки вражає, як квантова рідина рідкого гелію та його надлишок, але потужність охолодження в 40 разів перевищує цю.

Це означає, що рідка неонова система охолодження в 40 разів ефективніша, ніж рідка гелійна; охолоджується швидше і підтримує температуру довше.

Причина може бути пов'язана з тим, що навіть якщо атоми Ne важчі за нього, перші розділяються і розходяться легше (нагріваються), ніж другі; але їх взаємодія настільки слабка під час зіткнень чи зустрічей, що вони знову швидко сповільнюються (охолоджуються).

По мірі того, як температура ще більше падає до -248 ° C, сили дисперсії стають все сильнішими та більш спрямованими, тепер вони здатні замовити атоми He кристалізуватися в кубічний (фунтовий) кристал, орієнтований на обличчя. Цей кристал гексія FCC стабільний при будь-яких тисках.

Де знайти та отримати

Супернові та крижані середовища

Утворюючи наднову, розкидаються струмені неону, які закінчують складання цих зоряних хмар і подорожують до інших регіонів Всесвіту. Джерело: Pxhere.

Неон - п’ятий найпоширеніший хімічний елемент у всьому Всесвіті. Через недостатню реакційну здатність, високий тиск пари і легку масу він витікає з атмосфери Землі (хоча в меншій мірі, ніж гелій), і мало розчиняється в морях. Ось чому тут, у земному повітрі, він ледве має концентрацію 18,2 проміле.

Щоб згадана концентрація неону зросла, необхідно знизити температуру до сусідства абсолютного нуля; умови можливі лише в Космосі, і в меншій мірі, в крижаній атмосфері деяких газових гігантів, таких як Юпітер, на скелястих поверхнях метеоритів або в екзосфері Місяця.

Однак найбільша його концентрація полягає у новій чи надновій, поширеній у Всесвіті; а також у зірках, з яких вони походять, більш об'ємні, ніж наше сонце, усередині яких утворюються неонові атоми в результаті нуклеосинтезу між вуглецем і киснем.

Зрідження повітря

Хоча його концентрація в нашому повітрі становить лише 18,2 проміле, цього достатньо, щоб дістати кілька літрів неону з будь-якого будинку.

Таким чином, для його отримання необхідно піддавати зрідження повітря, а потім проводити кріогенну фракційну перегонку. Таким чином його атоми можна відокремити від рідкої фази, що складається з рідкого кисню та азоту.

Ізотопи

Найбільш стійкий неотоновий ізотоп - ²⁰ Ne, з достатністю 90,48%. Він також має два інших ізотопи, які також є стабільними, але менш рясними: ²¹ Ne (0,27%) та ²² Ne (9,25%). Решта - радіоізотопи, і наразі відомо ¹⁵ загальних ( ^15-19 Ne та ^23-32 Ne ).

Ризики

Неон - це нешкідливий газ майже з усіх можливих аспектів. Через свою нульову хімічну реакційну здатність він взагалі не втручається в жоден обмінний процес, і так само, як потрапляє в організм, він залишає його, не засвоюючи. Тому він не має негайного фармакологічного ефекту; хоча це було пов'язано з можливими анестезуючими ефектами.

Ось чому, якщо є неоновий витік, це не тривожна тривога. Однак, якщо концентрація його атомів у повітрі дуже висока, вона може витіснити молекули кисню, якими ми дихаємо, що в кінцевому підсумку викликає задуху і цілу низку симптомів, пов’язаних з цим.

Однак рідкий неон може викликати холодні опіки при контакті, тому не бажано чіпати його безпосередньо. Крім того, якщо тиск у ваших контейнерах дуже високий, різка тріщина може бути вибухонебезпечною; не наявністю полум’я, а силою газу.

Неон також не представляє небезпеки для екосистеми. Крім того, його концентрація в повітрі дуже низька, і немає проблеми з його диханням. І найголовніше: це не горючий газ. Тому він ніколи не згорить, незалежно від високої температури.

Програми

освітлення

Як уже згадувалося, червоні неонові вогні присутні у тисячах закладів. Причина полягає в тому, що низький тиск газу навряд чи потрібен (~ 1/100 атм), щоб він міг виробляти при електричному розряді своє характерне світло, який також розміщувався в рекламах різного типу (реклама, знаки дорога тощо).

Трубки, наповнені неоном, можуть виготовлятися зі скла або пластику і приймати всілякі форми або форми.

Електронна промисловість

Неон - це дуже важливий газ в електронній галузі. Застосовується для виготовлення люмінесцентних та нагрівальних ламп; пристрої, що виявляють випромінювання або високі напруги, телевізійні кінескопи, гейзерні лічильники та іонізаційні камери.

Лазери

Разом з гелієм, дует Ne-He можна використовувати для лазерних пристроїв, які випромінюють промінь червонуватого світла.

Клатрат

Хоча це правда, що неон не може утворювати будь-яких сполук, було виявлено, що під високим тиском (~ 0,4 ГПа) його атоми потрапляють у льод, утворюючи клатрат. У ньому атоми Ne приурочені до свого роду каналу, обмеженому молекулами води, і всередині якого вони можуть рухатися по кристалу.

Хоча на даний момент не так багато потенційних застосувань для цього неонового клатрату, це може в майбутньому стати альтернативою для його зберігання; або просто слугувати моделлю для поглиблення розуміння цих заморожених матеріалів. Можливо, на деяких планетах неон потрапляє у льодову масу.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання). Mc Graw Hill.
2. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Неон. PubChem База даних. CID = 23987. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Дж. Де Смедт, У. І. Кісом і Н. Х. Муй. (1930). Про кристалічну структуру Неона. Фізична лабораторія в Лейдені.
4. Сяохуй Ю. & кол. (2014). Кристалічна структура та динаміка інкапсуляції льоду II-структурованого неонового гідрату. Праці Національної академії наук 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Вікіпедія. (2019). Неон. Відновлено з: en.wikipedia.org
6. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (22 грудня 2018 р.). 10 неонових фактів - хімічний елемент. Відновлено з: thinkco.com
7. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факти неонових елементів. Хіміколь. Відновлено з: chemicool.com
8. Вікіпедія. (2019). Неонові сполуки. Відновлено з: en.wikipedia.org
9. Нікола Макдугал. (2019). Елемент Неон: історія, факти та використання. Вивчення. Відновлено з: study.com
10. Джейн Е. Бойд та Джозеф Рукер. (9 серпня 2012 р.). Повітря багряного світла: Історія Неона. Інститут історії науки. Відновлено: sciencehistory.org