NEON: ELŐZMÉNYEK, TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET, KOCKÁZATOK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2025

A neon egy kémiai elem, amelyet a Ne szimbólum képvisel. Nemes gáz, amelynek neve görögül új, olyan minőséget jelent, amelyet évtizedek óta képes fenntartani nemcsak felfedezésének szikrája miatt, hanem azért is, mert modernizációja során fényeivel díszítette a városokat.

Mindannyian hallottunk a neonfényekről, amelyek valójában nem más, mint a vörös-narancs; kivéve, ha más gázokkal vagy adalékanyagokkal keverik őket. Manapság furcsa levegő van a legújabb világítási rendszerekhez képest; a neon azonban sokkal több, mint csupán egy lenyűgöző modern fényforrás.

Neonnal és más gázokkal töltött csövekből készült sárkány, amelyek elektromos áram befogadásakor jellegzetes fényeket és színeket ionizálnak és bocsátanak ki. Forrás: AndrewKeenanRichardson.

Ez a gáz, amely gyakorlatilag Ne atomokból áll, egymással közömbös, a közönséges és legnemesebb anyagot képviseli; Ez a periódikus táblázat leginkább közömbös eleme, és jelenleg és formálisan nem elég stabil vegyület. Még inertebb, mint maga a hélium, de drágább is.

A neon magas költsége annak a ténynek köszönhető, hogy azt nem az altalajból, például a héliumhoz viszonyítva, hanem a levegő cseppfolyósításából és kriogén desztillációjából nyerik ki; még akkor is, ha elegendő mennyiségben van jelen a légkörben, hogy hatalmas mennyiségű neont hozzon létre.

A hélium könnyebb kinyerni a földgázkészletekből, mint a levegő cseppfolyósításához és a neon kinyeréséhez. Ráadásul kevésbé bőséges, mint a héliumon, mind a Földön, mind azon kívül. Az univerzumban a neon megtalálható a novában és a szupernóvában, valamint olyan régiókban, amelyek elég fagyosak ahhoz, hogy megakadályozzák a szökést.

Folyékony formájában sokkal hatékonyabb hűtőközeg, mint a folyékony hélium és a hidrogén. Hasonlóképpen, ez egy elem az elektronikai iparban a lézerek és a sugárzást érzékelő berendezések tekintetében.

Történelem

Az argon bölcsője

A neon története szorosan kapcsolódik a levegőt alkotó többi gáz történetéhez és felfedezéseikhez. Az angol kémikus, Sir William Ramsay, mentorával, John William Strutt-tal (Lord Rayleigh) együtt 1894-ben úgy döntött, hogy kémiai reakciók révén megvizsgálja a levegő összetételét.

A levegőminta felhasználásával sikerült deoxigenizálni és denitrogenizálni, megszerezve és felfedezve a nemesgáz-argot. Tudományos szenvedélye szintén a hélium felfedezéséhez vezetett, miután az ásványi Cleveitet savas közegben feloldotta és összegyűjtötte a felszabaduló gázt.

Ezután Ramsay azt gyanította, hogy a hélium és az argon között kémiai elem található, és sikertelen kísérleteket szentelt az ásványi mintákban. Végül úgy gondolta, hogy az argonnak el kell rejtenie a levegőben kevésbé bőséges gázokat.

Így a neon felfedezéséhez vezető kísérletek kondenzált argonnal kezdődtek.

Felfedezés

Munkájában Ramsay, kollégája, Morris W. Travers segítségével, egy erősen tisztított és cseppfolyósított argonmintával kezdte, amelyet később valamilyen kriogén és frakcionált desztillációnak vetett alá. Így 1898-ban és a londoni University College-ban mindkét angol kémikus sikerült azonosítani és elkülöníteni három új gázt: neon, kripton és xenon.

Az elsõ neon volt, melyre pillantott, amikor egy üvegcsõbe gyűjtötték, ahol áramütést alkalmaztak; intenzív vörös-narancs fénye még ragyogóbb volt, mint a kripton és a xenon színei.

Ilyen módon adta Ramsay erre a gázra neonnevet, amely görögül azt jelenti: új; új elem jelent meg az argonból. Nem sokkal azután, 1904-ben, és ennek a munkának köszönhetően, Travers-szel megkapta a kémiai Nobel-díjat.

Neonfények

Ramsay-nak akkor kevés köze volt a neon forradalmian új alkalmazásaihoz, a világítás szempontjából. 1902-ben Georges Claude, az elektromos mérnök és a feltaláló, Paul Delorme-kel együtt megalapította a L'Air Liquide társaságot, amelynek feladata cseppfolyósított gázok eladása az ipar számára, és amely hamarosan látta a neon fénypotenciálját.

Claude, Thomas Edison és Daniel McFarlan Moore találmányainak ihletésével, elkészítette az első neonnal töltött csöveket, és 1910-ben egy szabadalmat írt alá. Termékét gyakorlatilag az alábbi előfeltétel szerint értékesítette: a neonfényeket a városok és műemlékek számára fenntartják, mert ők nagyon káprázatos és vonzó.

Azóta a neon története fennmaradó része a mai napig együtt jár az új technológiák megjelenésével; valamint szükség van olyan kriogén rendszerekre, amelyek hűtőfolyadékként használhatják.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

- Megjelenés

Üveg vagy neon injekciós üveg, elektromos kisülés hatására. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei

A neon színtelen, szagtalan, íztelen gáz. Elektromos kisülés alkalmazása esetén az atomjai ionizálódnak vagy gerjesztik, és olyan fotonokat bocsátanak ki, amelyek vöröses-narancssárga vaku formájában lépnek be a látható spektrumba (felső kép).

Tehát a neonfények pirosak. Minél nagyobb a gáznyomás, annál nagyobb az igény a villamos energiára és a vöröses ragyogásra. Ezek az utcákat vagy az üzletek homlokzatait megvilágító lámpák nagyon gyakoriak, különösen hideg éghajlaton; mivel a vöröses intenzitás olyan nagy, hogy jelentős távolságon át képes behatolni a ködbe.

- moláris tömeg

20,1797 g / mol.

- atomszám (Z)

10.

- Olvadáspont

-248,59 ° C.

- Forráspont

-246,046 ° C.

- Sűrűség

- Normál körülmények között: 0,9002 g / L.

-A folyadéktól, csak forráspontnál: 1,207 g / ml.

- Gőzsűrűség

0,6964 (levegőhöz viszonyítva = 1). Más szavakkal: a levegő 1,4-szer sűrűbb, mint a neoné. Akkor neonnal felfújt léggömb emelkedik a levegőbe; bár kevésbé gyors, mint egy héliummal felfújt.

- Gőznyomás

0,9869 atm, 27 K (-246,15 ° C). Vegye figyelembe, hogy ilyen alacsony hőmérsékleten a neon már a légköri nyomáshoz hasonló nyomást gyakorol.

- A fúziós hő

0,335 kJ / mol.

- A párolgás hője

1,71 kJ / mol.

- moláris hőkapacitás

20,79 J / (mol · K).

- Ionizációs energiák

-Első: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ gáznemű).

-Második: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ gáz).

- Harmadik: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ gáznemű).

A neon ionizációs energiája különösen magas. Ennek oka az, hogy nehéz egy valencia elektronát eltávolítani nagyon kicsi atomjáról (összehasonlítva ugyanazon időszak többi elemével).

- oxidációs szám

Az egyetlen valószínű és elméleti szám vagy oxidációs állapot a neon esetében 0; vagyis hipotetikus vegyületeiben nem nyer vagy veszít elektronokat, hanem semleges atomként hat (Ne ⁰).

Ennek oka nemesgázként mutatott nulla reakcióképessége, amely nem teszi lehetővé elektronok elnyerését az energetikailag rendelkezésre álló pálya hiánya miatt; és sem elveszíthető pozitív oxidációs számmal, mivel tíz protonjának tényleges nukleáris töltését nehéz legyőzni.

- Reaktivitás

A fentiek magyarázza, hogy a nemesgáz miért nem túl reakcióképes. Azonban a nemesgázok és a kémiai elemek között a neon a nemesség valódi koronájának tulajdonosa; semmilyen módon, vagy senkinek nem ismeri fel az elektronokat, és nem oszthatja meg a sajátját, mert a magja megakadályozza, és ezért nem képez kovalens kötéseket.

A neon kevésbé reaktív (nemesebb), mint a hélium, mert bár atomi sugara nagyobb, tíz protonjának tényleges nukleáris töltése meghaladja a héliummag két protonját.

Amint az egyik a 18. csoporton keresztül süllyed, ez az erő csökken, mivel az atomi sugár jelentősen növekszik; És ezért képesek a többi nemesgáz (különösen a xenon és a kripton) vegyületeket képezni.

vegyületek

A mai napig nem ismert távoli stabil neonvegyület. Azonban a többszörös anatómiai kationok létezését, mint például: ⁺, WNe ³⁺, RhNe ²⁺, MoNe ²⁺, ⁺ és ⁺, optikai és tömegspektrometriás vizsgálatokkal igazoltam.

Hasonlóképpen lehet megemlíteni a Van der Walls vegyületeit, amelyekben bár nincs kovalens kötés (legalábbis formálisan nem), a nem-kovalens kölcsönhatások lehetővé teszik, hogy szigorú körülmények között koherens maradjanak.

Néhány ilyen neonhoz tartozó Van der Walls vegyület például: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂) ₆ Ne ₇, NeC ₂₀ H ₂₀ (endoéderes fullerén komplex)) stb. És azt is meg kell jegyezni, hogy a szerves molekulák "dörzsölik a vállát" ezzel a gázzal is nagyon különleges körülmények között.

Ezen vegyületek részlete az, hogy nem stabilak; ráadásul a legtöbbjük egy nagyon erős elektromos mező közepéből származik, ahol a gáznemű fématomok a neon társaságában gerjesztik.

Néhány kémikus még kovalens (vagy ionos) kötés mellett sem zavarja, hogy valódi vegyületekként gondoljon rájuk; ezért a neon továbbra is nemes és közömbös elem az összes "normál" oldalról nézve.

Felépítés és elektronikus konfiguráció

Interakció kölcsönhatások

A neonatomot szinte kompakt gömbként lehet ábrázolni kis mérete miatt, és tíz elektronának, amelyek nyolc vegyértékük elektronikai konfigurációja szerint nagy hatékonyságú nukleáris töltésével rendelkezik:

1s ² 2s ² 2p ⁶ vagy 2s ² 2p ⁶

Így a Ne atom kölcsönhatásba lép a környezetével a 2s és 2p pályáin. Azonban teljesen tele vannak elektronokkal, megfelelnek a híres valencia oktettnek.

Nem tud több elektronot szerezni, mivel a 3s-os keringő nem energiánként elérhető; Ráadásul kis atom sugara miatt sem veszítheti el őket, és a "keskeny" távolság elválasztja őket a atommag tíz protonjától. Ezért ez a Ne atom vagy gömb nagyon stabil, képtelen kémiai kötéseket képezni szinte bármilyen elemmel.

Ezek a Ne atomok határozzák meg a gázfázist. Nagyon kicsi, elektronikus felhője homogén és kompakt, nehezen polarizálódó, és ezért azonnali dipólus pillanatokat hoz létre, amelyek másokat indukálnak a szomszédos atomokban; azaz a Ne atomok közötti szórási erők nagyon gyengék.

Folyadék és üveg

Ezért kell a hőmérsékletet -246 ºC-ra csökkenni, hogy a neon gáznemű állapotból folyadékká váljon.

Ezen a hőmérsékleten a Ne atomok elég közel állnak ahhoz, hogy a diszperziós erők összekapcsolják őket folyadékban; hogy bár nyilvánvalóan nem olyan lenyűgöző, mint a folyékony hélium kvantumfolyadéka és annak superfluiditása, ennek 40-szer nagyobb hűtőteljesítménye van.

Ez azt jelenti, hogy a folyékony neon hűtőrendszer 40-szer hatékonyabb, mint a folyékony hélium; gyorsabban lehűl és hosszabb ideig fenntartja a hőmérsékletet.

Ennek oka az lehet, hogy még ha a Ne atomok is nehezebbek, mint az ő, az előbbiek könnyebben elkülönülnek és szétszóródnak (felmelegszik), mint az utóbbiak; de kölcsönhatásuk olyan gyenge az ütközések vagy találkozók során, hogy ismét lelassulnak (lehűlnek).

A hőmérséklet tovább csökkenésekor -248 ° C-ra a diszperziós erõk erõsebbé válnak és egyirányúbbá válnak, és most már képes arra, hogy a He-atomok kristályosodjanak arc-központú köbös (fcc) kristályokká. Ez a hélium-fcc kristály minden nyomáson stabil.

Hol található és szerezhető be

Szupernóva és jeges környezet

A szupernóva kialakulásakor a neon fúvókák szétszóródnak, amelyek végül összeállítják ezeket a csillagfelhőket és az Univerzum más területeire utaznak. Forrás: Pxhere.

A neon az egész világegyetem ötödik leggazdagabb kémiai elem. Reakcióképességének hiánya, magas gőznyomás és könnyű tömeg miatt kilép a Föld légköréből (bár kevésbé, mint a héliumnál), és kevés oldódik a tengerben. Ezért van itt a Föld levegőjében alig 18,2 ppm koncentráció.

Ahhoz, hogy a neon koncentrációja növekedjen, a hőmérsékletet az abszolút nulla szomszédságra kell csökkenteni; A körülmények csak a Kozmoszban és kisebb mértékben bizonyos gázipari óriások, például Jupiter jeges légkörében, a meteoritok sziklás felületein vagy a Hold exoszférájában jeges légkörben válnak lehetővé.

Legfőbb koncentrációja azonban az egész világegyetemben elosztott novákban vagy szupernóvákban rejlik; valamint azokban a csillagokban, ahonnan származnak, nagyobb térfogatúak, mint a napunk, amelyekben neon atomok képződnek a szén és az oxigén közötti nukleoszintézis eredményeként.

Levegő cseppfolyósítás

Noha koncentrációja csak 18,2 ppm a levegőnkben, elegendő néhány liter neon eljuttatásához minden otthoni helyről.

Tehát előállításához a levegőt cseppfolyósításnak kell alávetni, majd kriogén frakcionált desztillációt kell végezni. Ilyen módon atomjai elválaszthatók a folyékony fázistól, amely folyékony oxigént és nitrogént tartalmaz.

Izotóp

A Neon legstabilabb izotópja ²⁰ Ne, 90,48% -os bőséggel. Két további izotópja is van, amelyek szintén stabilak, de kevésbé elõfordulnak: ²¹ Ne (0,27%) és ²² Ne (9,25%). A többi radioizotóp, jelenleg tizenöt összesen ismert (^15-19 Ne és ^23-32 Ne).

kockázatok

A neon szinte minden lehetséges szempontból ártalmatlan gáz. Nulla kémiai reakcióképessége miatt egyáltalán nem beavatkozik semmilyen anyagcserébe, és ahogy belép a testbe, asszimiláció nélkül hagyja el. Ezért nincs közvetlen farmakológiai hatása; bár lehetséges anesztéziás hatásokkal összefüggésben álltak.

Ezért, ha neonszivárgás történik, ez nem jelent aggasztó figyelmeztetést. Ha azonban atomjaik koncentrációja a levegőben nagyon magas, akkor kiszoríthatja azokat az oxigénmolekulákat, amelyeket belélegzünk, ami fulladást és a velük kapcsolatos tünetek egész sorát okozza.

A folyékony neon azonban hideg égési sérüléseket okozhat az érintkezéskor, ezért nem tanácsos közvetlenül megérinteni. Továbbá, ha a tartályokban a nyomás nagyon magas, a hirtelen repedés robbanásveszélyes lehet; nem lángok jelenléte, hanem a gáz erő hatására.

A neon sem jelent veszélyt az ökoszisztémára. Ráadásul a levegőben való koncentrációja nagyon alacsony, és nincs probléma a légzéssel. És ami a legfontosabb: ez nem gyúlékony gáz. Ezért soha nem ég, függetlenül attól, hogy milyen magas a hőmérséklet.

Alkalmazások

megvilágítás

Mint már említettük, a vörös neonfények több ezer létesítményben vannak jelen. Ennek oka az, hogy csak alacsony gáznyomásra van szükség (~ 1/100 atm), hogy elektromos kisüléskor képes a jellemző fényét előállítani, amelyet különféle hirdetésekben (reklám, út stb.).

A neon töltésű csövek üvegből vagy műanyagból készülhetnek, és bármilyen alakú lehet.

Elektronikus ipar

A neon nagyon fontos gáz az elektronikai iparban. Fénycsövek és fűtő lámpák gyártására használják; sugárzást vagy magas feszültséget érzékelő készülékek, televíziós kineszkópok, gejzír számlálók és ionizációs kamrák.

lézerek

A héliummal együtt a Ne-He duó felhasználható lézeres eszközökhöz, amelyek vöröses fénysugarat sugároznak.

klatrát

Noha igaz, hogy a neon nem képez semmilyen vegyületet, de azt találták, hogy nagy nyomáson (~ 0,4 GPa) atomjai csapdába esnek a jégben, és klatrátot képeznek. Ebben a Ne atomok egy olyan csatornára korlátozódnak, amelyet a vízmolekulák korlátoznak, és amelyen belül mozoghatnak a kristály mentén.

Noha jelenleg nincs sok lehetséges alkalmazás erre a neonklatrátra, a jövőben alternatíva lehet annak tárolására; vagy egyszerűen modellként szolgálnak e fagyasztott anyagok megértésének elmélyítésére. Lehet, hogy néhány bolygón a neon csapdába esett a jégtömegben.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2019). Neon. PubChem adatbázis. CID = 23987. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom és HH Mooy. (1930). A Neon kristályszerkezetén. Leiden fizikai laboratórium.
4. Xiaohui Yu és col. (2014). A jég II-szerkezetű neonhidrát kristályszerkezete és kapszulázási dinamikája. A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Helyreállítva: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. december 22.). 10 neon tény - kémiai elem. Helyreállítva: gondolat.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Neon elem tények. Chemicool. Helyreállítva: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Neonvegyületek. Helyreállítva: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Az elem neon: történelem, tények és felhasználások. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
10. Jane E. Boyd és Joseph Rucker. (2012. augusztus 9.). A vörös fény lángja: A neon története. Tudománytörténeti Intézet. Helyreállítva: sciencehistory.org