NEON: HISTORIK, EGENSKAPER, STRUKTUR, RISKER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2025

Den neon är ett grundämne som är representerad av symbolen Ne. Det är en ädelgas vars namn på grekiska betyder nytt, en kvalitet som den kunde upprätthålla i årtionden inte bara på grund av gnistrandet av dess upptäckt, utan också för att den prydde städer med sitt ljus när de utvecklade sin modernisering.

Vi har alla någonsin hört talas om neonljus, som faktiskt motsvarar inget annat än rödorange; såvida de inte blandas med andra gaser eller tillsatser. Numera har de en konstig luft jämfört med de senaste belysningssystemen; Neon är dock mycket mer än bara en fantastisk modern ljuskälla.

Dragon tillverkad av rör fyllda med neon och andra gaser som, när de får en elektrisk ström, joniserar och avger karakteristiska ljus och färger. Källa: AndrewKeenanRichardson.

Denna gas, som praktiskt taget består av Ne-atomer, likgiltiga med varandra, representerar den mest inerta och ädla substansen av alla; Det är det mest inerta elementet i det periodiska systemet, och för närvarande och formellt är en tillräckligt stabil förening inte känd. Det är ännu mer inert än helium själv, men också dyrare.

Den höga kostnaden för neon beror på det faktum att den inte extraheras från undergrunden, som händer med helium, utan från flytande och kryogen destillation av luften; även när den finns i atmosfären i tillräcklig mängd för att producera en enorm volym neon.

Det är lättare att utvinna helium från naturgasreserver än att kondensera luft och extrahera neon från det. Dessutom är dess överflöd mindre än helium, både inom och utanför jorden. I universum finns neon i novéer och supernovaer, såväl som i regioner som är frusna nog för att förhindra att den rymmer.

I sin flytande form är det ett mycket effektivare kylmedel än flytande helium och väte. På samma sätt är det ett element som finns i elektronikindustrin när det gäller lasrar och utrustning som upptäcker strålning.

Historia

Argon vagga

Neons historia är nära besläktad med resten av gaserna som utgör luften och deras upptäckter. Den engelska kemisten Sir William Ramsay beslutade tillsammans med sin mentor John William Strutt (Lord Rayleigh) 1894 att studera luftens sammansättning genom kemiska reaktioner.

Med hjälp av ett luftprov lyckades de deoxygenera och denitrogenisera det, erhålla och upptäcka den ädelgasargon. Hans vetenskapliga passion ledde också honom till upptäckten av helium, efter att ha löst upp mineralen cleveite i ett surt medium och samlat in kännetecknande av den frigjorda gasen.

Sedan misstänkte Ramsay att det fanns ett kemiskt element som låg mellan helium och argon, som avsatte misslyckade försök att hitta dem i mineralprover. Tills slutligen han ansåg att argon borde vara "dolda" andra gaser som är mindre rikliga i luften.

Således började experimenten som ledde till upptäckten av neon med kondenserad argon.

Upptäckt

I sitt arbete började Ramsay, med hjälp av sin kollega Morris W. Travers, med ett mycket renat och kondenserat prov av argon, som han därefter utsattes för en slags kryogen och fraktionerad destillation. Således lyckades båda engelska kemister 1898 och vid University College London identifiera och isolera tre nya gaser: neon, krypton och xenon.

Den första av dem var neon, som han skymtade när de samlade den i ett glasrör där de applicerade en elektrisk chock; dess intensiva rödorange ljus var ännu mer slående än färgerna på krypton och xenon.

Det var på detta sätt som Ramsay gav denna gas namnet "neon", som på grekiska betyder "nytt"; ett nytt element dök upp från argon. Strax efter, 1904 och tack vare detta arbete, fick han och Travers Nobelpriset i kemi.

Neonljus

Ramsay hade då lite att göra med de revolutionära tillämpningarna av neon när det gäller belysning. År 1902 bildade elektrotekniker och uppfinnare, Georges Claude, tillsammans med Paul Delorme L'Air Liquide-företaget, som ägnades åt att sälja kondenserade gaser till industrier och som snart såg neonens lysande potential.

Claude, inspirerad av uppfinningarna av Thomas Edison och Daniel McFarlan Moore, byggde de första rören fyllda med neon och undertecknade ett patent 1910. Han sålde sin produkt praktiskt taget under följande förutsättningar: neonljus är reserverade för städer och monument eftersom de är mycket bländande och attraktiv.

Sedan dess går resten av neonhistorien fram till idag hand i hand med utseendet på ny teknik; liksom behovet av kryogena system som kan använda det som kylvätska.

Fysiska och kemiska egenskaper

- Utseende

Glasflaska eller injektionsflaska med neon upphetsad av en elektrisk urladdning. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Neon är en färglös, luktfri, smaklös gas. Men när en elektrisk urladdning appliceras, joneras eller exciteras dess atomer, och avger fotoner av energi som kommer in i det synliga spektrumet som en röd-orange blixt (toppbild).

Så neonlamporna är röda. Ju högre gastryck, desto högre erforderlig el och den rödaktiga glöd erhålls. Dessa ljus som lyser upp gränderna eller fasaderna i butikerna är mycket vanliga, särskilt i kalla klimat; eftersom den rödaktiga intensiteten är sådan att den kan tränga igenom dimman från avsevärda avstånd.

- Molmassa

20,1779 g / mol.

- Atomnummer (Z)

10.

- Smältpunkt

-248,59 ° C

- Kokpunkt

-246,046 ° C

- Densitet

-Under normala förhållanden: 0,9002 g / L.

-Från vätskan, precis vid kokpunkten: 1,207 g / ml.

- Ång-densitet

0,6964 (relativt luft = 1). Med andra ord är luften 1,4 gånger tätare än neon. Sedan kommer en ballong uppblåst med neon att stiga upp i luften; men mindre snabbt jämfört med en uppblåst med helium.

- Ångtryck

0,9869 atm vid 27 K (-246,15 ° C). Observera att vid en sådan låg temperatur utövar neon redan ett tryck som är jämförbart med atmosfäriskt.

- Smältvärme

0,335 kJ / mol.

- Förångningsvärme

1,71 kJ / mol.

- Molär värmekapacitet

20,79 J / (mol · K).

- Ioniseringsenergier

-Först: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ gasformigt).

-Sekund: 3952,3 kJ / mol (Ne2 ⁺ gas).

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

Joniseringsenergierna för neon är särskilt höga. Detta beror på svårigheten att ta bort en av dess valenselektroner från dess mycket lilla atom (jämfört med de andra elementen i samma period).

- oxidationsnummer

Det enda troliga och teoretiska antalet eller oxidationstillståndet för neon är 0; det vill säga i sina hypotetiska föreningar vinner eller förlorar de inte elektroner utan interagerar snarare som en neutral atom (Ne ⁰ ).

Detta beror på dess noll-reaktivitet som en ädelgas, som inte tillåter den att få elektroner på grund av bristen på en energiskt tillgänglig orbital; och inte heller kan det gå förlorat genom att ha positiva oxidationsnummer på grund av svårigheten att övervinna den effektiva kärnkraftsladdningen för dess tio protoner.

- Reaktivitet

Ovannämnda förklarar varför en ädelgas inte är mycket reaktiv. Emellertid, bland alla de ädla gaserna och kemiska elementen är neon ägaren till den äkta krona av adeln; Den tillåter inte elektron på något sätt eller från någon, och den kan inte dela sin egen eftersom dess kärna förhindrar den och därför inte bildar kovalenta bindningar.

Neon är mindre reaktiv (mer ädla) än helium eftersom, trots att dess atomradie är större, är den effektiva kärnladdningen för de tio protonerna överskrider den för de två protonerna i heliumkärnan.

När man går ner genom grupp 18 minskar denna kraft eftersom atomradien ökar avsevärt; Och det är därför de andra ädla gaserna (särskilt xenon och krypton) kan bilda föreningar.

Föreningar

Hittills är ingen fjärrstabil förening av neon känd. Förekomsten av polyatomiska katjoner såsom: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ och ⁺ har emellertid verifierats med hjälp av optiska och masspektrometriundersökningar .

På samma sätt kan nämnas dess Van der Walls-föreningar, i vilka även om det inte finns några kovalenta bindningar (åtminstone inte formellt), låter de icke-kovalenta interaktioner dem förbli kohesiva under rigorösa förhållanden.

Vissa sådana Van der Walls-föreningar för neon är till exempel: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (endohedral fulleren-komplex ), etc. Och det bör noteras att organiska molekyler också kan "gnugga axlar" med denna gas under mycket speciella förhållanden.

Detaljen med alla dessa föreningar är att de inte är stabila; dessutom har de flesta sitt ursprung mitt i ett mycket starkt elektriskt fält, där gasformiga metallatomer är upphetsade i sällskap med neon.

Även med en kovalent (eller jonisk) bindning bryr sig vissa kemister inte om att tänka på dem som sanna föreningar; och därför fortsätter neon att vara ett ädelt och inert element sett från alla "normala" sidor.

Struktur och elektronisk konfiguration

Interaktion interaktion

Neonatomen kan visualiseras som en nästan kompakt sfär på grund av dess lilla storlek och den stora effektiva kärnkraftsladdningen för dess tio elektroner, varav åtta är valens, enligt deras elektroniska konfiguration:

1s ² 2s ² 2p ⁶ eller 2s ² 2p ⁶

Således interagerar Ne-atomen med sin miljö med sina 2s och 2p orbitaler. De är emellertid helt fyllda med elektroner och överensstämmer med den berömda valensoktetten.

Det kan inte få fler elektroner eftersom 3-talets orbital inte är energiskt tillgängligt; Dessutom kan den inte förlora dem antingen på grund av deras lilla atomradie och det "smala" avståndet separerar dem från de tio protonerna i kärnan. Därför är denna Ne-atom eller sfär mycket stabil och kan inte bilda kemiska bindningar med praktiskt taget något element.

Det är dessa Ne-atomer som definierar gasfasen. Eftersom det är väldigt litet är det elektroniska molnet homogent och kompakt, svårt att polarisera och därför upprätta omedelbara dipolmoment som inducerar andra i angränsande atomer; det vill säga spridningskrafterna mellan Ne-atomerna är mycket svaga.

Vätska och glas

Därför måste temperaturen sjunka till -246 ºC så att neon kan gå från ett gasformigt tillstånd till en vätska.

En gång vid denna temperatur är Ne-atomerna tillräckligt nära för att dispersionskrafter ska binda dem samman i en vätska; att även om den uppenbarligen inte är så imponerande som kvantvätskan i flytande helium och dess överflödighet, har den en kylkraft 40 gånger större än detta.

Detta innebär att ett flytande neonkylsystem är 40 gånger effektivare än ett flytande heliumsystem; kyls snabbare och håller temperaturen längre.

Anledningen kan bero på det faktum att även om Ne-atomerna är tyngre än Han, separerar den förstnämnda och sprids lättare (värms upp) än den senare; men deras interaktioner är så svaga under deras kollisioner eller möten, att de igen bromsar (svalnar) snabbt.

När temperaturen sjunker ännu längre, till -248 ° C, blir spridningskrafterna starkare och mer riktade, nu kan de beordra He-atomer att kristallisera till en ansiktscentrerad kubisk (fcc) kristall. Denna helium fcc-kristall är stabil under alla tryck.

Var att hitta och få

Supernovaer och isiga miljöer

Vid bildandet av en supernova är neonstrålar spridda, som i slutändan komponerar dessa stjärnmoln och reser till andra regioner i universum. Källa: Pxhere.

Neon är det femte vanligaste kemiska elementet i hela universum. På grund av dess brist på reaktivitet, höga ångtryck och lätta massa flyr den från jordens atmosfär (även om i mindre grad än helium) och upplöses lite i haven. Det är därför här i jordens luft har den knappt en koncentration på 18,2 ppm per volym.

För att nämnda koncentration av neon ska öka är det nödvändigt att sänka temperaturen till grannskapet med absolut noll; förhållanden endast möjliga i kosmos, och i mindre grad, i de isiga atmosfärerna av vissa gasjättar som Jupiter, på de steniga ytorna av meteoriter eller i månens exosfär.

Dess största koncentration ligger emellertid i noverna eller supernovorna distribuerade över hela universumet; såväl som i de stjärnor från vilka de härstammar, mer omfattande än vår sol, inuti vilken neonatomer produceras som ett resultat av en nukleosyntes mellan kol och syre.

Luftförening

Även om koncentrationen endast är 18,2 ppm i luften räcker det för att få några liter neon från alla hemutrymmen.

För att producera den är det således nödvändigt att utsätta luften för kondensation och sedan utföra en kryogen fraktionerad destillation. På detta sätt kan dess atomer separeras från den flytande fasen bestående av flytande syre och kväve.

isotoper

Neons mest stabila isotop är ²⁰ Ne, med ett överflöd på 90,48%. Den har också två andra isotoper som också är stabila, men mindre rikliga: ²¹ Ne (0,27%) och ²² Ne (9,25%). Återstoden är radioisotoper, och för närvarande är femton av dem totalt kända ( ^15-19 Ne och ^23-32 Ne ).

risker

Neon är en ofarlig gas från nästan alla möjliga aspekter. På grund av dess nollkemiska reaktivitet ingriper den inte alls med någon metabolisk process, och precis som den kommer in i kroppen lämnar den den utan att bli assimilerad. Det har därför ingen omedelbar farmakologisk effekt; även om det har förknippats med möjliga bedövningseffekter.

Det är därför det inte finns ett oroande larm om det finns en neonläcka. Men om koncentrationen av dess atomer i luften är mycket hög, kan den förskjuta syrgasmolekylerna vi andas, vilket slutar orsaka kvävning och en hel serie symtom som är associerade med den.

Flytande neon kan emellertid orsaka kalla brännskador vid kontakt, så det är inte tillrådligt att röra det direkt. Om trycket i dina behållare är mycket högt kan en plötslig spricka vara explosiv. inte genom närvaron av lågor utan genom gasens kraft.

Neon utgör inte heller någon fara för ekosystemet. Dessutom är dess koncentration i luften mycket låg och det finns inga problem med att andas in den. Och viktigast av allt: det är inte en brandfarlig gas. Därför brinner det aldrig oavsett hur höga temperaturerna är.

tillämpningar

belysning

Som nämnts finns röda neonljus i tusentals anläggningar. Anledningen är att endast ett lågt gastryck krävs (~ 1/100 atm) så att det vid elektrisk urladdning kan producera dess karakteristiska ljus, som också har placerats i annonser av olika slag (reklam, tecken på väg, etc.).

Neonfyllda rör kan vara gjorda av glas eller plast och ta på sig alla slags former eller former.

Elektronisk industri

Neon är en mycket viktig gas i elektronikindustrin. Det används för tillverkning av lysrör och värmelampor; enheter som upptäcker strålning eller högspänning, tv-kineskoper, Geyser-räknare och joniseringskamrar.

lasrar

Tillsammans med helium kan Ne-He-duon användas för laseranordningar, som projicerar en stråle med rödaktigt ljus.

klatrat

Även om det är sant att neon inte kan bilda några föreningar har det visat sig att under högt tryck (~ 0,4 GPa) fångas dess atomer i isen för att bilda klatrat. I den begränsas Ne-atomerna till en slags kanal begränsad av vattenmolekyler, och inom vilken de kan röra sig längs kristallen.

Även om det för tillfället inte finns många potentiella applikationer för detta neonklatrat, kan det i framtiden vara ett alternativ för dess lagring; eller helt enkelt tjäna som en modell för att fördjupa förståelsen för dessa frysta material. På vissa planeter kanske neon fångas i ismassor.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. National Center for Biotechnology Information. (2019). Neon. PubChem-databas. CID = 23987. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom och HH Mooy. (1930). På Crystal-strukturen i Neon. Fysiskt laboratorium vid Leiden.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Kristallstruktur och inkapslingsdynamik för is II-strukturerat neonhydrat. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Återställd från: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 december 2018). 10 Neonfakta - kemiskt element. Återställd från: thoughtco.com
7. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta om neonelement. Chemicool. Återställd från: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Neonföreningar. Återställd från: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Elementet Neon: Historia, fakta och användningar. Studie. Återställd från: study.com
10. Jane E. Boyd & Joseph Rucker. (9 augusti 2012). A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon. Science History Institute. Återställd från: sciencehistory.org