NEON: HISTÓRIA, VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, RIZIKÁ, POUŽITIA - CHÉMIA - 2025

Neon je chemický prvok, ktorý je reprezentovaný symbolom Nie. Je to ušľachtilý plyn, ktorého meno v gréčtine znamená nové, kvalitu, ktorú si dokázal udržať desaťročia nielen kvôli iskreniu jeho objavu, ale aj preto, že svojím rozvojom modernizoval mestá svojím svetlom.

Všetci sme už niekedy počuli o neónových svetlách, ktoré v skutočnosti zodpovedajú iba červenooranžovej farbe; pokiaľ nie sú zmiešané s inými plynmi alebo prísadami. V súčasnosti majú v porovnaní s nedávnymi svetelnými systémami zvláštny vzduch; neón je však oveľa viac ako len ohromujúci moderný svetelný zdroj.

Drak vyrobený z trubíc naplnených neónmi a inými plynmi, ktoré pri prijatí elektrického prúdu ionizujú a emitujú charakteristické svetlá a farby. Zdroj: AndrewKeenanRichardson.

Tento plyn, ktorý pozostáva prakticky z atómov Ne, navzájom ľahostajných, predstavuje najinertnejšiu a najušľachtilejšiu zo všetkých; Je to najviac inertný prvok v periodickej tabuľke a v súčasnosti a formálne nie je dostatočne stabilná zlúčenina známa. Je ešte inertnejšia ako hélium samotné, ale aj drahšie.

Vysoké náklady na neón sú spôsobené tým, že nie sú extrahované z podložia, ako je to pri héliu, ale zo skvapalňovania a kryogénnej destilácie vzduchu; aj keď je prítomný v atmosfére v dostatočnom množstve, aby vznikol obrovský objem neónov.

Je ľahšie extrahovať hélium z rezerv zemného plynu ako skvapalnený vzduch a extrahovať z neho neón. Okrem toho je jeho hojnosť menšia ako hélium vo vnútri aj mimo Zeme. Vo vesmíre sa neón vyskytuje u novov a supernov, ako aj v dostatočne zamrznutých oblastiach, aby sa zabránilo úniku.

Vo svojej kvapalnej forme je oveľa účinnejšie chladivo ako tekuté hélium a vodík. Podobne je to prvok prítomný v elektronickom priemysle, pokiaľ ide o lasery a zariadenia, ktoré detekujú žiarenie.

histórie

Kolíska argónu

História neónu úzko súvisí s históriou ostatných plynov, ktoré tvoria vzduch, a ich objavmi. Anglický chemik Sir William Ramsay, spolu so svojím mentorom Johnom Williamom Struttom (Lord Rayleigh), sa v roku 1894 rozhodol študovať zloženie vzduchu chemickými reakciami.

Pomocou vzorky vzduchu sa im podarilo deoxygenovať a denitrogenizovať, získať a objaviť argón vzácnych plynov. Jeho vedecká vášeň ho tiež priviedla k objavu hélia, keď rozpustil minerálny cleveit v kyslom prostredí a zhromaždil charakterizujúci uvoľnený plyn.

Potom mal Ramsay podozrenie, že medzi héliom a argónom sa nachádza chemický prvok, ktorý venoval neúspešné pokusy nájsť ich v minerálnych vzorkách. Až nakoniec usúdil, že argón by mal byť „skrytý“ iné plyny, ktoré sú vo vzduchu menej hojné.

Pokusy, ktoré viedli k objavu neónu, začali kondenzovaným argónom.

objav

Vo svojej práci začal Ramsay s pomocou svojho kolegu Morrisa W. Traversa s vysoko vyčistenou a skvapalnenou vzorkou argónu, ktorú následne podrobil určitej frakčnej a kryogénnej destilácii. V roku 1898 a na University College London sa tak anglickým chemikom podarilo identifikovať a izolovať tri nové plyny: neón, kryptón a xenón.

Prvým z nich bol neón, ktorý zazrel, keď ho pozbierali do sklenenej trubice, kde zasiahli elektrický šok; jeho intenzívne červeno-oranžové svetlo bolo ešte výraznejšie ako farby kryptónu a xenónu.

Týmto spôsobom dal Ramsay tomuto plynu názov „neón“, čo v gréčtine znamená „nový“; z argónu sa objavil nový prvok. Krátko nato, v roku 1904 a vďaka tejto práci, on a Travers dostali Nobelovu cenu za chémiu.

Neónové svetlá

Ramsay mal potom málo čo do činenia s revolučnými aplikáciami neónu, pokiaľ ide o osvetlenie. V roku 1902 vytvoril elektrotechnik a vynálezca Georges Claude spolu s Paulom Delorme spoločnosť L'Air Liquide, ktorá sa venuje predaju skvapalnených plynov v priemysle a ktorá čoskoro zaznamenala svetelný potenciál neónu.

Claude, inšpirovaný vynálezmi Thomasa Edisona a Daniela McFarlana Moora, postavil prvé skúmavky naplnené neónom a podpísal patent v roku 1910. Svoj výrobok predal prakticky za nasledujúcich predpokladov: neónové svetlá sú vyhradené pre mestá a pamiatky, pretože sú veľmi oslnivé a atraktívne.

Odvtedy zvyšok histórie neónu až do súčasnosti ide ruka v ruke so vznikom nových technológií; ako aj potrebu kryogénnych systémov, ktoré ich môžu používať ako chladiaca kvapalina.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

- Vzhľad

Sklenená liekovka alebo liekovka s neónom, ktorá je excitovaná elektrickým výbojom. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

Neón je bezfarebný plyn bez chuti a zápachu. Ak sa však použije elektrický výboj, jeho atómy sú ionizované alebo excitované a vyžarujú fotóny energie, ktoré vstupujú do viditeľného spektra ako červenooranžový blesk (horný obrázok).

Neónové svetlá sú teda červené. Čím vyšší je tlak plynu, tým vyššia je požadovaná elektrina a získaná červenkastá žiara. Tieto svetlá osvetľujúce uličky alebo fasády obchodov sú veľmi bežné, najmä v chladnom podnebí; pretože červenkastá intenzita je taká, že môže prenikať hmlu zo značných vzdialeností.

- Molárna hmota

20,1797 g / mol.

- Atómové číslo (Z)

10.

- bod topenia

-248,59 ° C

- Bod varu

-246,046 ° C

- Hustota

- Za normálnych podmienok: 0,9002 g / l.

- Z kvapaliny, len pri teplote varu: 1,207 g / ml.

- Hustota pár

0,6964 (vzhľadom na vzduch = 1). Inými slovami, vzduch je 1,4-krát hustejší ako neón. Potom sa do vzduchu nadvihne balónik nafúknutý neónom; aj keď menej rýchlo ako v prípade nafúknutého héliom.

- Tlak vodnej pary

0,9869 atm pri 27 K (-246,15 ° C). Všimnite si, že pri takejto nízkej teplote neón už vyvíja tlak porovnateľný s atmosférickým.

- Teplo fúzie

0,335 kJ / mol.

- Odparovacie teplo

1,71 kJ / mol.

- Molárna tepelná kapacita

20,79 J / (mol.K).

- Ionizačné energie

- Prvé: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ plynné).

-Sekunda: 3952,3 kJ / mol ( plyn Ne2 ⁺ ).

-Third: 6122 kJ / mol ( plynný Ne ³⁺ ).

Ionizačné energie pre neóny sú obzvlášť vysoké. Je to kvôli ťažkosti s odstránením jedného z jeho valenčných elektrónov z veľmi malého atómu (v porovnaní s ostatnými prvkami rovnakej periódy).

- oxidačné číslo

Jediné pravdepodobné a teoretické číslo alebo oxidačný stav pre neón je 0; to znamená, že vo svojich hypotetických zlúčeninách nezískava alebo nestráca elektróny, ale skôr interaguje ako neutrálny atóm (Ne ⁰ ).

Je to kvôli jeho nulovej reaktivite ako ušľachtilého plynu, ktorý mu neumožňuje získať elektróny kvôli nedostatku energeticky dostupného orbitálu; a nemôže sa stratiť ani pozitívnymi oxidačnými číslami kvôli ťažkostiam pri prekonávaní účinného jadrového náboja svojich desiatich protónov.

- Reaktivita

Vyššie uvedené vysvetľuje, prečo vzácny plyn nie je príliš reaktívny. Avšak medzi všetkými vzácnymi plynmi a chemickými prvkami je neón vlastníkom pravej koruny šľachty; Nepripúšťa elektróny žiadnym spôsobom ani od nikoho a nemôže zdieľať svoje vlastné, pretože jej jadro mu bráni, a preto netvorí kovalentné väzby.

Neón je menej reaktívny (viac ušľachtilý) ako hélium, pretože hoci je jeho atómový polomer väčší, efektívny jadrový náboj jeho desiatich protónov prevyšuje náboj dvoch protónov v jadre hélia.

Ako zostupuje cez skupinu 18, táto sila klesá, pretože atómový polomer sa značne zvyšuje; Preto môžu ďalšie vzácne plyny (najmä xenón a kryptón) vytvárať zlúčeniny.

zlúčeniny

Doteraz nie je známa žiadna vzdialene stabilná zlúčenina neónov. Existencia polyatomických katiónov, ako sú: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ a ^+, sa však overila prostredníctvom štúdií optickej a hmotnostnej spektrometrie .

Podobne je možné uviesť ich Van der Wallsove zlúčeniny, v ktorých síce neexistujú kovalentné väzby (aspoň nie formálne), ale nekovalentné interakcie im umožňujú zostať súdržné za prísnych podmienok.

Niektoré, ako Van der Walls zlúčenín pre neón, sú napríklad: Nie ₃ (trimér), I ₂ Nie ₂ , neničí, NeAuF, riadok, (N ₂ ) ₆ Nie ₇ , NEC ₂₀ H ₂₀ (endohedral fullerenov komplex ), atď. Taktiež treba poznamenať, že organické molekuly môžu tiež „trieť plecia“ týmto plynom za veľmi špeciálnych podmienok.

Detail všetkých týchto zlúčenín je, že nie sú stabilné; okrem toho väčšina pochádza z veľmi silného elektrického poľa, kde sú atómy plynných kovov v spoločnosti neónov vzrušené.

Niektorí chemici sa ani pri kovalentnej (alebo iónovej) väzbe neobťažujú považovať ich za skutočné zlúčeniny; a preto je neón naďalej šľachetným a inertným prvkom pri pohľade zo všetkých „normálnych“ strán.

Štruktúra a elektronická konfigurácia

Interakčné interakcie

Atóm neónu by sa mohol vizualizovať ako takmer kompaktná guľa kvôli svojej malej veľkosti a veľkému účinnému jadrovému náboju svojich desiatich elektrónov, z ktorých osem je podľa ich elektronickej konfigurácie valenčné:

1s ² 2s ² 2p ⁶ alebo 2s ² 2p ⁶

Atóm Ne teda interaguje so svojím prostredím pomocou svojich 2s a 2p orbitálov. Sú však úplne naplnené elektrónmi a zodpovedajú slávnemu valenskému oktetu.

Nemôže získať viac elektrónov, pretože 3-orbital nie je energeticky dostupný; Okrem toho ich nemôže stratiť ani z dôvodu ich malého atómového polomeru a „úzka“ vzdialenosť ich oddeľuje od desiatich protónov v jadre. Preto je tento atóm alebo guľa Ne veľmi stabilný a nemôže tvoriť chemické väzby s prakticky akýmkoľvek prvkom.

Plynnú fázu určujú práve tieto atómy Ne. Elektronický cloud je veľmi malý a je homogénny a kompaktný, ťažko polarizovateľný, a preto vytvára okamžité dipólové momenty, ktoré indukujú ostatných v susedných atómoch; to znamená, že rozptylové sily medzi atómami Ne sú veľmi slabé.

Kvapalina a sklo

Preto musí teplota klesnúť na -246 ° C, aby neón mohol prejsť z plynného stavu do kvapaliny.

Raz pri tejto teplote sú atómy Ne dosť blízko na to, aby ich rozptyľovacie sily mohli spojiť v kvapaline; že hoci to zjavne nie je také pôsobivé ako kvantová tekutina tekutého hélia a jeho superfluidita, má chladiacu silu 40-krát väčšiu ako táto.

To znamená, že chladiaci systém na kvapalinové neóny je 40-krát účinnejší ako kvapalinový hélium; ochladzuje rýchlejšie a udržuje teplotu dlhšie.

Dôvodom môže byť skutočnosť, že aj keď sú atómy Ne ťažšie ako He, bývalé atómy sa oddelia a ľahšie rozptýlia (zahrievajú); ale ich interakcie sú počas kolízií alebo stretnutí také slabé, že sa znova rýchlo spomaľujú (ochladzujú).

Keď teplota klesá ešte ďalej, na -248 ° C, disperzné sily sa stávajú silnejšími a viac smerovými, ktoré sú teraz schopné nariadiť He atómom, aby vykryštalizovali na kubický kryštál (fcc) zameraný na tvár. Tento kryštál hélia fcc je stabilný pri všetkých tlakoch.

Kde nájsť a získať

Supernovy a ľadové prostredie

Pri formovaní supernovy sú rozptýlené neónové prúdy, ktoré nakoniec tvoria tieto hviezdne oblaky a putujú do iných oblastí vesmíru. Zdroj: Pxhere.

Neón je piaty najhojnejší chemický prvok v celom vesmíre. Kvôli svojej nedostatočnej reaktivite, vysokému tlaku pary a nízkej hmotnosti uniká zo zemskej atmosféry (aj keď v menšej miere ako hélium) a v moriach sa rozpúšťa len málo. Preto tu má vo vzduchu Zeme sotva koncentráciu 18,2 ppm objemových.

Aby sa uvedená koncentrácia neónu zvýšila, je potrebné teplotu znížiť na absolútnu nulu; podmienky sú možné iba v kozme a v menšej miere v ľadovej atmosfére niektorých plynných gigantov ako je Jupiter, na skalnatých povrchoch meteoritov alebo v exosfére Mesiaca.

Jeho najväčšia koncentrácia je však v novinách alebo supernovách distribuovaných po celom vesmíre; ako aj v hviezdach, z ktorých pochádzajú, sú objemnejšie ako naše slnko, v ktorých sa vytvárajú atómy neónov v dôsledku nukleosyntézy medzi uhlíkom a kyslíkom.

Skvapalnenie vzduchu

Aj keď jej koncentrácia je v našom vzduchu iba 18,2 ppm, stačí z akéhokoľvek domáceho priestoru získať pár litrov neónu.

Na jeho výrobu je teda potrebné vzduch podrobiť skvapalneniu a potom vykonať kryogénnu frakčnú destiláciu. Týmto spôsobom môžu byť jeho atómy oddelené od kvapalnej fázy zloženej z tekutého kyslíka a dusíka.

izotopy

Najstabilnejší izotop Neónu je ²⁰ Ne, s výskytom 90,48%. Má tiež dva ďalšie izotopy, ktoré sú tiež stabilné, ale menej početné: ²¹ Ne (0,27%) a ²² Ne (9,25%). Zvyšok sú rádioizotopy a v súčasnosti je ich známe celkom ¹⁵ ( ^15-19 Ne a ^23-32 Ne ).

riziká

Neón je neškodný plyn z takmer všetkých možných hľadísk. Vďaka svojej nulovej chemickej reaktivite vôbec nezasahuje žiadnym metabolickým procesom a práve pri vstupe do tela ho opúšťa bez asimilácie. Preto nemá okamžitý farmakologický účinok; hoci to bolo spojené s možnými anestetickými účinkami.

Preto, ak dôjde k úniku neónov, nejde o znepokojujúci alarm. Ak je však koncentrácia jeho atómov vo vzduchu veľmi vysoká, môže vytlačiť molekuly kyslíka, ktoré dýchame, čo nakoniec spôsobí zadusenie a s ním spojené celý rad symptómov.

Kvapalinový neón však môže pri kontakte spôsobiť popáleniny za studena, preto sa neodporúča priamo sa ho dotýkať. Tiež, ak je tlak v nádobách veľmi vysoký, náhle trhliny môžu byť výbušné; nie prítomnosťou plameňov, ale silou plynu.

Neon tiež nepredstavuje nebezpečenstvo pre ekosystém. Ďalej je jeho koncentrácia vo vzduchu veľmi nízka a nie je problém s jeho dýchaním. A čo je najdôležitejšie: nejde o horľavý plyn. Preto nikdy nespáli bez ohľadu na to, aké vysoké teploty sú.

aplikácia

osvetlenie

Ako už bolo spomenuté, červené neónové svetlá sú prítomné v tisícoch podnikov. Dôvod je ten, že je potrebný iba nízky tlak plynu (~ 1/100 atm), aby mohol pri elektrickom výboji vyrábať svoje charakteristické svetlo, ktoré bolo umiestnené aj v reklamách rôzneho druhu (reklama, znaky cesta atď.).

Rúrky naplnené neónom môžu byť vyrobené zo skla alebo plastu a môžu mať rôzne tvary alebo tvary.

Elektronický priemysel

Neón je v elektronickom priemysle veľmi dôležitý plyn. Používa sa na výrobu žiariviek a žiaroviek; zariadenia, ktoré zisťujú žiarenie alebo vysoké napätie, televízne kineskopy, gejzíry a pulty ionizačnej komory.

lasery

Spolu s héliom sa duo Ne-He dá použiť pre laserové prístroje, ktoré premietajú lúč červenkastého svetla.

klatrátu

Aj keď je pravda, že neón nemôže tvoriť žiadne zlúčeniny, zistilo sa, že pod vysokým tlakom (~ 0,4 GPa) sú jeho atómy zachytené v ľade za vzniku klatrátu. V ňom sú atómy Ne obmedzené na určitý kanál obmedzený molekulami vody, v rámci ktorého sa môžu pohybovať pozdĺž kryštálu.

Aj keď v súčasnosti nie je veľa potenciálnych aplikácií pre toto neónové klatrát, v budúcnosti by to mohla byť alternatíva k jeho skladovaniu; alebo jednoducho slúži ako model na prehĺbenie porozumenia týmto zmrazeným materiálom. Možno, že na niektorých planétach je neón uväznený v masách ľadu.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Neon. PubChem Database. CID = 23987. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom a HH Mooy. (1930). Na kryštálovej štruktúre Neónu. Fyzikálne laboratórium v ​​Leidene.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Kryštalická štruktúra a dynamika zapuzdrenia neónového hydrátu štruktúrovaného ľadom II. Zborník Národnej akadémie vied 111 (29) 10456-10461; DOI: 10,1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Obnovené z: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. decembra 2018). 10 neónových faktov - chemický prvok. Získané z: thinkco.com
7. Doug Stewart. (2019). Fakty o neonových prvkoch. Chemicool. Získané z: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Neónové zlúčeniny. Obnovené z: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Element Neon: História, fakty a použitia. Štúdia. Obnovené z: study.com
10. Jane E. Boyd a Joseph Rucker. (9. augusta 2012). Blaze of Crimson Light: Príbeh neónu. Ústav dejín vedy. Obnovené z: sciencehistory.org