NEON: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, RISICI, ANVENDELSER - KEMI

Den neon er et grundstof, 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 gnisten fra dens opdagelse, men også fordi det prydede byer med sit lys, da de udviklede deres modernisering.

Vi har alle nogensinde hørt om neonlys, der faktisk svarer til andet end rød-orange; medmindre de blandes med andre gasser eller additiver. I dag har de en mærkelig luft sammenlignet med de 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.

Denne gas, der 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 den periodiske tabel, og i øjeblikket og formelt kendes ikke en stabil nok forbindelse. Det er endnu mere inert end helium i sig selv, men også dyrere.

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

Det er lettere at udtrække helium fra naturgasreserver end at flydende luft og udtrække neon derfra. Derudover er dens overflod mindre end helium, både i og uden for Jorden. I universet findes neon i novæer og supernovaer såvel som i regioner, der er frosset nok til at forhindre, at den slipper ud.

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

Historie

Argon vugge

Neons historie er tæt forbundet med 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 luftens sammensætning gennem kemiske reaktioner.

Ved hjælp af en luftprøve formåede de at deoxygenere og denitrogenisere den og opnå og opdage den ædelgas-argon. Hans videnskabelige lidenskab førte ham også til opdagelsen af helium, efter at han havde opløst mineralet cleveit i et surt medium og opsamlet karakteriseret den frigjorte gas.

På det tidspunkt mistænkte Ramsay, at der var et kemisk element placeret mellem helium og argon og dedikerede mislykkede forsøg på at finde dem i mineralprøver. Indtil han til sidst mente, at argon skulle være ”skjult” andre gasser, der er mindre rigelige i luften.

Således begyndte eksperimenterne, der førte til opdagelsen af neon, med kondenseret argon.

Opdagelse

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

Den første af dem var neon, som han skimtet, da de samlet 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', der 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 for kemi.

Neonlys

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

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

Siden da går resten af neonhistorien indtil i dag hånd i hånd med udseendet af nye teknologier; samt behovet for kryogene systemer, der kan bruge det som en kølevæske.

Fysiske og kemiske egenskaber

- Udseende

Glasflaske eller hætteglas med neon ophidset af en elektrisk udladning. Kilde: Hi-Res-billeder af kemiske elementer

Neon er en farveløs, lugtfri, smagløs gas. Når en elektrisk udladning påføres, ioniseres eller eksiteres dens atomer, og de udsender derimod fotoner af energi, der kommer ind i det synlige spektrum som en rødlig-orange flash (øverste billede).

Så neonlysene er røde. Jo højere gastryk, jo højere krævet elektricitet og den rødlige glød opnås. Disse lys, der belyser gyderne eller facaderne i butikkerne, er meget almindelige, især i kolde klimaer; da den rødlige intensitet er sådan, at den kan trænge ind i tågen i betydelige afstande.

- Molar masse

20,1779 g / mol.

- Atomnummer (Z)

10.

- Smeltepunkt

-248,59 ° C

- Kogepunkt

-246,046 ° C

- Massefylde

-Under normale forhold: 0,9002 g / L

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

- Dampdensitet

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

- Damptryk

0,9869 atm ved 27 K (-246,15 ° C). Bemærk, at ved en sådan lav temperatur udøver neon allerede 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 ⁺ luftformigt).

-Sekund: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ gas).

-Tredde: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ luftformigt).

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

- oxidationsnummer

Den eneste sandsynlige og teoretiske antal eller oxidationstilstand for neon er 0; det vil sige, at det i dets hypotetiske forbindelser ikke vinder eller mister elektroner, men interagerer snarere som et neutralt atom (Ne ⁰).

Dette skyldes dens nullreaktivitet som en ædel gas, som ikke tillader det at få elektroner på grund af manglen på en energisk tilgængelig orbital; og det kan heller ikke gå tabt ved at have positive oxidationsnumre på grund af vanskeligheden med at overvinde den effektive atomladning af dens ti protoner.

- Reaktivitet

Ovennævnte forklarer, hvorfor en ædelgas ikke er meget reaktiv. Blandt alle de ædelgasser og kemiske elementer er neon imidlertid ejeren af den ægte krone af adel; Det indrømmer ikke elektroner på nogen måde eller fra nogen, og det kan ikke dele sin egen, fordi dens kerne forhindrer det og derfor ikke danner kovalente bindinger.

Neon er mindre reaktiv (mere ædel) end helium, selv om dens atomradius er større, den effektive atomladning af dens ti protoner overstiger den for de to protoner i heliumkernen.

Når man går ned gennem gruppe 18, aftager denne kraft, fordi atomradiusen øges markant; Og det er derfor, de andre ædelgasser (især xenon og krypton) kan danne forbindelser.

forbindelser

Indtil videre kendes ingen fjernstabil forbindelse af neon. Eksistensen af polyatomiske kationer, såsom: ⁺, WNe ³⁺, RhNe ²⁺, MoNe ²⁺, ⁺ og ⁺ er blevet verificeret gennem optiske og massespektrometriundersøgelser.

Ligeledes kan nævnes dets Van der Walls-forbindelser, hvor selvom der ikke er nogen kovalente bindinger (i det mindste ikke formelt), tillader de ikke-kovalente interaktioner dem at forblive kohæsive under strenge betingelser.

Nogle sådanne Van der Walls-forbindelser til neon er for eksempel: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂) ₆ Ne ₇, NeC ₂₀ H ₂₀ (endohedral fulleren-kompleks), etc. 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 begejstrede i selskab med neon.

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

Struktur og elektronisk konfiguration

Interaktion interaktion

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

1s ² 2s ² 2p ⁶ eller 2s ² 2p ⁶

Således interagerer Ne-atomet med sit miljø ved hjælp af dets 2'ere og 2p orbitaler. De er dog fuldstændigt fyldt med elektroner, som overholder den berømte valentokctet.

Det kan ikke få flere elektroner, fordi 3'erne orbital ikke er tilgængeligt energisk; Desuden kan den heller ikke miste dem på grund af deres lille atomradius, og den "smalle" afstand adskiller dem fra de ti protoner i kernen. Derfor er dette Ne-atom eller kugle meget stabilt og er ikke i stand til at danne kemiske bindinger med praktisk talt noget 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 dipol-øjeblikke, der inducerer andre i nabolandet atomer; det vil sige spredningskræfterne mellem Ne-atomerne er meget svage.

Væske og glas

Derfor skal temperaturen falde til -246 ºC, så neon kan gå fra en gasformig tilstand til en væske.

En gang ved denne temperatur er Ne-atomerne tæt nok til, at dispersionskræfter kan binde dem sammen i en væske; at selv om det tilsyneladende ikke er så imponerende som kvantevæsken i flydende helium og dens overfluiditet, har den en køleeffekt, der er 40 gange større end dette.

Dette betyder, at et flydende neonkølesystem er 40 gange mere effektivt end et flydende heliumsystem; afkøles hurtigere og opretholder temperaturen længere.

Årsagen kan skyldes det faktum, at selvom Ne-atomer er tungere end Han, skiller førstnævnte sig og spreder sig lettere (opvarmes) end sidstnævnte; men deres interaktion er så svage under deres kollisioner eller møder, at de igen bremser (køler ned) hurtigt.

Når temperaturen falder endnu længere, til -248 ° C, bliver spredningskræfterne stærkere og mere retningsbestemte, nu i stand til at beordre He-atomer til at krystallisere til en ansigt-centreret kubisk (fcc) krystal. Denne helium fcc krystal er stabil under alle tryk.

Hvor man kan finde og skaffe

Supernovaer og iskolde miljøer

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

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

For at nævnte koncentration af neon forøges, er det nødvendigt at sænke temperaturen til nabolaget med absolut nul; forhold kun mulige i kosmos og i mindre grad i iskolde atmosfærer fra nogle gasgiganter som Jupiter, på de stenede overflader af meteoritter eller i månens eksosfære.

Dens største koncentration ligger imidlertid i novæerne eller supernovaerne fordelt over hele universet; såvel som i de stjerner, hvorfra de stammer, mere omfangsrige end vores sol, hvori neonatomer produceres som et resultat af en nukleosyntese mellem kulstof og ilt.

Lufttilførsel

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

For at fremstille den er det således nødvendigt at udsætte luften for forurening og derefter udføre en kryogen fraktioneret destillation. På denne måde kan dets atomer adskilles fra den flydende fase, der består af flydende ilt og nitrogen.

isotoper

Neons mest stabile isotop er ²⁰ Ne med en overflod på 90,48%. Den har også to andre isotoper, der også er stabile, men mindre rigelige: ²¹ Ne (0,27%) og ²² Ne (9,25%). Resten er radioisotoper, og i øjeblikket er femten af dem i alt kendt (^15-19 Ne og ^23-32 Ne).

Risici

Neon er en ufarlig gas fra næsten alle mulige aspekter. På grund af dens nul-kemiske reaktivitet griber den ikke overhovedet ind med 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 anæstetiske effekter.

Det er derfor, hvis der er en neon lækage, er det ikke en bekymrende alarm. Men hvis koncentrationen af dets atomer i luften er meget høj, kan det fortrænge iltmolekylerne, vi indånder, hvilket ender med at forårsage kvælning og en hel række symptomer forbundet med det.

Imidlertid kan flydende neon forårsage kolde forbrændinger ved kontakt, så det anbefales ikke at berøre det direkte. Hvis trykket i dine containere er meget højt, kan en pludselig spræk være eksplosiv; ikke ved tilstedeværelsen af flammer, men af gasens kraft.

Neon repræsenterer heller ikke en fare for økosystemet. Desuden er dens koncentration i luften meget lav, og der er ingen problemer med at indånde den. Og vigtigst af alt: det er ikke en brandfarlig gas. Derfor brænder det aldrig, uanset hvor høje temperaturerne er.

Applikationer

belysning

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

Neonfyldte rør kan være lavet af glas eller plast og antage alle former og former.

Elektronisk industri

Neon er en meget vigtig gas i elektronikindustrien. Det bruges til fremstilling af lysstofrør og opvarmningslamper; enheder, der detekterer stråling eller høje spændinger, fjernsynskineskoper, Geysertællere og ioniseringskamre.

Lasere

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

klatrat

Selv om det er rigtigt, at neon ikke kan danne nogen forbindelser, har det vist sig, at det under højt tryk (~ 0,4 GPa) er atomer, der er fanget i isen for at danne clathrate. I det er Ne-atomerne begrænset til en slags kanal, der er 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 neon-klatrat, kan det i fremtiden være et alternativ til dens opbevaring; eller simpelthen tjene som en model for at uddybe forståelsen af disse frosne materialer. På nogle planeter er neon måske fanget i masser af is.

Referencer

Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
National Center for Biotechnology Information. (2019). Neon. PubChem-database. CID = 23987. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
J. de Smedt, WH Keesom og HH Mooy. (1930). På Crystal-strukturen i Neon. Fysisk laboratorium i Leiden.
Xiaohui Yu & col. (2014). Krystallstruktur og indkapslingsdynamik af is II-struktureret neonhydrat. Proces of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
Wikipedia. (2019). Neon. Gendannet fra: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (22. december 2018). 10 Neonfakta - kemisk element. Gendannes fra: thoughtco.com
Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta om neonelement. Chemicool. Gendannes fra: chemicool.com
Wikipedia. (2019). Neonforbindelser. Gendannet fra: en.wikipedia.org
Nicola McDougal. (2019). Element Neon: Historie, fakta og anvendelser. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com
Jane E. Boyd & Joseph Rucker. (9. august 2012). A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon. Science History Institute. Gendannet fra: sciencehistory.org

NEON: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, RISICI, ANVENDELSER - KEMI - 2025