NEON: POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, RIZICI, KORISTI - KEMIJA - 2026

Neon je kemijski element koji je predstavljen simbolom NE. To je plemeniti plin čije ime na grčkom znači novo, kakvoću koju je uspio održavati desetljećima, ne samo zbog sjaja svog otkrića, već i zbog toga što je krasio gradove svojom svjetlošću tijekom razvoja modernizacije.

Svi smo čuli za neonska svjetla koja zapravo ne odgovaraju ništa više od crveno-narančaste boje; osim ako se ne miješaju s drugim plinovima ili aditivima. Danas imaju čudan zrak u usporedbi s nedavnim sustavima rasvjete; međutim, neon je mnogo više od nevjerojatnog modernog izvora svjetlosti.

Zmaj od cijevi napunjenih neonskim i drugim plinovima koji, primajući električnu struju, ioniziraju i emitiraju karakteristična svjetla i boje. Izvor: AndrewKeenanRichardson.

Taj plin, koji se praktično sastoji od atoma Ne, ravnodušni jedni prema drugima, predstavlja najneertniju i najplemenitiju supstancu od svih; To je najenertičniji element u periodičnoj tablici, a trenutno i formalno dovoljno stabilan spoj nije poznat. Čak je inertniji od samog helija, ali i skuplji.

Visoki troškovi neona nastaju iz činjenice da se on ne izvlači iz podzemlja, kao što se događa s helijem, već iz tekućenja i kriogene destilacije zraka; čak i kada je prisutan u atmosferi u dovoljnom obilju, da se proizvede ogromna količina neona.

Lakše je izdvojiti helij iz rezervi prirodnog plina nego ukapšati zrak i iz njega izvući neon. Pored toga, njegovo je obimanje manje nego kod helija, unutar i izvan Zemlje. U svemiru se neon nalazi u novim i supernovama, kao iu regijama dovoljno smrznutim da spriječi bijeg.

U svom tekućem obliku, on je puno učinkovitije rashladno sredstvo od tekućeg helija i vodika. Isto tako, element je prisutan u industriji elektronike u pogledu lasera i opreme koji otkrivaju zračenje.

Povijest

Kolijevka argona

Povijest neona usko je povezana s ostatkom plinova koji čine zrak i njihovim otkrićima. Engleski kemičar Sir William Ramsay, zajedno sa svojim mentorom Johnom Williamom Struttom (Lord Rayleigh), odlučio je 1894. proučiti sastav zraka pomoću kemijskih reakcija.

Pomoću uzorka zraka, uspjeli su ga deoksigenirati i denitrogenizirati, dobivajući i otkrivajući plemeniti plin argon. Njegova znanstvena strast dovela ga je i do otkrića helija, nakon što je mineralni cleveit otopio u kiselom mediju i prikupio karakterizirajući oslobođeni plin.

Tada je Ramsay posumnjao da postoji kemijski element smješten između helija i argona, posvetivši se neuspješnim pokušajima da ih pronađemo u uzorcima minerala. Sve dok na kraju nije smatrao da argon trebaju biti „skriveni“ drugi plinovi manje obilni u zraku.

Tako su pokusi koji su doveli do otkrića neona započeli sa kondenziranim argonom.

Otkriće

Ramsay je u svom radu, uz pomoć svog kolege Morrisa W. Traversa, započeo s visoko pročišćenim i ukapljenim uzorkom argona, koji je potom podvrgnut vrsti frakcijske i kriogene destilacije. Tako su 1898. godine i na University College Londonu oba engleska kemičara uspjela identificirati i izolirati tri nova plina: neon, kripton i ksenon.

Prvi od njih bio je neon, koji je vidio kad su ga sakupili u staklenu cijev u kojoj su primijenili strujni udar; njegova intenzivna crveno-narančasta svjetlost bila je još upečatljivija od boja kriptona i ksenona.

Na taj je način Ramsay tom plinu dao ime „neon“, što na grčkom znači „novo“; iz argona se pojavio novi element. Ubrzo nakon toga, 1904. i zahvaljujući ovom djelu, on i Travers dobili su Nobelovu nagradu za kemiju.

Neonska svjetla

Ramsay tada nije imao nikakve veze s revolucionarnim primjenama neona što se tiče rasvjete. Godine 1902., inženjer elektrotehnike i izumitelj, Georges Claude, zajedno s Paulom Delormeom osnovali su tvrtku L'Air Liquide, koja se posvetila prodaji ukapljenih plinova u industriji i koja je ubrzo uvidjela sjajan potencijal neona.

Claude, nadahnut izumima Thomasa Edisona i Daniela McFarlana Moorea, sagradio je prve cijevi napunjene neonom, potpisavši patent 1910. Prodao je svoj proizvod praktički pod sljedećom pretpostavkom: neonska svjetla rezervirana su za gradove i spomenike, jer su vrlo zasljepljujuće i privlačno.

Od tada ostatak povijesti neona do danas ide ruku pod ruku s pojavom novih tehnologija; kao i potreba za kriogenim sustavima koji se mogu koristiti kao rashladna tekućina.

Fizička i kemijska svojstva

- Izgled

Staklena bočica ili bočica sa neonom uzbuđena električnim pražnjenjem. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

Neon je bezbojni plin bez mirisa i okusa. Međutim, kada se primijeni električni pražnjenje, njegovi atomi su ionizirani ili pobuđeni, emitirajući fotone energije koji u vidljivi spektar ulaze u obliku crvenkasto-narančaste bljeskalice (gornja slika).

Dakle, neonska svjetla su crvena. Što je viši tlak plina, veći je potreban elektricitet i dobiven crvenkasti sjaj. Ova svjetla koja osvjetljavaju uličice ili pročelja trgovina su vrlo česta, naročito u hladnim klimama; jer je intenzitet crvenkaste boje takav da može probiti maglu sa znatnih udaljenosti.

- Molekulska masa

20,1797 g / mol.

- Atomski broj (Z)

10.

- Talište

-248,59 ° C.

- Vrelište

-246.046 ° C.

- Gustoća

-U normalnim uvjetima: 0.9002 g / L.

-Od tekućine, točno do točke ključanja: 1,207 g / ml.

- Gustoća pare

0,6964 (u odnosu na zrak = 1). Drugim riječima, zrak je 1,4 puta gušći od neonskog. Tada će se balon naduvan neonom uzdići u zrak; iako manje brzo u usporedbi s jednom napuhanom s helijem.

- Tlak pare

0,9869 atm pri 27 K (-246,15 ° C). Imajte na umu da na tako niskoj temperaturi neon već djeluje na pritisak usporediv s atmosferskim.

- Toplina fuzije

0,335 kJ / mol.

- Toplina isparavanja

1,71 kJ / mol.

- Molarni toplinski kapacitet

20,79 J / (mol · K).

- Energije ionizacije

-Prvo: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ plinoviti).

-Sekunda: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ plin).

-Treće: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ plinoviti).

Energije ionizacije za neon su posebno velike. To je zbog poteškoće uklanjanja jednog od njegovih valentnih elektrona iz vrlo malog atoma (u usporedbi s drugim elementima istog razdoblja).

- oksidacijski broj

Jedini vjerojatni i teorijski broj ili stanje oksidacije za neon je 0; to jest, u svojim hipotetičkim spojevima ne dobiva ili gubi elektrone, već djeluje kao neutralni atom (Ne ⁰).

To je zbog njegove nulte reaktivnosti kao plemenitog plina, što mu ne dopušta da dobije elektrone zbog nedostatka energetski dostupne orbite; i ne može se izgubiti pozitivnim oksidacijskim brojevima, zbog poteškoće u prevladavanju učinkovitog nuklearnog naboja od svojih deset protona.

- Reaktivnost

Spomenuto objašnjava zašto plemeniti plin nije vrlo reaktivan. Međutim, među svim plemenitim plinovima i kemijskim elementima, neon je vlasnik prave krune plemstva; Ne prima elektrone ni na koji način ni od koga i ne može dijeliti svoje jer ga jezgra sprečava i, prema tome, ne tvori kovalentne veze.

Neon je manje reaktivan (plemenitiji) od helija, iako je njegov atomski radijus veći, delotvorni nuklearni naboj njegovih deset protona nadmašuje dva protona u jezgri helija.

Kako se čovjek spušta kroz skupinu 18, ta se sila smanjuje jer se atomski radijus znatno povećava; I zato ostali plemeniti plinovi (posebno ksenon i kripton) mogu tvoriti spojeve.

spojevi

Do danas nije poznat daljinski stabilan spoj neona. Međutim, postojanje poliatomskih kationa poput: ⁺, WNe ³⁺, RhNe ²⁺, MoNe ²⁺, ⁺ i ⁺ provjereno je pomoću ispitivanja optičke i masene spektrometrije.

Isto tako, mogu se spomenuti njegovi spojevi Van der Walls, u kojima iako nema kovalentnih veza (barem formalno ne), nekovalentne interakcije omogućuju im da ostanu kohezivni u rigoroznim uvjetima.

Neki kao Van der zidova spojeva za neona su, na primjer: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂, NeNiCO, NeAuF, linija, (N ₂) ₆ Ne ₇, NEC ₂₀ H ₂₀ (kompleks endohedral fulerena) itd. A također, valja napomenuti da se organske molekule također mogu "trljati ramenima" ovim plinom u vrlo posebnim uvjetima.

Pojedinosti svih ovih spojeva su da nisu stabilni; štoviše, većina ih potječe usred vrlo jakog električnog polja, gdje se u društvu neona potiču plinoviti atomi metala.

Čak i s kovalentnom (ili ionskom) vezom, neki se kemičari ne trude da ih smatraju istinskim spojevima; i stoga je neon i dalje plemenit i inertan element viđen sa svih "normalnih" strana.

Struktura i elektronička konfiguracija

Interakcije interakcije

Neonski atom može se zamisliti kao gotovo kompaktna sfera zbog svoje male veličine i velikog učinkovitog nuklearnog naboja od svojih deset elektrona, od kojih je osam valentnih, u skladu s njihovom elektroničkom konfiguracijom:

1s ² 2s ² 2p ⁶ ili 2s ² 2p ⁶

Tako, Neov atom stupa u interakciju sa okolinom koristeći svoje 2s i 2p orbitale. Međutim, oni su u potpunosti ispunjeni elektronima, u skladu s poznatim valentnim oktetom.

Ne može dobiti više elektrona jer orbita 3s nije energetski dostupna; Osim toga, ne može ih izgubiti ni zbog malog atomskog radijusa, a „uska“ udaljenost razdvaja ih od deset protona u jezgri. Stoga je ovaj Ne atom ili sfera vrlo stabilan, nesposoban za stvaranje kemijskih veza s praktično bilo kojim elementom.

Upravo ti atomi Ne određuju plinsku fazu. Budući da je vrlo mali, njegov je elektronski oblak homogen i kompaktan, teško ga je polarizirati i, prema tome, uspostaviti trenutne dipolne momente koji induciraju druge u susjedne atome; to jest sile rasipanja između Ne atoma su vrlo slabe.

Tekućina i staklo

Zbog toga temperatura mora pasti na -246 ºC kako bi neon mogao prijeći iz plinovitog stanja u tekuće.

Jednom kada su na ovoj temperaturi Ne atomi dovoljno bliski da ih disperzijske sile mogu povezati u tekućinu; da, iako naizgled nije toliko impresivan kao kvantna tekućina tekućeg helija i njegova suvišna fluidnost, ima rashladnu snagu 40 puta veću od ove.

To znači da je tekući neonski sustav hlađenja 40 puta učinkovitiji od tekućeg helija; brže se hladi i duže održava temperaturu.

Razlog bi mogao biti u činjenici da se čak i ako su Ne atomi teži od He, prvi razdvajaju i raspršuju lakše (zagrijavaju se) od drugog; ali njihove su interakcije toliko slabe za vrijeme njihovih sudara ili susreta da se opet brzo usporavaju (hlade).

Kako se temperatura još više spušta na -248 ° C, disperzijske sile postaju jače i usmjerenije, sada sposobne narediti He atomima da kristaliziraju u kubni (fcc) kristal u središtu lica. Ovaj kristal helija fcc je stabilan pod svim pritiscima.

Gdje pronaći i nabaviti

Supernove i ledeno okruženje

U stvaranju supernove raspršeni su neonski mlazovi koji završavaju sastavljanje tih zvjezdanih oblaka i putuju u druge krajeve Svemira. Izvor: Pxhere.

Neon je peti najzastupljeniji kemijski element u čitavom Svemiru. Zbog nedostatka reaktivnosti, visokog tlaka pare i lagane mase, izlazi iz Zemljine atmosfere (iako u manjem stupnju od helija) i malo se otapa u morima. Zbog toga ovdje, u Zemljinom zraku, on jedva ima koncentraciju od 18,2 ppm po volumenu.

Da bi se navedena koncentracija neona povećala, potrebno je spustiti temperaturu do susjedstva apsolutne nule; uvjeti mogući samo u Kozmosu, i u manjoj mjeri, u ledenoj atmosferi nekih plinskih divova poput Jupitera, na stjenovitim površinama meteorita ili u egzosferi Mjeseca.

Njegova najveća koncentracija, međutim, leži u novima ili supernovama distribuiranim po cijelom Svemiru; kao i u zvijezdama iz kojih potječu, voluminoznije od našeg sunca, unutar kojih se stvaraju neonski atomi kao rezultat nukleosinteze između ugljika i kisika.

Ukapljivanje zraka

Iako je njegova koncentracija u zraku samo 18,2 ppm, dovoljno je dobiti nekoliko litara neona iz bilo kojeg kućnog prostora.

Stoga je za njegovo dobivanje potrebno podvrgavati ukapljivanju zraka, a zatim provesti kriogenu frakcijsku destilaciju. Na taj se način njegovi atomi mogu odvojiti od tekuće faze sastavljene od tekućeg kisika i dušika.

izotopi

Neon najstabilniji izotop je ²⁰ Ne, s obiljem od 90,48%. Također ima dva druga izotopa koji su također stabilni, ali manje obilni: ²¹ Ne (0,27%) i ²² Ne (9,25%). Ostatak su radioizotopi, a trenutno ih je poznato ukupno petnaestak (^15-19 Ne i ^23-32 Ne).

rizici

Neon je bezopasan plin iz gotovo svakog mogućeg aspekta. Zbog svoje nulte kemijske reaktivnosti, uopće ne intervenira u bilo kojem metaboličkom procesu, a upravo kao što uđe u tijelo, napušta ga bez da se asimilira. Stoga nema neposredan farmakološki učinak; iako, povezana je s mogućim anestetičkim učincima.

Zbog toga ako dođe do curenja neona, to nije zabrinjavajući alarm. Međutim, ako je koncentracija njegovih atoma u zraku vrlo visoka, ona može istisnuti molekule kisika koje udišemo, što na kraju uzrokuje gušenje i čitav niz simptoma povezanih s tim.

Međutim, tekući neon može izazvati hladne opekline pri dodiru, pa ga nije preporučljivo izravno dodirnuti. Također, ako je tlak u vašim spremnicima vrlo visok, nagli pukotina može biti eksplozivna; ne prisutnošću plamena nego silom plina.

Neon ne predstavlja opasnost ni za ekosustav. Nadalje, njegova koncentracija u zraku je vrlo niska i nema problema s disanjem. I najvažnije: to nije zapaljivi plin. Stoga se nikada neće izgorjeti bez obzira na visoke temperature.

Prijave

osvjetljenje

Kao što je spomenuto, crvena neonska svjetla prisutna su u tisućama ustanova. Razlog je taj što je potreban samo nizak tlak plina (~ 1/100 atm) kako bi mogao proizvoditi, pri električnom pražnjenju, karakterističnu svjetlost, koja je također postavljena u oglasima različitih vrsta (reklama, znakovi put itd.).

Neonske cijevi mogu biti izrađene od stakla ili plastike i mogu poprimiti sve vrste oblika ili oblika.

Elektronička industrija

Neon je vrlo važan plin u industriji elektronike. Koristi se za proizvodnju fluorescentnih i grijaćih svjetiljki; uređaji koji otkrivaju zračenje ili visoki napon, televizijski kinekopi, gejserski brojači i ionizacijske komore.

laseri

Zajedno s helijem, Ne-He duo može se koristiti za laserske uređaje, koji projiciraju snop crvenkaste svjetlosti.

klatrat

Iako je istina da neon ne može tvoriti nikakve spojeve, ustanovljeno je da su pod visokim tlakom (~ 0,4 GPa) njegovi atomi zarobljeni u ledu da bi stvorili klatrat. U njemu su atomi Ne ograničeni na svojevrsni kanal ograničen molekulama vode i unutar kojega se mogu kretati duž kristala.

Iako u ovom trenutku nema mnogo potencijalnih aplikacija za ovaj neonski klathrat, ubuduće bi mogla biti alternativa za njegovo skladištenje; ili jednostavno poslužuju kao model za produbljivanje razumijevanja ovih smrznutih materijala. Možda je na nekim planetima neon zarobljen u ledenim masama.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Neon. PubChem baza podataka. CID = 23987. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom i HH Mooy. (1930). Na kristalnoj strukturi Neona. Fizikalni laboratorij u Leidenu.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Kristalna struktura i dinamika inkapsulacije leda II strukturiranog neonskog hidrata. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (22. prosinca 2018.). 10 neonskih činjenica - kemijski element. Oporavilo od: misel.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Činjenice neonskih elemenata. Chemicool. Oporavilo od: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Neonski spojevi. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Element Neon: povijest, činjenice i upotrebe. Studija. Oporavilo od: study.com
10. Jane E. Boyd i Joseph Rucker. (9. kolovoza 2012.). Plamen grimizne svjetlosti: Neonska priča. Institut za povijest znanosti. Oporavilo sa: sciencehistory.org