NEON: ZGODOVINA, LASTNOSTI, STRUKTURA, TVEGANJA, UPORABE - KEMIJA - 2025

Neon je kemijski element, ki je predstavljen s simbolom NE. To je žlahtni plin, katerega ime v grščini pomeni novo, kakovost, ki jo je lahko ohranila desetletja, ne le zaradi iskrice svojega odkritja, ampak tudi zato, ker je krasila mesta s svojo svetlobo, ko so razvijali svojo modernizacijo.

Vsi smo že kdaj slišali za neonske luči, ki dejansko ne ustrezajo nič drugega kot rdeče-oranžne; razen če se mešajo z drugimi plini ali dodatki. Dandanes imajo čuden zrak v primerjavi z nedavnimi svetlobnimi sistemi; vendar je neon veliko več kot le osupljiv sodoben vir svetlobe.

Zmaj iz cevi, napolnjenih z neonskimi in drugimi plini, ki ob prejemu električnega toka ionizirajo in oddajajo značilne luči in barve. Vir: AndrewKeenanRichardson.

Ta plin, ki ga sestavljajo praktično atomi Ne, brezbrižni drug do drugega, predstavlja najbolj inertno in plemenito snov od vseh; Je najbolj inerten element v periodični tabeli in trenutno in formalno dovolj stabilna spojina ni znana. Je še bolj inerten od samega helija, a tudi dražji.

Visoki stroški neona so posledica dejstva, da ga ne pridobivajo iz podzemlja, kot se dogaja s helijem, temveč iz utekočinjanja in kriogene destilacije zraka; tudi če je v ozračju prisotno v zadostni količini, da nastane ogromna količina neona.

Lažje je črpati helij iz rezerv zemeljskega plina kot utekočiniti zrak in iz njega črpati neon. Poleg tega je njegova številčnost manjša od helija, tako znotraj kot zunaj Zemlje. V vesolju se neon nahaja v novih in supernovah, pa tudi v regijah, ki so dovolj zamrznjena, da prepreči njegovo beg.

V svoji tekoči obliki je veliko učinkovitejše hladilno sredstvo kot tekoči helij in vodik. Prav tako je to element, ki je prisoten v elektronski industriji v zvezi z laserji in opremo, ki zaznavajo sevanje.

Zgodovina

Zibelka argona

Zgodovina neona je tesno povezana z zgodovino preostalih plinov, ki sestavljajo zrak, in njihovimi odkritji. Angleški kemik Sir William Ramsay se je skupaj z mentorjem Johnom Williamom Struttom (Lord Rayleigh) leta 1894 odločil, da bo s kemičnimi reakcijami preučil sestavo zraka.

Z vzorcem zraka so ga uspeli deoksigenirati in denitrogenizirati ter tako pridobili in odkrili žlahtni plinski argon. Njegova znanstvena strast ga je pripeljala tudi do odkritja helija po raztapljanju mineralnega kleveita v kislem mediju in zbiranju, ki je značilno za sproščeni plin.

Nato je Ramsay posumil, da se med helijem in argonom nahaja kemični element, ki se je posvetil neuspešnim poskusom, da bi jih našel v mineralnih vzorcih. Dokler na koncu ni menil, da bi morali argon skrivati ​​druge pline, ki so manj zračni v zraku.

Tako so se poskusi, ki so privedli do odkritja neona, začeli s kondenziranim argonom.

Odkritje

Ramsay je pri svojem delu, ki mu je pomagal kolega Morris W. Travers, začel z zelo prečiščenim in utekočinjenim vzorcem argona, ki ga je nato podvrgel nekakšni frakcijski in kriogeni destilaciji. Tako sta leta 1898 in na University College London oba angleška kemika uspela identificirati in izolirati tri nove pline: neon, kripton in ksenon.

Prvi od njih je bil neon, ki ga je videl, ko so ga zbrali v stekleni cevi, kjer so nanesli električni udar; njegova intenzivna rdeče-oranžna svetloba je bila še bolj presenetljiva kot barve kriptona in ksenona.

Na ta način je Ramsay dal temu plinu ime 'neon', kar v grščini pomeni 'novo'; iz argona se je pojavil nov element. Kmalu zatem, leta 1904 in zahvaljujoč temu delu, sta skupaj s Traversom prejela Nobelovo nagrado za kemijo.

Neonske luči

Ramsay je imel takrat malo povezave z revolucionarnimi aplikacijami neona, kar zadeva osvetlitev. Leta 1902 je inženir in izumitelj električne energije Georges Claude skupaj s Paulom Delormejem ustanovil podjetje L'Air Liquide, ki se je posvečalo prodaji utekočinjenih plinov v industriji in ki je kmalu videlo svetlobni potencial neona.

Claude, ki so ga navdihnili izumi Thomasa Edisona in Daniela McFarlana Mooreja, je zgradil prve cevi, napolnjene z neonom, s podpisom patenta leta 1910. Svoj izdelek je prodal praktično pod naslednjo premiso: neonske luči so rezervirane za mesta in spomenike, ker so zelo bleščeča in privlačna.

Od takrat naprej ostaja neonska zgodovina do danes v roki z roko v roki s pojavom novih tehnologij; kot tudi potrebo po kriogenih sistemih, ki jih lahko uporabljajo kot hladilno tekočino.

Fizikalne in kemijske lastnosti

- Videz

Steklena viala ali viala z neonom, vzbujena z električnim praznjenjem. Vir: Hi-Res slike kemičnih elementov

Neon je plin brez barve, brez vonja. Ko pa uporabimo električni razelektritev, se njeni atomi ionizirajo ali vzbudijo in oddajajo fotone energije, ki v vidni spekter vstopajo kot rdečkasto oranžna bliskavica (zgornja slika).

Torej so neonske luči rdeče. Višji kot je tlak plina, višja je potrebna električna energija in pridobljen rdečkasti sijaj. Te luči, ki osvetljujejo uličice ali fasade trgovin, so zelo pogoste, zlasti v hladnem podnebju; ker je intenzivnost rdečkaste barve takšna, da lahko z velikih razdalj prodira v meglico.

- Molarna masa

20,1797 g / mol.

- Atomska številka (Z)

10.

- Tališče

-248,59 ° C

- Vrelišče

-246.046 ° C

- Gostota

-Pri normalnih pogojih: 0,9002 g / L

-Iz tekočine, ravno pri vrelišču: 1,207 g / ml.

- Gostota hlapov

0,6964 (glede na zrak = 1). Z drugimi besedami, zrak je 1,4-krat gostejši od neonskega. Potem se bo v zrak dvignil balon, napihnjen z neonom; čeprav manj hitro v primerjavi z enim, napihnjenim s helijem.

- Parni tlak

0,9869 atm pri 27 K (-246,15 ° C). Upoštevajte, da pri tako nizki temperaturi neon že izvaja tlak, ki je primerljiv z atmosferskim.

- Vročina fuzije

0,335 kJ / mol.

- Vročina hlajenja

1,71 kJ / mol.

- Molarna toplotna kapaciteta

20,79 J / (mol · K).

- Ionizacijske energije

-Prvič: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ plinasti).

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

-Tretje: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ plinasti).

Energije ionizacije za neon so še posebej velike. To je posledica težave pri odstranjevanju enega od valenčnih elektronov iz njegovega zelo majhnega atoma (v primerjavi z drugimi elementi istega obdobja).

- oksidacijsko število

Edino verjetno in teoretično število ali stanje oksidacije za neon je 0; to pomeni, da v svojih hipotetičnih spojinah ne pridobiva ali izgublja elektronov, temveč deluje kot nevtralen atom (Ne ⁰ ).

To je posledica njegove ničelne reaktivnosti kot žlahtnega plina, ki mu ne omogoča pridobivanja elektronov zaradi pomanjkanja energetsko razpoložljive orbite. prav tako pa ga ni mogoče izgubiti s pozitivno oksidacijsko številko zaradi težav pri premagovanju dejanskega jedrskega naboja svojih desetih protonov.

- Reaktivnost

Zgoraj opisano, zakaj žlahtni plin ni zelo reaktiven. Vendar je med vsemi žlahtnimi plini in kemičnimi elementi neon lastnik prave plemiške krone; ne sprejema elektronov na noben način in od nikogar in ne more deliti svojega, ker ga njegovo jedro preprečuje in zato ne tvori kovalentnih vezi.

Neon je manj reaktiven (plemenitejši) od helija, ker je njegov atomski polmer večji, če je njegov efektivni naboj njegovih deset protonov večji od polnila dveh protonov v jedru helija.

Ko se človek spušča skozi skupino 18, se ta sila zmanjša, ker se atomski polmer znatno poveča; In zato lahko drugi žlahtni plini (zlasti ksenon in kripton) tvorijo spojine.

Spojine

Do danes ni znana daljinsko stabilna neonska spojina. Vendar je bil obstoj večatomskih kationov, kot so: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ in ^+, preverjen s pomočjo optičnih in masnih spektrometrij .

Prav tako je mogoče omeniti njegove spojine Van der Walls, v katerih, čeprav ni kovalentnih vezi (vsaj formalno) ni, kovalentne interakcije omogočajo, da ostanejo kohezivne v strogih pogojih.

Nekatere take Van der Wallsove spojine za neon so na primer: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (endokardni fulerenski kompleks ) itd. In prav tako je treba opozoriti, da lahko organske molekule tudi pod zelo posebnimi pogoji "drgnejo ramena" s tem plinom.

Podrobnosti vseh teh spojin so, da niso stabilne; poleg tega večina izvira sredi zelo močnega električnega polja, kjer se v družbi neona vzbujajo plinasti kovinski atomi.

Tudi s kovalentno (ali ionsko) vezjo se nekateri kemiki ne trudijo, da bi jih mislili kot prave spojine; in zato je neon še naprej plemenit in inerten element, ki ga vidimo z vseh "normalnih" strani.

Struktura in elektronska konfiguracija

Medsebojne interakcije

Neonski atom je mogoče zaradi majhnosti in velikega jedrskega naboja njegovih desetih elektronov, od tega osem valenčnih, predstaviti kot skoraj kompaktno kroglo:

1s ² 2s ² 2p ⁶ ali 2s ² 2p ⁶

Tako atom Ne deluje s svojim okoljem s pomočjo svojih 2s in 2p orbitale. Vendar pa so v celoti napolnjeni z elektroni, kar ustreza znanemu valenčnemu oktetu.

Ne more pridobiti več elektronov, ker orbita 3s ni energetsko na voljo; Poleg tega jih ne more izgubiti niti zaradi majhnega atomskega polmera, "ozka" razdalja pa jih loči od desetih protonov v jedru. Zato je ta Ne atom ali krogla zelo stabilna, ne more tvoriti kemičnih vezi s praktično nobenim elementom.

Ti atomi Ne določajo plinsko fazo. Ker je zelo majhen, je njegov elektronski oblak homogen in kompakten, težko ga je polarizirati in zato vzpostaviti takojšnje dipolne trenutke, ki v sosednje atome sprožijo druge; to pomeni, da so sile raztresenja med atomi Ne zelo šibke.

Tekočina in steklo

Zato mora temperatura pasti na -246 ºC, tako da lahko neon prehaja iz plinastega stanja v tekočino.

Ko so atomi pri tej temperaturi dovolj blizu, da jih disperzijske sile lahko vežejo v tekočino; da ima očitno, da ni tako impresiven kot kvantna tekočina tekočega helija in njegova presežna tekočina, vendar ima hladilno moč 40-krat večjo od tega.

To pomeni, da je tekoči neonski hladilni sistem 40-krat bolj učinkovit od tekočega helija; hitreje se ohladi in ohranja temperaturo dlje.

Razlog je lahko v dejstvu, da tudi če so atomi Ne težji od He, se prvi ločijo in razpršijo lažje (segrevajo) kot drugi; vendar so med trčenji ali srečanji njihove interakcije tako šibke, da se spet hitro upočasnijo (ohladijo).

Ko se temperatura še bolj spusti na -248 ° C, disperzijske sile postajajo močnejše in bolj usmerjene, zdaj lahko naročijo, da se atomi He izkristalizirajo v litocentrični kubični (fcc) kristal. Ta kristal helija fcc je stabilen pri vseh pritiskih.

Kje najti in pridobiti

Supernove in ledena okolja

Pri nastajanju supernove se razpršijo neonski curki, ki na koncu sestavijo te zvezdne oblake in potujejo v druge regije vesolja. Vir: Pxhere.

Neon je peti najpogostejši kemični element v celotnem Vesolju. Zaradi pomanjkanja reaktivnosti, visokega parnega tlaka in lahke mase pobegne iz Zemljine atmosfere (čeprav v manjši meri kot helij) in se v morjih malo raztopi. Zato ima tu, v Zemljinem zraku, komaj koncentracijo 18,2 ppm.

Da se omenjena koncentracija neona poveča, je treba znižati temperaturo na sosednjo absolutno ničlo; razmere so možne le v Kozmosu in v manjši meri v ledeni atmosferi nekaterih plinskih velikanov, kot je Jupiter, na skalnih površinah meteoritov ali v zunanji Luni.

Njegova največja koncentracija pa je v novih ali supernovah, razporejenih po vesolju; kakor tudi v zvezdah, iz katerih izvirajo, bolj voluminozno od našega sonca, znotraj katerega nastajajo neonski atomi kot posledica nukleosinteze med ogljikom in kisikom.

Utekočinjanje zraka

Čeprav je njegova koncentracija v našem zraku le 18,2 ppm, je dovolj, da dobimo nekaj litrov neona iz katerega koli domačega prostora.

Tako je za njegovo proizvodnjo potrebno podhladiti zrak in nato opraviti kriogeno frakcijsko destilacijo. Na ta način lahko njegove atome ločimo od tekoče faze, sestavljene iz tekočega kisika in dušika.

Izotopi

Neon najstabilnejši izotop je ²⁰ Ne, z obiljem 90,48%. Ima tudi dva druga izotopa, ki sta prav tako stabilna, vendar manj bogata: ²¹ Ne (0,27%) in ²² Ne (9,25%). Preostali so radioizotopi, trenutno pa jih je skupno petnajst ( ^15-19 Ne in ^23-32 Ne ).

Tveganja

Neon je neškodljiv plin iz skoraj vseh možnih vidikov. Zaradi svoje ničelne kemične reaktivnosti sploh ne posega v noben metabolični proces in ravno tako, ko vstopi v telo, ga zapusti, ne da bi se asimiliral. Zato nima takojšnjega farmakološkega učinka; čeprav so bili povezani z možnimi anestetičnimi učinki.

Zato, če pride do neonskega uhajanja, to ni zaskrbljujoč alarm. Če pa je koncentracija njegovih atomov v zraku zelo visoka, lahko izpodrine molekule kisika, ki jih dihamo, kar na koncu povzroči zadušitev in celo vrsto simptomov, povezanih z njim.

Vendar lahko tekoči neon ob stiku povzroči hladne opekline, zato ga ni priporočljivo neposredno dotikati. Tudi, če je tlak v posodah zelo visok, lahko nenadna razpoka eksplozivno; ne s prisotnostjo plamena, ampak s silo plina.

Neon tudi ne predstavlja nevarnosti za ekosisteme. Poleg tega je njegova koncentracija v zraku zelo nizka in pri dihanju ni težav. In kar je najpomembneje: ne gre za vnetljiv plin. Zato ne bo nikoli zgorel ne glede na to, kako visoke so temperature.

Prijave

osvetlitev

Kot rečeno, so rdeče neonske luči prisotne v tisočih obratih. Razlog je v tem, da je potreben le nizek tlak plina (~ 1/100 atm), da lahko pri električnem praznjenju proizvede svojo značilno svetlobo, ki je bila prav tako postavljena v oglase različnih vrst (oglaševanje, znaki cesta itd.).

Cevi z neonskimi napolnjenimi materiali so lahko izdelane iz stekla ali plastike in imajo vse vrste oblik ali oblik.

Elektronska industrija

Neon je zelo pomemben plin v elektronski industriji. Uporablja se za izdelavo fluorescentnih in grelnih žarnic; naprave, ki zaznavajo sevanje ali visoke napetosti, televizijski kinekopi, gejzirski števci in ionizacijske komore.

Laserji

Skupaj s helijem lahko duo Ne-He uporabimo za laserske naprave, ki projicirajo žarek rdečkaste svetlobe.

Clathrate

Čeprav je res, da neon ne more tvoriti nobenih spojin, je bilo ugotovljeno, da so pod visokim pritiskom (~ 0,4 GPa) njegovi atomi ujeti v ledu in tvorijo klatrat. V njem so atomi Ne omejeni na nekakšen kanal, ki ga omejujejo molekule vode in znotraj katerega se lahko premikajo vzdolž kristala.

Čeprav trenutno ni veliko potencialnih aplikacij za to neonsko klathrato, bi to lahko v prihodnosti predstavljalo alternativo za njeno shranjevanje; ali preprosto, služijo kot model za poglobljeno razumevanje teh zamrznjenih materialov. Morda je na nekaterih planetih neon ujet v ledene mase.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Neon. Baza podatkov PubChem. CID = 23987. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom in HH Mooy. (1930). Na kristalni zgradbi Neona. Fizikalni laboratorij v Leidnu.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Kristalna struktura in dinamika inkapsulacije ledu II, strukturiranega neonskega hidrata. Zbornik Nacionalne akademije znanosti 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedija. (2019). Neon. Pridobljeno: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22. december 2018). 10 neonskih dejstev - kemični element. Pridobljeno: misel.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Dejstva o neonskih elementih. Kemikool. Pridobljeno: chemicool.com
8. Wikipedija. (2019). Neonske spojine. Pridobljeno: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Element Neon: Zgodovina, dejstva in uporabe Študij. Pridobljeno: study.com
10. Jane E. Boyd in Joseph Rucker. (9. avgust 2012). Žareva svetlolaska: Zgodba o Neonu. Znanstvenozgodovinski inštitut. Pridobljeno: sciencehistory.org