Neonhistorie, egenskaber, struktur, risici, anvendelser

1599
Philip Kelley

Det neon Det er et kemisk element, der er repræsenteret af symbolet Ne. Det er en ædelgas, hvis navn på græsk betyder nyt, en kvalitet, som det var i stand til at opretholde i årtier, ikke kun på grund af dets funktionsglans, men også fordi det prydede byer med sit lys, da de udviklede deres modernisering..

Vi har nogensinde hørt om neonlys, som faktisk ikke svarer til mere end rødorange; medmindre de blandes med andre gasser eller additiver. I dag har de en bizar luft sammenlignet med nylige belysningssystemer; neon er dog meget mere end bare en fantastisk moderne lyskilde.

Drage lavet af rør fyldt med neon og andre gasser, som, når de modtager en elektrisk strøm, ioniserer og udsender karakteristiske lys og farver. Kilde: AndrewKeenanRichardson [CC0].

Denne gas, som praktisk talt består af Ne-atomer, ligeglad med hinanden, repræsenterer det mest inerte og ædle stof af alle; Det er det mest inerte element i det periodiske system, og i øjeblikket og formelt er det ikke kendt en tilstrækkelig stabil forbindelse. Det er endnu mere inaktivt end helium i sig selv, men også dyrere.

De høje omkostninger ved neon skyldes, at det ikke ekstraheres fra undergrunden, som det sker med helium, men fra flydende og kryogen destillation af luften; selv når det er til stede i atmosfæren i tilstrækkelig overflod til at producere et enormt volumen af ​​neon.

Det er lettere at udvinde helium fra naturgasreserver end at flyde luft og udvinde neon fra det. Desuden er dens overflod mindre end helium, både inden for og uden for Jorden. I universet findes neon i novaer og supernovaer såvel som i regioner, der er frosne nok til at forhindre det i at undslippe..

I sin flydende form er det et meget mere effektivt kølemiddel end flydende helium og brint. Ligeledes er det et element til stede i elektronikindustrien med hensyn til lasere og udstyr, der registrerer stråling..

Artikelindeks

  • 1 Historie
    • 1.1 Vuggen af ​​argon
    • 1.2 Opdagelse
    • 1.3 Neonlys
  • 2 Fysiske og kemiske egenskaber
    • 2.1 - Udseende
    • 2.2 - Molær masse
    • 2.3 - Atomnummer (Z)
    • 2.4 - Smeltepunkt
    • 2.5 - Kogepunkt
    • 2.6 - Densitet
    • 2.7 - Dampmassefylde
    • 2.8 - Damptryk
    • 2.9 - Fusionsvarme
    • 2.10 - Fordampningsvarme
    • 2.11 - Molær varmekapacitet
    • 2.12 - Ioniseringsenergier
    • 2.13 - Oxidationsnummer
    • 2.14 - Reaktivitet
  • 3 Struktur og elektronisk konfiguration
    • 3.1 Interaktionsinteraktioner
    • 3.2 Væske og glas
  • 4 Hvor kan man finde og hente
    • 4.1 Supernovaer og iskolde miljøer
    • 4.2 Luftfordampning
  • 5 isotoper
  • 6 risici
  • 7 anvendelser
    • 7.1 Belysning
    • 7.2 Elektronisk industri
    • 7.3 Lasere
    • 7.4 Clathrate
  • 8 Referencer

Historie

Argons vugge

Historien om neon er tæt knyttet til resten af ​​de gasser, der udgør luften og deres opdagelser. Den engelske kemiker Sir William Ramsay besluttede sammen med sin mentor John William Strutt (Lord Rayleigh) i 1894 at undersøge sammensætningen af ​​luft gennem kemiske reaktioner.

Fra en luftprøve formåede de at deoxygenere og denitrogenisere den ved at opnå og opdage ædelgasargonet. Hans videnskabelige lidenskab førte ham også til opdagelsen af ​​helium, efter at have opløst mineralet cleveite i et surt medium og opsamlet, der kendetegner den frigivne gas..

På det tidspunkt mistænkte Ramsay, at der var et kemisk element placeret mellem helium og argon, hvilket gjorde mislykkede forsøg på at finde dem i mineralprøver. Indtil han endelig mente, at andre gasser, der ikke var så rigelige i luften, skulle "skjules" i argon..

Eksperimenterne, der førte til opdagelsen af ​​neon, begyndte således med kondenseret argon..

Opdagelse

I sit arbejde begyndte Ramsay, assisteret af sin kollega Morris W. Travers, med en stærkt oprenset og flydende argonprøve, som han efterfølgende udsatte for en slags kryogen og fraktioneret destillation. Således lykkedes begge engelske kemikere i 1898 og ved University College London at identificere og isolere tre nye gasser: neon, krypton og xenon..

Den første af dem var neon, som han skimte, da de samlede det i et glasrør, hvor de påførte et elektrisk stød; dens intense rød-orange lys var endnu mere slående end farverne på krypton og xenon.

Det var på denne måde, at Ramsay gav denne gas navnet 'neon', som på græsk betyder 'nyt'; et nyt element dukkede op fra argon. Kort efter, i 1904 og takket være dette arbejde modtog han og Travers Nobelprisen i kemi..

Neonlys

Ramsay havde derefter lidt at gøre med de revolutionære anvendelser af neon for så vidt angår belysning. I 1902 dannede elektroingeniøren og opfinderen, Georges Claude sammen med Paul Delorme L'Air Liquide-firmaet, der var dedikeret til at sælge flydende gasser til industrier, og som snart så det lysende potentiale i neon.

Claude, inspireret af opfindelsen af ​​Thomas Edison og Daniel McFarlan Moore, byggede de første rør fyldt med neon og underskrev et patent i 1910. Han solgte sit produkt næsten under følgende forudsætning: neonlys er forbeholdt byer og monumenter, fordi de er meget blændende og attraktiv.

Siden da går resten af ​​historien om neon til nutiden hånd i hånd med fremkomsten af ​​nye teknologier; samt behovet for kryogene systemer, der kan bruge det som en kølevæske.

Fysiske og kemiske egenskaber

- Udseende

Hætteglas eller hætteglas med neon ophidset af elektrisk afladning. Kilde: Hi-Res Images of Chemical Elements [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Neon er en farveløs, lugtfri og smagløs gas. Når en elektrisk afladning påføres, ioniseres eller exciteres dets atomer, hvilket udsender fotoner af energi, der kommer ind i det synlige spektrum i form af en rød-orange flash (øverste billede).

Så neonlysene er røde. Jo højere gastrykket er, jo højere er den krævede elektricitet og den opnåede rødlige glød. Disse lys, der oplyser gaderne eller fronterne på butikkerne, er meget almindelige, især i kolde klimaer; da den rødlige intensitet er sådan, at den kan trænge igennem tågen fra betydelige afstande.

- Molar masse

20,1797 g / mol.

- Atomnummer (Z)

10.

- Smeltepunkt

-248,59 ºC.

- Kogepunkt

 -246.046 ºC.

- Massefylde

-Under normale forhold: 0,9002 g / l.

-Fra væsken lige ved kogepunktet: 1,207 g / ml.

- Dampmassefylde

0,6964 (i forhold til luft = 1). Med andre ord er luft 1,4 gange tættere end neon. Derefter vil en ballon oppustet med neon stige op i luften; skønt mindre hurtigt sammenlignet med en oppustet med helium.

- Damptryk

0,9869 atm ved 27 K (-246,15 ° C). Bemærk, at neonet ved en så lav temperatur allerede udøver et tryk, der kan sammenlignes med atmosfærisk.

- Fusionsvarme

0,335 kJ / mol.

- Fordampningsvarme

1,71 kJ / mol.

- Molær varmekapacitet

20,79 J / (mol K).

- Ioniseringsenergier

-Først: 2080,7 kJ / mol (Ne+ gasformig).

-Andet: 3952,3 kJ / mol (Neto+ gasformig).

-Tredje: 6122 kJ / mol (Ne3+ gasformig).

Ioniseringsenergierne for neon er særlig høje. Dette skyldes vanskelighederne med at fjerne en af ​​dens valenselektroner fra dens meget lille atom (sammenlignet med de andre elementer i samme periode).

- Oxidationsnummer

Den eneste sandsynlige og teoretiske oxidationstilstand eller -tal for neon er 0; i dets hypotetiske forbindelser vinder eller taber den ikke elektroner, men interagerer snarere som et neutralt atom (Ne0).

Dette skyldes dets nulreaktivitet som en ædelgas, som ikke tillader det at få elektroner på grund af manglen på en energisk tilgængelig orbital; og heller ikke være i stand til at miste dem med positive oxidationstal på grund af vanskelighederne med at overvinde den effektive nukleare ladning af dets ti protoner.

- Reaktivitet

Ovennævnte forklarer, hvorfor en ædelgas ikke er meget reaktiv. Imidlertid er neon blandt alle de ædle gasser og kemiske elementer ejeren af ​​den sande krone af adel; den optager ikke elektroner på nogen måde eller fra nogen, og den kan heller ikke dele sin egen, fordi dens kerne forhindrer det og derfor ikke danner kovalente bindinger.

Neon er mindre reaktivt end helium, for selvom dets atomare radius er større, overstiger den effektive nukleare ladning af dets ti protoner den for de to protoner i heliumkernen..

Når man kommer ned gennem gruppe 18, falder denne kraft, fordi atomradiusen stiger betydeligt; og det er grunden til, at de andre ædelgasser (især xenon og krypton) kan danne forbindelser.

Forbindelser

Til dato er der ikke kendt nogen fjernstabil forbindelse af neon. Imidlertid er eksistensen af ​​polyatomiske kationer som: [NeAr]+, WNe3+, RhNeto+, Måneto+, [NeH]+ og [NeHe]+.

Ligeledes kan nævnes hans Van der Walls-forbindelser, hvor skønt der ikke er kovalente bindinger (i det mindste ikke formelt), giver de ikke-kovalente interaktioner dem mulighed for at forblive sammenhængende under strenge betingelser..

Nogle sådanne Van der Walls-forbindelser til neon er for eksempel: Ne3 (trimer), jegtoNeto, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (Nto)6Ne7, NeCtyveHtyve (fulleren endohedral kompleks) osv. Og det skal også bemærkes, at organiske molekyler også kan "gnide skuldre" med denne gas under meget specielle forhold..

Detaljen ved alle disse forbindelser er, at de ikke er stabile; Desuden stammer de fleste midt i et meget stærkt elektrisk felt, hvor gasformige metalatomer er ophidsede i selskab med neon.

Selv med en kovalent (eller ionisk) binding gider nogle kemikere ikke at tænke på dem som ægte forbindelser; og derfor fortsætter neon med at være et ædelt og inaktivt element set fra alle "normale" sider..

Struktur og elektronisk konfiguration

Interaktionsinteraktioner

Neonatomet kunne visualiseres som en næsten kompakt sfære på grund af dets lille størrelse og den store effektive nukleare ladning af dets ti elektroner, hvoraf otte er valenselektroner, i henhold til deres elektroniske konfiguration:

1sto2sto2 s6  eller [He] 2sto2 s6

Således interagerer Ne-atom med sit miljø ved hjælp af dets 2s og 2p orbitaler. De er dog fuldstændigt fyldt med elektroner, der overholder den berømte valensoktet.

Det kan ikke få flere elektroner, fordi 3s-orbitalen ikke er tilgængelig energisk; Desuden kan det heller ikke miste dem på grund af deres lille atomare radius, og den "smalle" afstand adskiller dem fra de ti protoner i kernen. Derfor er dette Ne-atom eller -kugle meget stabilt og ude af stand til at danne kemiske bindinger med praktisk taget ethvert element..

Det er disse Ne-atomer, der definerer gasfasen. Da den er meget lille, er dens elektroniske sky homogen og kompakt, vanskelig at polarisere og derfor etablere øjeblikkelige dipolmomenter, der inducerer andre i nærliggende atomer; spredningskræfterne mellem Ne-atomerne er meget svage.

Væske og glas

Derfor skal temperaturen falde til -246 ºC, så neonet kan gå fra luftformig tilstand til væske..

En gang ved denne temperatur er Ne-atomerne tæt nok til, at dispersionskræfter binder dem sammen i en væske; at selvom det tilsyneladende ikke er så imponerende som kvantevæsken i flydende helium og dets overflødighed, har den en køleeffekt 40 gange højere end denne.

Dette betyder, at et flydende neonkølesystem er 40 gange mere effektivt end et flydende helium-system; køler hurtigere og opretholder temperaturen længere.

Årsagen kunne være, at selvom Ne-atomer er tungere end Han, skiller de tidligere sig ud og spredes lettere (opvarmes) end de sidstnævnte; men deres interaktion er så svag under deres kollisioner eller møder, at de igen bremser (køler ned) hurtigt.

Når temperaturen falder yderligere, til -248 ° C, bliver dispersionskræfterne stærkere og mere retningsbestemte, nu i stand til at beordre He-atomerne til at krystallisere til en ansigtscentreret kubisk (fcc) krystal. Denne helium fcc krystal er stabil under alle tryk.

Hvor kan man finde og få

Supernovaer og iskolde miljøer

I dannelsen af ​​en supernova spredes neonstråler, som ender med at komponere disse stjerneskyer og rejse til andre regioner i universet. Kilde: Pxhere.

Neon er det femte mest forekommende kemiske element i hele universet. På grund af sin manglende reaktivitet, høje damptryk og lette masse undslipper den fra jordens atmosfære (dog i mindre grad end helium), og lidt opløses i havene. Det er derfor her, i jordens luft, næppe har en koncentration på 18,2 ppm i volumen..

For at koncentrationen af ​​neon skal stige, er det nødvendigt at sænke temperaturen til nabolaget med absolut nul; betingelser kun mulige i kosmos og i mindre grad i de iskolde atmosfærer fra nogle gaskæmper som Jupiter, på meteoritens stenede overflader eller i månens eksosfære.

Dens største koncentration ligger imidlertid i novaer eller supernovaer fordelt over hele universet; såvel som i stjernerne, hvorfra de stammer, mere voluminøs end vores sol, inden for hvilken neonatomer er produceret, produkt af en nukleosyntese mellem kulstof og ilt.

Luftfordampning

Selvom dets koncentration kun er 18,2 ppm i vores luft, er det nok at få et par liter neon fra ethvert hjemrum.

For at producere det er det således nødvendigt at flyde luften og derefter udføre en kryogen fraktioneret destillation. På denne måde kan dets atomer adskilles fra den flydende fase sammensat af flydende ilt og nitrogen..

Isotoper

Den mest stabile isotop af neon er tyveNe, med en overflod på 90,48%. Det har også to andre isotoper, der også er stabile, men mindre rigelige: enogtyveNe (0,27%) og 22Ne (9,25%). Resten er radioisotoper, og i øjeblikket er femten af ​​dem i alt kendt (15-19Ne og Ne23-32).

Risici

Neon er en harmløs gas fra næsten alle mulige aspekter. På grund af dens nul kemiske reaktivitet griber den overhovedet ikke ind i nogen metabolisk proces, og ligesom den kommer ind i kroppen, forlader den den uden at blive assimileret. Det har derfor ingen øjeblikkelig farmakologisk virkning; skønt det har været forbundet med mulige bedøvelseseffekter.

Det er derfor, hvis der er en neonlækage, er det ikke en bekymrende alarm. Men hvis koncentrationen af ​​dets atomer i luften er meget høj, kan den fortrænge de iltmolekyler, vi indånder, hvilket ender med at forårsage kvælning og en række symptomer forbundet med det..

Flydende neon kan dog forårsage kolde forbrændinger ved kontakt, så det tilrådes ikke at berøre det direkte. Også, hvis trykket i dine containere er meget højt, kan en pludselig revne være eksplosiv. ikke ved tilstedeværelsen af ​​flammer, men ved kraften af ​​gassen.

Neon udgør heller ikke en fare for økosystemet. Derudover er dets koncentration i luften meget lav, og der er ikke noget problem med at trække vejret. Og vigtigst af alt: det er ikke en brandfarlig gas. Derfor brænder det aldrig, uanset hvor høje temperaturerne er..

Ansøgninger

belysning

Som nævnt er røde neonlys til stede i tusinder af virksomheder. Årsagen er, at der kun kræves et lavt gastryk (~ 1/100 atm), så det ved elektrisk afladning kan producere dets karakteristiske lys, som også er placeret i reklamer af forskellig art (reklame, vejskilte osv. ).

Neonfyldte rør kan være lavet af glas eller plastik og antager alle mulige former eller former.

Elektronisk industri

Neon er en meget vigtig gas i elektronikindustrien. Det bruges til fremstilling af lysstofrør og varmelamper; enheder, der registrerer stråling eller høje spændinger, tv-kinescopes, Geyser-tællere og ioniseringskamre.

Lasere

Sammen med helium kan Ne-He duoen bruges til laserudstyr, der projicerer en stråle af rødligt lys.

Clathrate

Selvom det er sandt, at neon ikke kan danne nogen forbindelser, har det vist sig, at dets atomer under høje tryk (~ 0,4 GPa) er fanget i is for at danne clathrat. I det er Ne-atomerne begrænset til en slags kanal begrænset af vandmolekyler, og inden for hvilken de kan bevæge sig langs krystallen.

Selv om der i øjeblikket ikke er mange potentielle applikationer til dette neonklatrat, kan det i fremtiden være et alternativ til dets opbevaring; eller simpelthen tjene som en model til at uddybe forståelsen af ​​disse frosne materialer. Måske er neon fanget i ismasser på nogle planeter.

Referencer

  1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
  2. National Center for Biotechnology Information. (2019). Neon. PubChem-database. CID = 23987. Gendannet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. J. de Smedt, W. H. Keesom og H. H. Mooy. (1930). Om neonets krystalstruktur. Fysisk laboratorium i Leiden.
  4. Xiaohui Yu & kol. (2014). Krystalstruktur og indkapslingsdynamik af is II-struktureret neonhydrat. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
  5. Wikipedia. (2019). Neon. Gendannet fra: en.wikipedia.org
  6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. december 2018). 10 neonfakta - kemisk element. Gendannet fra: thoughtco.com
  7. Dr. Doug Stewart. (2019). Neon Element Fakta. Chemicool. Gendannet fra: chemicool.com
  8. Wikipedia. (2019). Neonforbindelser. Gendannet fra: en.wikipedia.org
  9. Nicola McDougal. (2019). Element Neon: Historie, fakta og anvendelser. Undersøgelse. Gendannet fra: study.com
  10. Jane E. Boyd og Joseph Rucker. (9. august 2012). A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon. Science History Institute. Gendannet fra: sciencehistory.org

Endnu ingen kommentarer