NEONS: VĒSTURE, ĪPAŠĪBAS, STRUKTŪRA, RISKI, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Neon ir ķīmiskais elements, kas ir pārstāvēta ar simbolu Ne. Tā ir cēlgāze, kuras nosaukums grieķu valodā nozīmē jaunu, kvalitāti, ko tā spēja uzturēt gadu desmitiem ilgi ne tikai atklājuma dzirksti dēļ, bet arī tāpēc, ka tā rotāja pilsētas ar savu gaismu, attīstot modernizāciju.

Mēs visi kādreiz esam dzirdējuši par neona gaismām, kas faktiski atbilst nekas vairāk kā sarkanoranžs; ja vien tie nav sajaukti ar citām gāzēm vai piedevām. Mūsdienās viņiem ir dīvains gaiss, salīdzinot ar nesenajām apgaismojuma sistēmām; tomēr neons ir daudz vairāk nekā tikai satriecošs mūsdienu gaismas avots.

Pūķis, kas izgatavots no caurulēm, kas piepildītas ar neonu un citām gāzēm, kuras, saņemot elektrisko strāvu, jonizē un izstaro raksturīgās gaismas un krāsas. Avots: AndrewKeenanRichardson.

Šī gāze, kas praktiski sastāv no Ne atomiem, kas ir vienaldzīgi viens pret otru, ir inertākā un cēlākā viela no visām; Tas ir inertais elements periodiskajā tabulā, un šobrīd un formāli pietiekami stabils savienojums nav zināms. Tas ir pat inerts nekā pats hēlijs, bet arī dārgāks.

Neona augstās izmaksas ir saistītas ar faktu, ka tas netiek iegūts no pamatnes, kā tas notiek ar hēliju, bet gan no gaisa sašķidrināšanas un kriogēnas destilācijas; pat ja tas atmosfērā atrodas pietiekami daudz, lai radītu milzīgu neona daudzumu.

Hēliju ir vieglāk iegūt no dabasgāzes rezervēm nekā sašķidrināt gaisu un no tā iegūt neonu. Turklāt gan Zemes iekšpusē, gan ārpusē tās pārpilnība ir mazāka nekā hēlija. Visumā neons ir atrodams novā un supernovā, kā arī reģionos, kas ir pietiekami sasaluši, lai neļautu tam izkļūt.

Šķidrā veidā tas ir daudz efektīvāks dzesēšanas līdzeklis nekā šķidrais hēlijs un ūdeņradis. Tāpat tas ir elements, kas atrodas elektronikas rūpniecībā attiecībā uz lāzeriem un iekārtām, kas uztver radiāciju.

Vēsture

Argona šūpulis

Neona vēsture ir cieši saistīta ar pārējo gāzi, kas veido gaisu, un to atklājumiem. Angļu ķīmiķis sers Viljams Ramsajs kopā ar savu mentoru Džonu Viljamu Strutu (Lords Raileigh) 1894. gadā nolēma izpētīt gaisa sastāvu ķīmisko reakciju rezultātā.

Izmantojot gaisa paraugu, viņiem izdevās deoksigenēt un denitrogenizēt to, iegūstot un atklājot cēlgāzes argonu. Viņa zinātniskā aizraušanās arī noveda viņu pie hēlija atklāšanas pēc minerālā kleveīta izšķīšanas skābā vidē un savākto izdalītās gāzes raksturojuma.

Tad Ramzijam radās aizdomas, ka starp hēliju un argonu atrodas kāds ķīmisks elements, veltot neveiksmīgiem mēģinājumiem tos atrast minerālu paraugos. Līdz beidzot viņš uzskatīja, ka argons ir “jānoslēpj” citām gāzēm, kuras ir mazāk bagātīgas gaisā.

Tādējādi eksperimenti, kas noveda pie neona atklāšanas, sākās ar kondensētu argonu.

Atklājums

Savā darbā Ramsajs, kuram palīdzēja viņa kolēģis Moriss W. Traverss, sāka ar ļoti attīrītu un sašķidrinātu argona paraugu, kas pēc tam tika pakļauts sava veida kriogēnai un frakcionētai destilācijai. Tādējādi 1898. gadā un Londonas Universitātes koledžā abiem angļu ķīmiķiem izdevās identificēt un izolēt trīs jaunas gāzes: neonu, kriptonu un ksenonu.

Pirmais no tiem bija neons, uz kuru viņš paskatījās, kad viņi to savāca stikla mēģenē, kur viņi pielietoja elektrošoku; tā intensīvi sarkanoranžā gaisma bija vēl pārsteidzošāka nekā kriptona un ksenona krāsas.

Tieši šādā veidā Ramzijs šai gāzei piešķīra vārdu “neons”, kas grieķu valodā nozīmē “jauns”; no argona parādījās jauns elements. Neilgi pēc tam, 1904. gadā, pateicoties šim darbam, viņš un Traverss saņēma Nobela prēmiju ķīmijā.

Neona gaismas

Tad Ramsajam bija maz sakara ar neona revolucionārajiem pielietojumiem, ciktāl tas attiecas uz apgaismojumu. 1902. gadā elektrotehnikas inženieris un izgudrotājs Georges Claude kopā ar Polu Delorme izveidoja uzņēmumu L'Air Liquide, kas nodarbojas ar sašķidrinātu gāzu tirdzniecību rūpniecībai un kurā drīz vien bija redzams neona gaismas potenciāls.

Klods, iedvesmojoties no Tomasa Edisona un Daniela Makfarlana Mūra izgudrojumiem, uzbūvēja pirmās ar neonu piepildītās caurules, parakstot patentu 1910. gadā. Viņš savu produktu pārdeva praktiski ar šādu pieņēmumu: neona gaismas ir rezervētas pilsētām un pieminekļiem, jo ​​tās ir ļoti žilbinoši un pievilcīgi.

Kopš tā laika pārējā neona vēsture līdz mūsdienām iet roku rokā ar jauno tehnoloģiju parādīšanos; kā arī nepieciešamība pēc kriogēnām sistēmām, kuras to varētu izmantot kā dzesēšanas šķidrumu.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

- izskats

Stikla flakons vai flakons ar neonu, ko ierosina elektriskā izlāde. Avots: Ķīmisko elementu Hi-Res attēli

Neons ir bezkrāsains, bez smaržas un bez garšas gāze. Tomēr, kad tiek piemērota elektriskā izlāde, tā atomi tiek jonizēti vai ierosināti, izstarojot enerģijas fotonus, kas redzamajā spektrā nonāk sarkanīgi oranžā zibspuldzē (augšējais attēls).

Tātad neona gaismiņas ir sarkanas. Jo augstāks ir gāzes spiediens, jo augstāka ir nepieciešamā elektrība un iegūtais sarkanīgais mirdzums. Šīs gaismas, kas apgaismo alejas vai veikalu fasādes, ir ļoti izplatītas, īpaši aukstā klimatā; tā kā sarkanīgi intensitāte ir tāda, ka tā var iekļūt miglā no ievērojama attāluma.

- molārā masa

20,1797 g / mol.

- atomu skaitlis (Z)

10.

- Kušanas temperatūra

-248,59 ° C.

- Vārīšanās punkts

-246,046 ° C.

- blīvums

-Normālos apstākļos: 0,9002 g / L.

-No šķidruma, tieši viršanas temperatūrā: 1,207 g / ml.

- Tvaika blīvums

0,6964 (attiecībā pret gaisu = 1). Citiem vārdiem sakot, gaiss ir 1,4 reizes blīvāks nekā neona. Tad gaisā paaugstināsies ar neonu piepūsts balons; kaut arī mazāk ātri, salīdzinot ar vienu, kas piepūsts ar hēliju.

- Tvaika spiediens

0,9869 atm pie 27 K (-246,15 ° C). Ņemiet vērā, ka tik zemā temperatūrā neons jau rada atmosfēras spiedienu.

- saplūšanas karstums

0,335 kJ / mol.

- iztvaikošanas siltums

1,71 kJ / mol.

- molārā siltuma jauda

20,79 J / (mol · K).

- Jonizācijas enerģijas

-Pirmais: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ gāzveida).

-Otrais: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ gāze).

-Trešais: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ gāzveida).

Neona jonizācijas enerģijas ir īpaši augstas. Tas ir saistīts ar grūtībām noņemt vienu no valences elektroniem no tā ļoti mazā atoma (salīdzinot ar citiem tā paša perioda elementiem).

- oksidācijas numurs

Vienīgais iespējamais un teorētiskais neona skaitlis vai oksidācijas stāvoklis ir 0; tas ir, savos hipotētiskajos savienojumos tas neiegūst vai nezaudē elektronus, bet gan mijiedarbojas kā neitrāls atoms (Ne ⁰ ).

Tas ir saistīts ar tā kā cēlgāzes nereaģēšanu, kas neļauj tai iegūt elektronus, jo trūkst enerģētiski pieejamas orbītas; un to nevar arī zaudēt ar pozitīvu oksidācijas numuru, jo ir grūti pārvarēt tā desmit protonu efektīvo kodolenerģijas lādiņu.

- reaģētspēja

Iepriekš minētais izskaidro, kāpēc cēlgāze nav ļoti reaģējoša. Tomēr starp visām cēlgāzēm un ķīmiskajiem elementiem neons ir patiesās muižniecības vainaga īpašnieks; Tas nekādā veidā nepieņem elektronus un to nedara no citiem, un tas nevar dalīties ar saviem, jo ​​tā kodols to novērš un tāpēc neveido kovalentās saites.

Neons ir mazāk reaktīvs (cildenāks) nekā hēlijs, jo, kaut arī tā atoma rādiuss ir lielāks, tā desmit protonu efektīvais kodollādiņš pārsniedz divus hēlija kodolā esošos divus protonus.

Kad cilvēks nolaižas caur 18. grupu, šis spēks samazinās, jo ievērojami palielinās atoma rādiuss; Un tāpēc citas cēlgāzes (īpaši ksenons un kriptons) var veidot savienojumus.

Savienojumi

Līdz šim nav zināms neviens attāli stabils neona savienojums. Tomēr tādu poliatomisko katjonu kā ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ un ⁺ esamība ir pārbaudīta, izmantojot optiskos un masu spektrometrijas pētījumus .

Tāpat var pieminēt to Van der Walls savienojumus, kuros, lai arī nav kovalento saišu (vismaz ne formāli), nekovalentā mijiedarbība ļauj tām saglabāt saliedētību stingros apstākļos.

Daži no šādiem Van der Walls savienojumiem neonam ir, piemēram: Ne ₃ (trimeris), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (endoedriskā fullerēna komplekss) ) utt. Un arī jāņem vērā, ka organiskās molekulas arī ar īpašām īpašībām var "noberzt plecus" ar šo gāzi.

Visu šo savienojumu detaļa ir tāda, ka tie nav stabili; turklāt lielākoties tie rodas ļoti spēcīga elektriskā lauka vidū, kur neona kompānijā satraukti ir gāzveida metāla atomi.

Pat ar kovalentu (vai jonu) saiti daži ķīmiķi neuztraucas tos uzskatīt par patiesiem savienojumiem; un tāpēc neons joprojām ir cēls un inerts elements, kas redzams no visām “normālajām” pusēm.

Struktūra un elektroniskā konfigurācija

Mijiedarbības mijiedarbība

Neona atomu varētu iztēloties kā gandrīz kompaktu sfēru tā mazā izmēra un desmit elektronu, no kuriem astoņi ir valences, lielā elektroniskā lieluma efektīvā kodolizlādes dēļ atbilstoši to elektroniskajai konfigurācijai:

1s ² 2s ² 2p ⁶ vai 2s ² 2p ⁶

Tādējādi Ne atoms mijiedarbojas ar savu vidi, izmantojot tā 2s un 2p orbitāles. Tomēr tie ir pilnībā piepildīti ar elektroniem, kas atbilst slavenajam valences oktetam.

Tas nevar iegūt vairāk elektronu, jo 3s orbitāle nav enerģētiski pieejama; Turklāt tas nevar tos pazaudēt arī to mazā atoma rādiusa dēļ, un “šaurais” attālums tos atdala no desmit kodolā esošajiem protoniem. Tāpēc šis Ne atoms vai sfēra ir ļoti stabils, nespēj veidot ķīmiskas saites ar praktiski jebkuru elementu.

Tieši šie Ne atomi nosaka gāzes fāzi. Tā kā tas ir ļoti mazs, tā elektroniskais mākonis ir viendabīgs un kompakts, to grūti polarizēt un tāpēc radīt momentānus dipola momentus, kas blakus esošajiem atomiem rada citus; tas ir, izkliedes spēki starp Ne atomiem ir ļoti vāji.

Šķidrums un stikls

Tāpēc temperatūrai vajadzētu pazemināties līdz -246 ºC, lai neons varētu pāriet no gāzveida stāvokļa uz šķidrumu.

Pēc šīs temperatūras Ne atomi ir pietiekami tuvu, lai izkliedes spēki tos sasaistītu šķidrumā; kaut arī acīmredzot tas nav tik iespaidīgs kā šķidrā hēlija kvantu šķidrums un tā superšķidrums, tam ir 40 reizes lielāka dzesēšanas jauda.

Tas nozīmē, ka šķidrā neona dzesēšanas sistēma ir 40 reizes efektīvāka nekā šķidrā hēlija; ātrāk atdziest un ilgāk uztur temperatūru.

Iemesls varētu būt saistīts ar faktu, ka pat tad, ja Ne atomi ir smagāki par He, pirmais atdalās un izkliedējas vieglāk (sakarst) nekā otrais; bet to mijiedarbība sadursmju vai sastapšanās laikā ir tik vāja, ka atkal strauji palēninās (atdziest).

Temperatūrai pazeminoties vēl vairāk līdz -248 ° C, izkliedes spēki kļūst stiprāki un virzieniskāki, un tagad tie var likt He atomiem kristalizēties uz seju vērstajā kubiskajā (fcc) kristālā. Šis hēlija fcc kristāls ir stabils visos spiedienos.

Kur atrast un iegūt

Supernovas un ledaina vide

Veidojot supernovu, izkliedējas neona strūklas, kas galu galā veido šos zvaigžņu mākoņus un ceļo uz citiem Visuma reģioniem. Avots: Pxhere.

Neons ir piektais visbagātākais ķīmiskais elements visā Visumā. Tā kā tai nav reaktivitātes, augsta tvaika spiediena un gaismas masas, tā izkļūst no Zemes atmosfēras (lai arī mazākā mērā nekā hēlijs), un jūrās maz izšķīst. Tāpēc šeit, Zemes gaisā, tā tik tikko koncentrācija ir 18,2 ppm pēc tilpuma.

Lai minētā neona koncentrācija pieaugtu, ir nepieciešams pazemināt temperatūru līdz absolūtās nulles apkārtnei; apstākļi ir iespējami tikai Kosmosā un mazākā mērā dažu gāzes gigantu, piemēram, Jupitera, ledainajā atmosfērā, uz meteorītu akmeņainajām virsmām vai Mēness eksosfērā.

Tomēr tā vislielākā koncentrācija ir novajās vai supernovās, kas izplatītas visā Visumā; kā arī zvaigznēs, no kurām tās rodas, apjomīgākas nekā mūsu saule, kuras iekšpusē oglekļa un skābekļa nukleosintēzes rezultātā rodas neona atomi.

Gaisa sašķidrināšana

Lai arī tā koncentrācija mūsu gaisā ir tikai 18,2 ppm, tas ir pietiekami, lai no jebkuras mājas telpas iegūtu dažus litrus neona.

Tādējādi, lai to ražotu, gaiss jāpakļauj sašķidrināšanai un pēc tam jāveic kriogēna frakcionēta destilācija. Tādā veidā tā atomus var atdalīt no šķidrās fāzes, kas sastāv no šķidrā skābekļa un slāpekļa.

Izotopi

Neona visstabilākais izotops ir ²⁰ Ne, ar pārpilnību 90,48%. Tam ir arī divi citi izotopi, kas arī ir stabili, bet mazāk bagātīgi: ²¹ Ne (0,27%) un ²² Ne (9,25%). Atlikušie ir radioizotopi, un šobrīd no tiem ir zināmi piecpadsmit ( ^15-19 Ne un ^23-32 Ne ).

Riski

Neons ir nekaitīga gāze no gandrīz visiem iespējamiem aspektiem. Tā kā tai nav ķīmiskās reaktivitātes, tas vispār neiejaucas nevienā vielmaiņas procesā, un, tieši nonākot ķermenī, tas to atstāj bez asimilācijas. Tāpēc tai nav tūlītējas farmakoloģiskas iedarbības; lai gan tas ir saistīts ar iespējamu anestēzijas efektu.

Tāpēc, ja notiek neona noplūde, tas nav satraucošs trauksmes signāls. Tomēr, ja tā atomu koncentrācija gaisā ir ļoti augsta, tas var izspiest skābekļa molekulas, kuras mēs elpojam, kas galu galā izraisa nosmakšanu un veselu virkni simptomu, kas ar to saistīti.

Tomēr šķidrs neons pēc kontakta var izraisīt aukstu apdegumu, tāpēc nav ieteicams to tieši pieskarties. Turklāt, ja spiediens jūsu konteineros ir ļoti augsts, pēkšņa plaisa var būt eksplozīva; nevis ar liesmu klātbūtni, bet ar gāzes spēku.

Neons arī neapdraud briesmas ekosistēmai. Turklāt tā koncentrācija gaisā ir ļoti zema, un nav problēmu to elpot. Un pats galvenais: tā nav viegli uzliesmojoša gāze. Tāpēc tas nekad nedeg neatkarīgi no tā, cik augsta ir temperatūra.

Lietojumprogrammas

apgaismojums

Kā minēts, sarkanās neona gaismas ir sastopamas tūkstošiem uzņēmumu. Iemesls ir tāds, ka nepieciešams tikai zems gāzes spiediens (~ 1/100 atm), lai tas elektriskās izlādes laikā varētu radīt tai raksturīgo gaismu, kas ir ievietots arī dažāda veida reklāmās (reklāma, ceļš utt.).

Caurules ar neoniem var būt izgatavotas no stikla vai plastmasas un tām var būt dažādas formas.

Elektroniskā rūpniecība

Neons ir ļoti svarīga gāze elektronikas rūpniecībā. To izmanto dienasgaismas un sildīšanas lampu ražošanai; ierīces, kas uztver radiāciju vai augstu spriegumu, televīzijas kineskopi, geizeru skaitītāji un jonizācijas kameras.

Lāzeri

Kopā ar hēliju Ne-He duetu var izmantot lāzera ierīcēm, kas izstaro sarkanīgi gaismas staru.

Klatrāts

Lai gan ir taisnība, ka neons nevar veidot savienojumus, tika atklāts, ka zem augsta spiediena (~ 0,4 GPa) tā atomi ir ieslodzīti ledū, veidojot klatrātu. Tajā Ne atomi ir ierobežoti ar sava veida kanālu, kuru ierobežo ūdens molekulas un kurā tie var pārvietoties pa kristālu.

Lai gan šobrīd šim neona klatrītam nav daudz potenciālu pielietojumu, nākotnē tas varētu būt alternatīva tā uzglabāšanai; vai vienkārši kalpot par paraugu, lai padziļinātu izpratni par šiem sasaldētajiem materiāliem. Varbūt uz dažām planētām neons ir ieslodzīts ledus masās.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Neona. PubChem datu bāze. CID = 23987. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Dž. De Smeds, WH Keesoms un HH Mooy. (1930). Uz neona kristāla struktūras. Fizikālā laboratorija Leidenā.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). II struktūras strukturēta neona hidrāta kristāla struktūra un iekapsulācijas dinamika. Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019. gads). Neona. Atgūts no: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. decembris). 10 neona fakti - ķīmiskais elements. Atgūts no: domaco.com
7. Dr Doug Stewart. (2019. gads). Neona elementa fakti. Chemicool. Atgūts no: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019. gads). Neona savienojumi. Atgūts no: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019. gads). Elementa neons: vēsture, fakti un pielietojums. Pētījums. Atgūts no: study.com
10. Džeina E. Boida un Džozefs Rūkers. (2012. gada 9. augusts). Crimson Light Blaze: Neona stāsts. Zinātnes vēstures institūts. Atgūts no: sciencehistory.org