Неон - Neon

Неон,  10 Ne
Неоновая газоразрядная трубка.jpg
Неон
Появление бесцветный газ, проявляющий оранжево-красное свечение при помещении в электрическое поле
Стандартный атомный вес A r, std (Ne) 20,1797 (6)
Неон в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Беркелиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
Он

Ne

Ar
фторнеоннатрий
Атомный номер ( Z ) 10
Группа группа 18 (благородные газы)
Период период 2
Блокировать   p-блок
Электронная конфигурация [ Он ] 2с 2 2п 6
Электронов на оболочку 2, 8
Физические свойства
Фаза на  СТП газ
Температура плавления 24,56  К (-248,59 ° С, -415,46 ° F)
Точка кипения 27,104 К (-246,046 ° С, -410,883 ° F)
Плотность (при СТП) 0,9002 г / л
в жидком состоянии (при  bp ) 1,207 г / см 3
Тройная точка 24,556 К, 43,37 кПа
Критическая точка 44,4918 К, 2,7686 МПа
Теплота плавления 0,335  кДж / моль
Теплота испарения 1,71 кДж / моль
Молярная теплоемкость 20,79 Дж / (моль · К)
Давление газа
P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс.
при  T  (K) 12 13 15 18 21 год 27
Атомные свойства
Состояния окисления 0
Энергии ионизации
Ковалентный радиус 58  вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса 154 вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии неона
Прочие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура для неона
Скорость звука 435 м / с (газ, при 0 ° C)
Теплопроводность 49,1 × 10 −3  Вт / (м⋅K)
Магнитный заказ диамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость -6,74 × 10 -6  см 3 / моль (298 К)
Объемный модуль 654 ГПа
Количество CAS 7440-01-9
История
Прогноз Уильям Рамзи (1897)
Открытие и первая изоляция Уильям Рамзи и Моррис Трэверс (1898)
Основные изотопы неона
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Продукт
20 Ne 90,48% стабильный
21 Ne 0,27% стабильный
22 Ne 9,25% стабильный
Категория Категория: Неон
| использованная литература

Неон - это химический элемент с символом Ne и атомным номером 10. Это благородный газ . Неон - это бесцветный, инертный одноатомный газ без запаха при стандартных условиях , плотность которого составляет примерно две трети плотности воздуха. Он был открыт (вместе с криптоном и ксеноном ) в 1898 году как один из трех остаточных редких инертных элементов, оставшихся в сухом воздухе после удаления азота , кислорода , аргона и углекислого газа . Неон был вторым из этих трех инертных газов, которые были обнаружены, и сразу же был признан новым элементом из-за его ярко-красного спектра излучения . Название неон происходит от греческого слова νέον , среднего единственного числа от νέος ( neos ), что означает новый. Неон химически инертен , незаряженные соединения неона неизвестны. Известные в настоящее время соединения неона включают ионные молекулы, молекулы, удерживаемые вместе силами Ван-дер-Ваальса, и клатраты .

Во время космического нуклеогенеза элементов в звездах образуется большое количество неона в процессе синтеза альфа-захвата. Хотя неон является очень распространенным элементом во Вселенной и Солнечной системе (он занимает пятое место по количеству в космосе после водорода , гелия , кислорода и углерода ), на Земле он встречается редко. Он составляет около 18,2 частей на миллион воздуха по объему (это примерно столько же, сколько молекулярная или мольная доля) и меньшую долю в земной коре. Причина относительной нехватки неона на Земле и внутренних планетах (земных) заключается в том, что неон очень летуч и не образует соединений, которые могли бы закрепить его на твердых телах. В результате он покинул планетезимали под теплом недавно зажженного Солнца в ранней Солнечной системе. Даже внешняя атмосфера Юпитера несколько обеднена неоном, хотя и по другой причине.

Неон дает отчетливое красновато-оранжевое свечение при использовании в низковольтных неоновых лампах накаливания , высоковольтных газоразрядных трубках и неоновых рекламных вывесках . Красная линия излучения неона также вызывает хорошо известный красный свет гелий-неоновых лазеров . Неон используется в некоторых плазменных трубках и хладагентах, но имеет несколько других коммерческих применений. Она коммерчески экстрагируют с помощью фракционной перегонки из жидкого воздуха . Поскольку воздух является единственным источником, он значительно дороже гелия.

История

Неоновые газоразрядные лампы - символ неона

Неон был открыт в 1898 году британскими химиками сэром Уильямом Рамзи (1852–1916) и Моррисом Траверсом (1872–1961) в Лондоне . Неон был обнаружен, когда Рамзи охладил образец воздуха до тех пор, пока он не превратился в жидкость, затем нагрел жидкость и захватил газы по мере их выкипания. Газы азот , кислород и аргон были идентифицированы, но оставшиеся газы были изолированы примерно в их порядке содержания за шестинедельный период, начавшийся в конце мая 1898 года. Первым был идентифицирован криптон . Следующим, после удаления криптона, был газ, который давал ярко-красный свет при спектроскопическом разряде. Этот газ, обнаруженный в июне, был назван «неон», греческий аналог латинского novum («новый»), предложенного сыном Рамзи. Сразу же был отмечен характерный яркий красно-оранжевый цвет, излучаемый газообразным неоном при электрическом возбуждении. Позже Трэверс писал: «Вспышка малинового света из трубки рассказывала свою собственную историю и была зрелищем, на котором стоит остановиться и никогда не забыть».

Сообщалось также о втором газе вместе с неоном, имеющем примерно ту же плотность, что и аргон, но с другим спектром - Рамзи и Траверс назвали его метаргоном . Однако последующий спектроскопический анализ показал, что это аргон, загрязненный монооксидом углерода . Наконец, та же команда обнаружила ксенон тем же способом в сентябре 1898 года.

Дефицит неона препятствовал его быстрому применению для освещения по образцу трубок Мура , в которых использовался азот и которые были коммерциализированы в начале 1900-х годов. После 1902 года Жорж Клод Компания Air Liquide производства промышленных количеств неона в качестве побочного продукта его воздушно-сжижение бизнеса. В декабре 1910 года Клод продемонстрировал современное неоновое освещение, основанное на запаянной неоновой трубке. Клод ненадолго попытался продать неоновые лампы для внутреннего домашнего освещения из-за их интенсивности, но рынок потерпел неудачу, потому что домовладельцы возражали против цвета. В 1912 году партнер Клода начал продавать неоновые газоразрядные трубки в качестве привлекательных рекламных вывесок и сразу стал более успешным. Неоновые трубки были представлены в США в 1923 году с двумя большими неоновыми вывесками, купленными автомобильным дилером Packard в Лос-Анджелесе. Свечение и привлекательный красный цвет сделали неоновую рекламу совершенно отличной от конкурентов. Интенсивный цвет и яркость неона приравнивались к американскому обществу того времени, предлагая «век прогресса» и превращая города в сенсационные новые среды, наполненные излучающей рекламой и «электро-графической архитектурой».

Неон сыграл роль в базовом понимании природы атомов в 1913 году, когда Дж. Дж. Томсон , в рамках своего исследования состава лучей в каналах , направил потоки ионов неона через магнитное и электрическое поля и измерил отклонение ручьи с фотопластинкой. Томсон заметил на фотопластинке два отдельных пятна света (см. Изображение), что указывало на две разные параболы отклонения. В конце концов Томсон пришел к выводу, что некоторые атомы в неоновом газе имеют большую массу, чем остальные. Хотя это и не поняли , в свое время Thomson, это было первым открытием изотопов из стабильных атомов. Устройство Томсона было грубой версией прибора, который мы теперь называем масс-спектрометром .

Изотопы

Первое свидетельство существования изотопов стабильного элемента было получено в 1913 году в экспериментах с неоновой плазмой. В правом нижнем углу фотопластинки Дж. Дж. Томсона есть отдельные следы от ударов двух изотопов неона-20 и неона-22.

Неон - второй по легкости инертный газ. Неон имеет три стабильных изотопа : 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) и 22 Ne (9,25%). 21 Ne и 22 Ne частично являются первичными, а частично нуклеогенными (т.е. образуются в результате ядерных реакций других нуклидов с нейтронами или другими частицами в окружающей среде), и их вариации в естественном содержании хорошо изучены. Напротив, 20 Ne (главный первичный изотоп, образующийся в звездном нуклеосинтезе ), как известно, не является нуклеогенным или радиогенным . Таким образом, горячо обсуждаются причины изменения 20 Ne на Земле.

Основные ядерные реакции, генерирующие нуклеогенные изотопы неона, начинаются с 24 Mg и 25 Mg, которые производят 21 Ne и 22 Ne соответственно, после захвата нейтрона и немедленного испускания альфа-частицы . Эти нейтроны , которые производят реакции, в основном , получает вторичные реакции скалывания из альфа - частиц , в свою очередь , полученные из урана -рядов цепей распада . Конечный результат дает тенденцию к более низким отношениям 20 Ne / 22 Ne и более высоким 21 Ne / 22 Ne, наблюдаемым в богатых ураном породах, таких как граниты . 21 Ne также может образовываться в нуклеогенной реакции, когда 20 Ne поглощает нейтрон от различных естественных земных источников нейтронов.

Кроме того, изотопный анализ обнаженных земных горных пород продемонстрировал космогенное (космические лучи) образование 21 Ne. Этот изотоп образуется в результате реакций расщепления магния , натрия , кремния и алюминия . Анализируя все три изотопа, можно выделить космогенный компонент из магматического неона и нуклеогенного неона. Это говорит о том, что неон будет полезным инструментом для определения возраста космического облучения поверхностных горных пород и метеоритов .

Подобно ксенону , неон, наблюдаемый в образцах вулканических газов , обогащен 20 Ne и нуклеогенным 21 Ne по сравнению с содержанием 22 Ne. Изотопное содержание неона в этих образцах, полученных из мантии, представляет собой внеатмосферный источник неона. Компоненты, обогащенные 20 Ne, относятся к экзотическим первичным компонентам инертного газа на Земле, возможно, представляющим собой солнечный неон . Повышенные содержания 20 Ne обнаружены в алмазах , что также указывает на наличие солнечно-неонового резервуара на Земле.

Характеристики

Неон - второй по легкости благородный газ после гелия . Он светится красновато-оранжевым светом в вакуумной газоразрядной трубке . Кроме того, у неона самый узкий диапазон жидкостей из всех элементов: от 24,55 до 27,05 К (от -248,45 ° C до -245,95 ° C или от -415,21 ° F до -410,71 ° F). Его холодопроизводительность (на единицу объема) в 40 раз больше, чем у жидкого гелия, и в три раза больше, чем у жидкого водорода . В большинстве случаев это менее дорогой хладагент, чем гелий.

Спектр неона с ультрафиолетовыми (слева) и инфракрасными (справа) линиями, показанными белым цветом

Неоновая плазма имеет самый интенсивный световой разряд при нормальных напряжениях и токах из всех благородных газов. Средний цвет этого света для человеческого глаза красно-оранжевый из-за множества линий в этом диапазоне; он также содержит сильную зеленую линию, которая скрыта, если только визуальные компоненты не рассеиваются с помощью спектроскопа.

Обычно используются два совершенно разных типа неонового освещения . Неоновые лампы накаливания обычно крошечные, большинство из них работают от 100 до 250 вольт . Они широко используются в качестве индикаторов включения и в оборудовании для тестирования цепей, но светодиоды (СИД) в настоящее время преобладают в этих приложениях. Эти простые неоновые устройства были предшественниками плазменных дисплеев и плазменных телевизоров . Неоновые вывески обычно работают при гораздо более высоких напряжениях (2–15 киловольт ), а длина световых трубок обычно составляет несколько метров. Стеклянные трубки часто имеют формы и буквы для вывесок, а также для архитектурных и художественных приложений.

Вхождение

Неоновая вывеска в Хамдене, Коннектикут , цветочный магазин

Стабильные изотопы неона образуются в звездах. Наиболее распространенный изотоп для Neon 20 Н (90,48%) создаются с помощью ядерного синтеза из углерода и углерода в процессе горения углеродсодержащего из звездного нуклеосинтеза . Для этого требуются температуры выше 500 мегакельвинов , которые встречаются в ядрах звезд с массой более 8 солнечных.

Неон широко распространен в мировом масштабе; это пятый самый распространенный химический элемент во Вселенной по массе после водорода, гелия, кислорода и углерода (см. химический элемент ). Его относительная редкость на Земле, как и гелий, объясняется его относительной легкостью, высоким давлением пара при очень низких температурах и химической инертностью - всеми свойствами, которые не позволяют ему попасть в конденсирующиеся газовые и пылевые облака, которые сформировали меньшие и более теплые твердые планеты, такие как Земля. Неон одноатомен, что делает его легче, чем молекулы двухатомного азота и кислорода, которые составляют основную часть атмосферы Земли; воздушный шар, наполненный неоном, поднимется в воздух, хотя и медленнее, чем гелиевый шар.

Распространенность неона во Вселенной составляет примерно 1 часть из 750; на Солнце и, предположительно, в туманности прото-Солнечной системы, примерно 1 часть из 600. Зонд входа в атмосферу космического корабля Galileo обнаружил, что даже в верхних слоях атмосферы Юпитера количество неона уменьшается (истощается) примерно в 10 раз. , до уровня 1 части на 6000 по массе. Это может указывать на то, что даже ледяные планетезимали , которые принесли неон на Юпитер из внешней части Солнечной системы, образовались в области, которая была слишком теплой, чтобы удерживать неоновую атмосферную составляющую (содержание более тяжелых инертных газов на Юпитере в несколько раз больше, чем в Солнце).

Неон составляет 1 часть на 55000 в атмосфере Земли , или 18,2 частей на миллион по объему (это примерно то же самое, что и молекула или мольная доля), или 1 часть на 79000 воздуха по массе. Он составляет меньшую долю в коре. Промышленно производится путем криогенной фракционной перегонки сжиженного воздуха.

17 августа 2015 года, на основе исследований с атмосферой Lunar и пыли окружающей среды Проводник (LADEE) космических аппаратов, ученые НАСА сообщили об обнаружении неона в экзосфере на Луне .

Химия

Кристаллическая структура клатратного гидрата Ne

Неон - это первый благородный газ с p-блоком и первый элемент с истинным октетом электронов. Он инертен : как и в случае с его более легким аналогом гелием , прочно связанные нейтральные молекулы, содержащие неон , не обнаружены. В ионы [Ne Ar ] + , [Н Н ] + и [He - Ne] + наблюдались от оптических и масс - спектрометрических исследований. Твердый гидрат клатрата неона получали из водяного льда и газа неона при давлениях 350–480 МПа и температурах около –30 ° C. Атомы Ne не связаны с водой и могут свободно перемещаться через этот материал. Их можно извлечь, поместив клатрат в вакуумную камеру на несколько дней, получив лед XVI , наименее плотную кристаллическую форму воды.

Знакомая шкала электроотрицательности Полинга основана на энергиях химических связей, но такие значения, очевидно, не измерялись для инертного гелия и неона. Шкала электроотрицательности Аллена , которая полагается только на (измеримые) атомные энергии, определяет неон как наиболее электроотрицательный элемент, за которым следуют фтор и гелий.

Приложения

Неон часто используется в знаках и дает безошибочно яркий красновато-оранжевый свет. Хотя ламповые лампы других цветов часто называют «неоновыми», они используют различные благородные газы или различные цвета флуоресцентного освещения.

Неон используется в электронных лампах , высоковольтных индикаторах, молниеотводах , трубках измерителя волн , телевизионных трубках и гелий-неоновых лазерах . Сжиженный неон коммерчески используется в качестве криогенного хладагента в приложениях, не требующих более низкого диапазона температур, достижимого при более экстремальном охлаждении жидким гелием.

Неон, как жидкость или газ, относительно дорог - в небольших количествах цена жидкого неона может быть более чем в 55 раз дороже жидкого гелия. Расходы на неон - это редкость неона, который, в отличие от гелия, можно получить только в пригодных для использования количествах, отфильтровав его из атмосферы.

Температура тройной точки неона (24,5561 К) является определяющей фиксированной точкой Международной температурной шкалы 1990 года .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки