NEONAS: ISTORIJA, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, RIZIKA, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Neon yra cheminis elementas, kuris atstovauja simboliu Ne. Tai yra kilniosios dujos, kurių vardas graikų kalboje reiškia naują, kokybę, kurią ji galėjo išlaikyti dešimtmečius ne tik dėl savo atradimo kibirkšties, bet ir dėl to, kad, puošdama miestus, jie puošė miestus.

Mes visi kada nors girdėjome apie neonines lemputes, kurios iš tikrųjų reiškia ne ką kita, kaip raudonai oranžinę; nebent jie būtų sumaišyti su kitomis dujomis ar priedais. Šiais laikais jie turi keistą orą, palyginti su naujausiomis apšvietimo sistemomis; Tačiau neonas yra daug daugiau nei tiesiog stulbinantis modernus šviesos šaltinis.

Drakonas, pagamintas iš vamzdelių, užpildytų neonu ir kitomis dujomis, kurie, gaudami elektros srovę, jonizuoja ir skleidžia būdingą šviesą ir spalvas. Šaltinis: AndrewKeenanRichardson.

Šios dujos, kurias praktiškai sudaro Ne atomai, neabejingos viena kitai, yra inertiškiausia ir kilniausia medžiaga iš visų; Tai yra pats inertiškiausias elementas periodinėje lentelėje, o šiuo metu ir formaliai pakankamai stabilus junginys nėra žinomas. Jis yra netgi inertiškesnis už patį helį, bet ir brangesnis.

Neonai brangi dėl to, kad jis nėra išgaunamas iš podirvio, kaip nutinka heliui, o dėl skystinimo ir kriogeninio distiliavimo; net tada, kai jo atmosferoje yra pakankamai, kad susidarytų didžiulis neono tūris.

Iš gamtinių dujų atsargų lengviau išgauti helį, nei suskystinti orą ir iš jo išgauti neoną. Be to, jo gausa yra mažesnė nei helio tiek žemės viduje, tiek išorėje. Visatoje neonas yra randamas novuose ir supernovose, taip pat regionuose, pakankamai užšaldytuose, kad jo neliktų.

Savo skystu pavidalu jis yra daug efektyvesnis šaltnešis nei skystas helis ir vandenilis. Taip pat tai yra elektronikos pramonėje esantis elementas, susijęs su lazeriais ir įranga, aptinkančia radiaciją.

Istorija

Argono lopšys

Neono istorija yra glaudžiai susijusi su likusių orą sudarančių dujų ir jų atradimų istorija. Anglų chemikas seras Williamas Ramsay'as kartu su savo mentoriumi Johnu Williamu Struttu (lordu Rayleigh'u) 1894 m. Nusprendė ištirti oro sudėtį cheminių reakcijų metu.

Naudodamiesi oro pavyzdžiu, jie sugebėjo deoksigeninti ir denitrogenizuoti, gaudami ir atradę tauriųjų dujų argoną. Mokslinė aistra taip pat paskatino jį rasti helį, ištirpinus mineralinį Cleveitą rūgščioje terpėje ir surinkus apibūdinamas išsiskiriančias dujas.

Tada Ramsay įtarė, kad tarp helio ir argono yra cheminis elementas, skirtas nesėkmingiems bandymams juos rasti mineralinių medžiagų pavyzdžiuose. Kol galiausiai jis manė, kad argonas turėtų būti „paslėptas“ kitomis ore esančiomis dujomis.

Taigi eksperimentai, paskatinę neono atradimą, prasidėjo kondensuotu argonu.

Atradimas

Savo darbe Ramsay, padedamas savo kolegos Moriso W. Traverso, pradėjo nuo labai išgryninto ir suskystinto argono mėginio, kuris vėliau buvo tam tikru būdu frakcinis ir kriogeninis distiliavimas. Taigi 1898 m. Ir Londono universiteto koledže abiem anglų chemikams pavyko nustatyti ir išskirti tris naujas dujas: neoną, kriptoną ir ksenoną.

Pirmasis iš jų buvo neonas, kurį jis žvilgtelėjo, kai jie surinko jį į stiklinį vamzdelį, kur pritaikė elektros smūgį; jo intensyvi raudonai oranžinė šviesa buvo dar ryškesnė nei kriptono ir ksenono spalvos.

Būtent tokiu būdu Ramsay šioms dujoms suteikė pavadinimą „neonas“, kuris graikų kalboje reiškia „naujas“; iš argono atsirado naujas elementas. Netrukus, 1904 m., Šio darbo dėka jis ir Traversas gavo Nobelio chemijos premiją.

Neoninės šviesos

Tuomet Ramsay turėjo mažai ką bendro su revoliuciniais neono pritaikymais apšvietimo srityje. 1902 m. Elektros inžinierius ir išradėjas Georges'as Claude'as kartu su Paulu Delorme'u įkūrė „L'Air Liquide“ įmonę, skirtą parduoti suskystintas dujas pramonės įmonėms ir netrukus pamačiusi šviesų neono potencialą.

Claude'as, įkvėptas Thomaso Edisono ir Danielio McFarlano Moore'o išradimų, pastatė pirmuosius vamzdelius, užpildytus neonu, pasirašydamas patentą 1910 m. Savo gaminį jis pardavė praktiškai remdamasis šia prielaida: neoninės lempos skirtos miestams ir paminklams, nes jie yra labai apakinantis ir patrauklus.

Nuo tada likusi neono istorija iki šių dienų eina kartu su naujų technologijų atsiradimu; taip pat poreikis kriogeninėms sistemoms, kurios galėtų jį naudoti kaip aušinimo skystį.

Fizinės ir cheminės savybės

- Išvaizda

Stiklinis buteliukas arba buteliukas su neonu sužadinamas elektros išlydžio dėka. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Neonas yra bespalvės, bekvapės, beskonės dujos. Tačiau kai taikoma elektros iškrova, jo atomai jonizuojami arba sužadinami, skleidžiant energijos fotonus, kurie patenka į matomą spektrą rausvai oranžinės blykstės pavidalu (vaizdas viršuje).

Taigi neoninės lemputės yra raudonos. Kuo didesnis dujų slėgis, tuo didesnė reikalinga elektra ir gaunamas rausvas spindesys. Šie žibintai, apšviečiantys alejas ar parduotuvių fasadus, yra labai paplitę, ypač šalto klimato sąlygomis; kadangi raudonumo intensyvumas yra toks, kad iš rūko jis gali prasiskverbti iš nemažo atstumo.

- Molinė masė

20,1797 g / mol.

- atominis skaičius (Z)

10.

- Lydymosi temperatūra

-248,59 ° C.

- Virimo taškas

-246,046 ° C.

- Tankis

-Normaliomis sąlygomis: 0,9002 g / L.

-Nuo skysčio, tik virimo taške: 1,207 g / ml.

- garų tankis

0,6964 (oro atžvilgiu = 1). Kitaip tariant, oras yra 1,4 karto tankesnis nei neono. Tada oro balionas, pripūstas neono, pakils į orą; nors ir mažiau greitai, palyginti su vienu, pripūstu helio.

- Garų slėgis

0,9869 atm, esant 27 K (-246,15 ° C). Atkreipkite dėmesį, kad esant tokiai žemai temperatūrai neonas jau veikia slėgį, panašų į atmosferos slėgį.

- Lydymosi šiluma

0,335 kJ / mol.

- garinimo šiluma

1,71 kJ / mol.

- Molinės šilumos talpa

20,79 J / (mol · K).

- Jonizacijos energijos

-Pirma: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ dujinis).

-Sekundė: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ dujos).

- Trečiasis: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ dujinis).

Neono jonizacijos energijos yra ypač didelės. Taip yra dėl to, kad sunku pašalinti vieną iš jo valentinių elektronų iš labai mažo atomo (palyginti su kitais to paties laikotarpio elementais).

- oksidacijos numeris

Vienintelis tikėtinas ir teorinis neono skaičius ar oksidacijos būsena yra 0; y., hipotetiniuose junginiuose jis neįgyja ir nepraranda elektronų, o sąveikauja kaip neutralus atomas (Ne ⁰ ).

Taip yra dėl jo, kaip tauriųjų dujų, reaktyvumo, kuris neleidžia įgyti elektronų, nes trūksta energetiškai prieinamos orbitos; ir to negalima prarasti turint teigiamus oksidacijos skaičius, nes sunku įveikti dešimties protonų veiksmingą branduolinį užtaisą.

- Reaktyvumas

Minėtasis paaiškina, kodėl tauriosios dujos nėra labai reaktyvios. Tačiau tarp visų tauriųjų dujų ir cheminių elementų neonas yra tikrosios bajorų karūnos savininkas; Jokiu būdu ar iš niekieno jis nepriima elektronų ir negali dalintis savo jėgomis, nes jo branduolys apsaugo nuo jo, todėl nesudaro kovalentinių ryšių.

Neonas yra mažiau reaktyvus (kilnesnis) nei helis, nes, nors jo atominis spindulys yra didesnis, jo dešimties protonų efektyvusis branduolinis krūvis viršija dviejų helio branduolyje esančių protonų.

Kai nusileidžia per 18 grupę, ši jėga mažėja, nes žymiai padidėja atominis spindulys; Štai kodėl kitos tauriosios dujos (ypač ksenonas ir kriptonas) gali sudaryti junginius.

Junginiai

Iki šiol nežinomas joks nuotoliniu būdu stabilus neono junginys. Tačiau tokių poliaatominių katijonų kaip ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ ir ⁺ egzistavimas buvo patikrintas atliekant optinius ir masinės spektrometrijos tyrimus .

Panašiai galima paminėti jo „Van der Walls“ junginius, kuriuose, nors nėra kovalentinių ryšių (bent jau ne formaliai), nekovalentinės sąveikos leidžia joms išlikti darnioms griežtomis sąlygomis.

Kai kurie iš tokių neonui skirtų Van der Walls junginių yra, pavyzdžiui: Ne ₃ (trimeris), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ ( endoedrinis fullereno kompleksas) ) ir kt. Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad organinės molekulės šiomis dujomis taip pat gali „nusikratyti pečių“ labai ypatingomis sąlygomis.

Visų šių junginių detalė yra ta, kad jie nėra stabilūs; Be to, dauguma jų kyla iš labai stipraus elektrinio lauko, kai dujinių metalų atomai sužadinami neono įmonėje.

Net turėdami kovalentinį (arba joninį) ryšį, kai kurie chemikai nesivargina galvoti apie juos kaip apie tikrus junginius; todėl neonas ir toliau yra kilnus ir inertiškas elementas, vertinamas iš visų „normalių“ pusių.

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Sąveikos sąveikos

Neono atomą dėl mažo dydžio ir dešimties elektronų, iš kurių aštuoni yra valentingi, pagal jų elektroninę konfigūraciją efektyvus branduolinis užtaisas, galima įžvelgti kaip beveik kompaktišką sferą:

1s ² 2s ² 2p ⁶ arba 2s ² 2p ⁶

Taigi Ne atomas sąveikauja su aplinka, naudodamas savo 2s ir 2p orbitalės. Tačiau jie visiškai pripildyti elektronų, laikydamiesi garsiojo valentinio okteto.

Jis negali įgyti daugiau elektronų, nes 3s orbitalė nėra energetiškai prieinama; Be to, ji negali jų prarasti ir dėl mažo atominio spindulio, o „siauras“ atstumas juos skiria nuo dešimties branduolyje esančių protonų. Todėl šis Ne atomas ar sfera yra labai stabilūs, nesugeba sudaryti cheminių jungčių su praktiškai jokiu elementu.

Būtent šie Ne atomai apibūdina dujų fazę. Būdamas labai mažas, jo elektroninis debesis yra vienalytis ir kompaktiškas, sunkiai poliarizuojamas, todėl sukuria momentinius dipolio momentus, sukeliančius aplinkinius atomus kitiems; y., išsklaidymo jėgos tarp Ne atomų yra labai silpnos.

Skystis ir stiklas

Štai kodėl temperatūra turi nukristi iki -246 ºC, kad neonas galėtų pereiti iš dujinės būsenos į skystį.

Esant tokiai temperatūrai, Ne atomai yra pakankamai arti, kad dispersijos jėgos galėtų juos surišti į skystį; kad nors jis, matyt, nėra toks įspūdingas kaip skystos helio kvantinis skystis ir jo superlaidumas, jo aušinimo galia yra 40 kartų didesnė.

Tai reiškia, kad skysto neono aušinimo sistema yra 40 kartų efektyvesnė nei skysto helio; greičiau atvėsta ir ilgiau palaiko temperatūrą.

Priežastis gali kilti dėl to, kad net ir Ne atomai yra sunkesni nei Jis, pirmieji atsiskiria ir išsisklaido lengviau (įkaista) nei pastarieji; tačiau jų sąveika per susidūrimus ar susidūrimus yra tokia silpna, kad jie vėl greitai sulėtėja (atvėsta).

Temperatūrai dar labiau nukritus iki -248 ° C, dispersinės jėgos tampa stipresnės ir kryptingesnės, dabar gali įpareigoti Jo atomus kristalizuotis į veido centre esantį kubinį (fcc) kristalą. Šis helio fcc kristalas yra stabilus esant bet kokiam slėgiui.

Kur rasti ir gauti

Supernovos ir ledinė aplinka

Susiformavus supernovai, neoniniai purkštukai yra išsibarstę, kurie baigiasi šių žvaigždžių debesų sudarymu ir keliauja į kitus Visatos regionus. Šaltinis: Pxhere.

Neonas yra penktas gausiausias cheminis elementas visoje Visatoje. Dėl nepakankamo reaktyvumo, aukšto garų slėgio ir lengvosios masės jis išeina iš Žemės atmosferos (nors ir mažesniu laipsniu nei helio) ir mažai ištirpsta jūrose. Štai kodėl Žemės ore jo koncentracija pagal tūrį vos siekia 18,2 ppm.

Kad minėta neono koncentracija padidėtų, būtina temperatūrą sumažinti iki absoliučios nulio ribos; sąlygos įmanomos tik Kosmose ir, kiek mažesniu laipsniu, kai kurių dujų milžinų, tokių kaip Jupiteris, apledėjusioje atmosferoje, ant uolėtų meteoritų paviršių arba Mėnulio egzosferoje.

Tačiau didžiausia jo koncentracija yra novoje arba supernovoje, pasiskirsčiusioje Visatoje; taip pat žvaigždėse, iš kurių jie kilę, yra gausesni nei mūsų saulė, kurių viduje susidaro neono atomai, vykstant branduolio sintezei tarp anglies ir deguonies.

Suskystinimas oru

Nors jo koncentracija mūsų ore yra tik 18,2 ppm, užtenka kelių litrų neono iš bet kurios namų erdvės.

Taigi norint jį pagaminti reikia suskystinti orą ir po to atlikti kriogeninį frakcinį distiliavimą. Tokiu būdu jo atomai gali būti atskirti nuo skystosios fazės, kurią sudaro skystas deguonis ir azotas.

Izotopai

Stabiliausias Neono izotopas yra ²⁰ Ne, kurio gausu 90,48%. Jis taip pat turi dar du izotopus, kurie taip pat yra stabilūs, bet mažiau gausūs: ²¹ Ne (0,27%) ir ²² Ne (9,25%). Likusieji yra radioizotopai, šiuo metu jų žinoma penkiolika ( ^15–19 Ne ir ^23–32 Ne ).

Pavojai

Neonas yra nekenksmingos dujos beveik visais įmanomais aspektais. Dėl niekinio cheminio reaktyvumo jis visiškai nesikiša į jokį medžiagų apykaitos procesą ir kaip tik patenka į organizmą, palieka jį neįsisavinamas. Todėl jis neturi tiesioginio farmakologinio poveikio; nors tai buvo siejama su galimu anestezijos poveikiu.

Štai kodėl, jei yra neono nuotėkis, tai nėra nerimą keliantis aliarmas. Tačiau, jei jo atomų koncentracija ore yra labai didelė, ji gali išstumti deguonies molekules, kuriomis kvėpuojame, o tai galiausiai sukelia uždusimą ir su ja susijusių simptomų seriją.

Tačiau skystas neonas gali sukelti šaltą nudegimą liečiantis, todėl nepatartina jo liesti tiesiogiai. Be to, jei slėgis jūsų talpyklose yra labai didelis, staigus įtrūkimas gali būti sprogus; ne dėl liepsnos, o dėl dujų jėgos.

Neonas taip pat nekelia pavojaus ekosistemai. Be to, jo koncentracija ore yra labai maža ir nėra problemų jį kvėpuoti. Ir svarbiausia: tai nėra degios dujos. Todėl jis niekada nesudegins, nepaisant to, kokia aukšta temperatūra.

Programos

apšvietimas

Kaip minėta, raudonos neoninės lemputės yra tūkstančiuose įstaigų. Priežastis ta, kad reikalingas tik žemas dujų slėgis (~ 1/100 atm), kad jis, išsikrovęs elektros energiją, galėtų išgauti būdingą šviesą, kuri taip pat buvo dedama į įvairių rūšių reklamą (reklamą, kelias ir kt.).

Vamzdeliai, užpildyti neonu, gali būti pagaminti iš stiklo arba plastiko ir gali būti įvairių formų.

Elektronikos pramonė

Neonas yra labai svarbios dujos elektronikos pramonėje. Jis naudojamas fluorescencinėms ir šildymo lempoms gaminti; įtaisai, aptinkami radiacija ar aukšta įtampa, televizijos kineskopai, geizerių skaitikliai ir jonizacijos kameros.

Lazeriai

Kartu su heliu, Ne-He duetas gali būti naudojamas lazeriniams prietaisams, kurie skleidžia rausvos šviesos spindulį.

Klatratas

Tiesa, kad neonas negali sudaryti jokių junginių, tačiau buvo nustatyta, kad esant dideliam slėgiui (~ 0,4 GPa) jo atomai yra įstrigę lede ir sudaro klatratą. Jame Ne atomai ribojasi su tam tikru kanalu, kurį riboja vandens molekulės ir per kurį jie gali judėti išilgai kristalo.

Nors šiuo metu nėra daug šio neonklatrato panaudojimo galimybių, ateityje tai galėtų būti jo laikymo alternatyva; arba tiesiog naudokite kaip modelį, leidžiantį geriau suprasti šias sušaldytas medžiagas. Galbūt kai kuriose planetose neonas yra įstrigęs ledo masėse.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Neonas. „PubChem“ duomenų bazė. CID = 23987. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedtas, WH Keesom ir HH Mooy. (1930 m.). Apie neono kristalinę struktūrą. Fizinė laboratorija Leidene.
4. Xiaohui Yu ir col. (2014). II struktūros neono hidrato kristalų struktūra ir kapsuliavimo dinamika. Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Vikipedija. (2019 m.). Neonas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Gruodžio 22 d.). 10 neoninių faktų - cheminis elementas. Atgauta iš: thinkco.com
7. Dr Doug Stewart. (2019 m.). Neoninių elementų faktai. Chemikolas. Atkurta iš: chemicool.com
8. Vikipedija. (2019 m.). Neoniniai junginiai. Atkurta iš: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019 m.). „Element Neon“: istorija, faktai ir panaudojimas. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
10. Jane E. Boyd ir Joseph Rucker. (2012 m. Rugpjūčio 9 d.). „Crimson Light“ pliūpsnis: Neono istorija. Mokslo istorijos institutas. Atkurta iš: sciencehistory.org