NEON: ISTORIC, PROPRIETĂȚI, STRUCTURĂ, RISCURI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Neon este un element chimic care este reprezentat prin simbolul Ne. Este un gaz nobil al cărui nume în limba greacă înseamnă nou, o calitate pe care a fost capabil să o mențină zeci de ani nu numai datorită scânteii descoperirii sale, ci și pentru că a împodobit orașele cu lumina ei pe măsură ce își dezvoltau modernizarea.

Am auzit cu toții despre lumini de neon, care nu corespund de fapt decât roșu-portocaliu; cu excepția cazului în care sunt amestecate cu alte gaze sau aditivi. În zilele noastre au un aer ciudat în comparație cu sistemele de iluminat recente; cu toate acestea, neonul este mult mai mult decât o uimitoare sursă de lumină modernă.

Dragon format din tuburi umplute cu neon și alte gaze care, la primirea unui curent electric, ionizează și emit lumini și culori caracteristice. Sursa: AndrewKeenanRichardson.

Acest gaz, care constă practic din atomii Ne, indiferenți unul față de celălalt, reprezintă substanța cea mai inertă și cea mai nobilă dintre toate; Este cel mai inert element din tabelul periodic și nu este cunoscut în prezent și formal un compus suficient de stabil. Este chiar mai inert decât heliul în sine, dar și mai scump.

Costul ridicat al neonului se datorează faptului că nu este extras din subsol, așa cum se întâmplă cu heliul, ci din lichefierea și distilarea criogenică a aerului; chiar și atunci când este prezent în atmosferă în abundență suficientă pentru a produce un volum imens de neon.

Este mai ușor să extrageți heliu din rezervele de gaz natural decât să lichefieze aerul și să extrageți neon din acesta. În plus, abundența sa este mai mică decât cea a heliului, atât în ​​interiorul, cât și în afara Pământului. În Univers, neonul se găsește în novae și supernovee, precum și în regiunile înghețate suficient pentru a împiedica evadarea.

În forma sa lichidă, este un agent frigorific mult mai eficient decât heliul lichid și hidrogenul. De asemenea, este un element prezent în industria electronică în ceea ce privește laserele și echipamentele care detectează radiațiile.

Istorie

Leagănul de argon

Istoria neonului este strâns legată de cea a restului de gaze care formează aerul și descoperirile lor. Chimistul englez Sir William Ramsay, împreună cu mentorul său John William Strutt (Lord Rayleigh), au decis în 1894 să studieze compoziția aerului prin reacții chimice.

Folosind o mostră de aer, au reușit să o deoxigeneze și să le denitrogenizeze, obținând și descoperind argonul gazului nobil. Pasiunea sa științifică l-a dus și el la descoperirea heliului, după dizolvarea cleveitei minerale într-un mediu acid și colectarea caracterizând gazul eliberat.

Apoi, Ramsay a bănuit că există un element chimic situat între heliu și argon, dedicând încercări nereușite de a le găsi în probe minerale. Până la sfârșit el considera că argonul ar trebui să fie „ascuns” alte gaze mai puțin abundente în aer.

Astfel, experimentele care au dus la descoperirea neonului au început cu argon condensat.

Descoperire

În munca sa, Ramsay, asistat de colegul său Morris W. Travers, a început cu un eșantion de argon extrem de purificat și lichefiat, pe care ulterior l-a supus unui fel de distilare fracțională și criogenă. Astfel, în 1898 și la University College London, ambii chimisti englezi au reușit să identifice și să izoleze trei noi gaze: neon, kripton și xenon.

Primul dintre ei a fost neon, pe care l-a văzut când l-au colectat într-un tub de sticlă unde au aplicat un șoc electric; lumina sa roșie-portocalie intensă a fost chiar mai izbitoare decât culorile de kripton și xenon.

În acest fel, Ramsay a dat acestui gaz numele de „neon”, care în greacă înseamnă „nou”; un nou element a apărut din argon. La scurt timp, în 1904 și datorită acestei lucrări, el și Travers au primit Premiul Nobel pentru chimie.

Lumini de neon

Atunci Ramsay nu a avut prea multe legături cu aplicațiile revoluționare ale neonului în ceea ce privește iluminatul. În 1902, inginerul și inventatorul electric, Georges Claude, împreună cu Paul Delorme, au format compania L’Air Liquide, dedicată vânzării gazelor lichefiate industriilor și care în curând a văzut potențialul luminos al neonului.

Claude, inspirat de invențiile lui Thomas Edison și Daniel McFarlan Moore, a construit primele tuburi umplute cu neon, semnând un brevet în 1910. Și-a vândut produsul practic sub următoarea premisă: luminile de neon sunt rezervate orașelor și monumentelor, deoarece acestea sunt foarte orbitor și atractiv.

De atunci, restul istoriei neonului până în prezent merge mână în mână cu apariția noilor tehnologii; precum și necesitatea sistemelor criogenice care îl pot folosi ca lichid de răcire.

Proprietati fizice si chimice

- Aspect

Flacon de sticlă sau flacon cu neon excitat de o descărcare electrică. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

Neonul este un gaz incolor, inodor, fără gust. Cu toate acestea, atunci când se aplică o descărcare electrică, atomii săi sunt ionizați sau excitați, emițând fotoni de energie care intră în spectrul vizibil sub forma unui flash-portocaliu roșiatic (imaginea de sus).

Deci luminile de neon sunt roșii. Cu cât presiunea gazului este mai mare, cu atât este mai mare energia electrică necesară și strălucirea roșiatică obținută. Aceste lumini care luminează aleile sau fațadele magazinelor sunt foarte frecvente, în special în zonele cu climă rece; deoarece intensitatea roșiatică este de așa natură încât poate pătrunde ceața de la distanțe considerabile.

- Masă molară

20,1797 g / mol.

- număr atomic (Z)

10.

- Punctul de topire

-248,59 ° C.

- Punct de fierbere

-246,046 ° C.

- Densitatea

-În condiții normale: 0,9002 g / L.

-De la lichid, chiar la punctul de fierbere: 1,207 g / ml.

- Densitatea vaporilor

0,6964 (raportat la aer = 1). Cu alte cuvinte, aerul este de 1,4 ori mai dens decât neonul. Apoi, un balon umflat cu neon se va ridica în aer; deși mai puțin comparativ cu unul umflat cu heliu.

- Presiunea de vapori

0,9869 atm la 27 K (-246,15 ° C). Rețineți că, la o temperatură atât de scăzută, neonul exercită deja o presiune comparabilă cu cea atmosferică.

- Căldura de fuziune

0,335 kJ / mol.

- Căldura de vaporizare

1,71 kJ / mol.

- Capacitate termică molară

20,79 J / (mol · K).

- Energii de ionizare

-Primul: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ gazos).

-Secunda: 3952,3 kJ / mol (Ne2 ⁺ gaz).

-Trat: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ gazos).

Energiile de ionizare pentru neon sunt deosebit de mari. Acest lucru se datorează dificultății de a scoate unul dintre electronii săi de valență din atomul său foarte mic (în comparație cu celelalte elemente din aceeași perioadă).

- numărul de oxidare

Singurul număr probabil sau teoretic sau starea de oxidare pentru neon este 0; adică în compușii săi ipotetici nu câștigă sau pierde electroni, ci interacționează mai degrabă ca un atom neutru (Ne ⁰ ).

Acest lucru se datorează reactivității sale nule ca gaz nobil, ceea ce nu îi permite să obțină electroni din lipsa unui orbital disponibil energetic; și nici nu se poate pierde prin a avea numere de oxidare pozitive, din cauza dificultății de a depăși sarcina nucleară efectivă a celor zece protoni ai săi.

- Reactivitate

Cele menționate anterior explică de ce un gaz nobil nu este foarte reactiv. Cu toate acestea, printre toate gazele nobile și elementele chimice, neonul este proprietarul adevăratei coroane a nobilimii; nu admite electroni în niciun fel sau de la nimeni și nu își poate împărtăși propriul, deoarece nucleul său îl împiedică și, prin urmare, nu formează legături covalente.

Neonul este mai puțin reactiv (mai nobil) decât heliul, deoarece, deși raza atomică a acestuia este mai mare, sarcina nucleară efectivă a celor zece protoni o depășește pe cea a celor doi protoni din nucleul heliului.

Pe măsură ce se coboară prin grupul 18, această forță scade deoarece raza atomică crește considerabil; Și de aceea celelalte gaze nobile (în special xenonul și kriptonul) pot forma compuși.

compuşi

Până în prezent, nu se cunoaște niciun compus stabil de la distanță de neon. Cu toate acestea, existența cationilor poliatomici precum: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ și ⁺ a fost verificată prin studii de spectrometrie optică și de masă .

De asemenea, se pot menționa compușii săi Van der Walls, în care, deși nu există legături covalente (cel puțin nu formal), interacțiunile non-covalente le permit să rămână coezive în condiții riguroase.

Unele astfel de compuși Van der Waals de neon sunt, de exemplu: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LINIA, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , nec ₂₀ H ₂₀ (complex fullerene endohedral ) etc. De asemenea, trebuie menționat faptul că moleculele organice pot „freca umeri” cu acest gaz în condiții foarte speciale.

Detaliile tuturor acestor compuși sunt că nu sunt stabile; în plus, majoritatea își au originea în mijlocul unui câmp electric foarte puternic, unde atomii de metale gazoase sunt excitați în compania neonului.

Chiar și cu o legătură covalentă (sau ionică), unii chimiști nu se deranjează să le considere compuși adevărați; și, prin urmare, neonul continuă să fie un element nobil și inert văzut din toate părțile „normale”.

Structura și configurația electronică

Interacțiuni de interacțiune

Atomul de neon poate fi vizualizat ca o sferă aproape compactă datorită dimensiunii sale mici și a marii încărcări nucleare efective a celor zece electroni, dintre care opt sunt valenți, conform configurației lor electronice:

1s ² 2s ² 2p ⁶ sau 2s ² 2p ⁶

Astfel, atomul Ne interacționează cu mediul său folosind orbitalele sale 2s și 2p. Cu toate acestea, acestea sunt complet umplute cu electroni, respectând faimosul octet valence.

Nu poate câștiga mai mulți electroni, deoarece orbitalul 3 nu este disponibil energetic; În plus, nu le poate pierde nici din cauza razei lor atomice mici, iar distanța „îngustă” îi separă de cei zece protoni din nucleu. Prin urmare, acest atom sau sferă Ne este foarte stabil, incapabil să formeze legături chimice cu practic orice element.

Acești atomi Ne definesc faza gazelor. Fiind foarte mic, norul său electronic este omogen și compact, greu de polarizat și, prin urmare, de a stabili momente dipolice instantanee care îi induc pe alții în atomii vecini; adică forțele de împrăștiere între atomii Ne sunt foarte slabe.

Lichid și sticlă

De aceea, temperatura trebuie să scadă la -246 ºC pentru ca neonul să poată trece de la o stare gazoasă la una lichidă.

Odată ajuns la această temperatură, atomii de Ne sunt suficient de aproape pentru ca forțele de dispersie să le lege împreună într-un lichid; că, deși aparent nu este la fel de impresionant ca fluidul cuantic al heliului lichid și superfluiditatea acestuia, are o putere de răcire de 40 de ori mai mare decât aceasta.

Aceasta înseamnă că un sistem de răcire cu neon lichid este de 40 de ori mai eficient decât unul lichid de heliu; se răcește mai repede și menține temperatura mai mult timp.

Motivul s-ar putea datora faptului că, chiar și cu atomii de Ne fiind mai grei decât El, primii se separă și se dispersează mai ușor (se încălzește) decât cel din urmă; dar interacțiunile lor sunt atât de slabe în timpul ciocnirilor sau întâlnirilor, încât încetinesc din nou (se răcesc) rapid.

Pe măsură ce temperatura scade și mai mult, până la -248 ° C, forțele de dispersie devin mai puternice și mai direcționale, acum capabile să ordone ca atomii de He să cristalizeze într-un cristal cubic (fcc) centrat pe față. Acest cristal fcc de heliu este stabil sub toate presiunile.

Unde să găsești și să obții

Supranovene și medii înghețate

În formarea unei supernove, jeturile de neon sunt împrăștiate, care sfârșesc prin a compune acești nori stelari și călătorind în alte regiuni ale Universului. Sursa: Pxhere.

Neonul este al cincilea element chimic cel mai abundent din întregul Univers. Datorită lipsei de reactivitate, a presiunii mari de vapori și a masei ușoare, acesta evadează din atmosfera Pământului (deși într-un grad mai mic decât heliul), și se dizolvă puțin în mări. De aceea, aici, în aerul Pământului, abia are o concentrație de 18,2 ppm în volum.

Pentru ca concentrația de neon menționată să crească, este necesară scăderea temperaturii la vecinătatea zero zero; condiții posibile numai în Cosmos și, într-o măsură mai mică, în atmosfera glaciară a unor giganți de gaze precum Jupiter, pe suprafețele stâncoase ale meteoritelor sau în exosfera Lunii.

Cea mai mare concentrare a acesteia se află însă în novae sau supernovele distribuite în întregul Univers; precum și în stelele de la care provin, mai voluminoase decât soarele nostru, în interiorul căruia se produc atomii de neon ca urmare a unei nucleosinteze între carbon și oxigen.

Lichefierea aerului

Deși concentrația sa este de doar 18,2 ppm în aerul nostru, este suficient să obținem câțiva litri de neon din orice spațiu casnic.

Astfel, pentru a-l produce, este necesar să se supună aerul la lichefiere și apoi să se efectueze o distilare fracțională criogenă. În acest fel, atomii săi pot fi separați de faza lichidă compusă din oxigen lichid și azot.

izotopi

Cel mai stabil izotop al neonului este ²⁰ Ne, cu o abundență de 90,48%. De asemenea, are și alți doi izotopi care sunt, de asemenea, stabili, dar mai puțin abundenți: ²¹ Ne (0,27%) și ²² Ne (9,25%). Restul sunt radioizotopi, iar momentan cincisprezece dintre ele sunt cunoscute în total ( ^15-19 Ne și ^23-32 Ne ).

riscuri

Neonul este un gaz inofensiv din aproape toate aspectele posibile. Datorită reactivității sale chimice nule, nu intervine deloc cu niciun proces metabolic și, la fel cum intră în organism, îl părăsește fără a fi asimilat. Prin urmare, nu are efect farmacologic imediat; deși, a fost asociat cu posibile efecte anestezice.

De aceea, dacă există o scurgere de neon, nu este o alarmă îngrijorătoare. Cu toate acestea, dacă concentrația atomilor săi în aer este foarte mare, poate deplasa moleculele de oxigen pe care le respirăm, ceea ce ajunge să provoace sufocarea și o serie întreagă de simptome asociate acestuia.

Cu toate acestea, neonul lichid poate provoca arsuri reci la contact, așa că nu este recomandat să îl atingeți direct. De asemenea, dacă presiunea în containerele dvs. este foarte mare, o fisură bruscă ar putea fi explozivă; nu prin prezența flăcărilor, ci prin forța gazului.

Neonul nu reprezintă nici un pericol pentru ecosistem. În plus, concentrația sa în aer este foarte scăzută și nu există nicio problemă în respirația acestuia. Și cel mai important: nu este un gaz inflamabil. Prin urmare, nu va arde niciodată indiferent de cât de ridicate sunt temperaturile.

Aplicații

lumină

După cum am menționat, luminile de neon roșu sunt prezente în mii de unități. Motivul este că o presiune redusă a gazului este cu greu necesară (~ 1/100 atm), astfel încât să poată produce, la descărcare electrică, lumina sa caracteristică, care a fost plasată și în reclame de diferite tipuri (publicitate, semne de drum etc.).

Tuburile pline de neon pot fi confecționate din sticlă sau plastic și pot lua tot felul de forme sau forme.

Industria electronică

Neonul este un gaz foarte important în industria electronică. Este utilizat pentru fabricarea lămpilor fluorescente și de încălzire; dispozitive care detectează radiații sau tensiuni mari, kinescopi de televiziune, contoare Geyser și camere de ionizare.

lasere

Împreună cu heliu, duo-ul Ne-He poate fi utilizat pentru dispozitive cu laser, care proiectează un fascicul de lumină roșiatică.

clatrat

Deși este adevărat că neonul nu poate forma niciun compus, s-a constatat că sub presiune înaltă (~ 0,4 GPa), atomii săi sunt prinși în gheață pentru a forma clatrat. În el, atomii de Ne se limitează la un fel de canal limitat de moleculele de apă și în interiorul cărora se pot deplasa de-a lungul cristalului.

Deși în prezent nu există multe aplicații potențiale pentru acest clatrat de neon, în viitor ar putea fi o alternativă pentru stocarea sa; sau pur și simplu, servește ca model pentru a aprofunda înțelegerea acestor materiale congelate. Poate, pe unele planete, neonul este prins în mase de gheață.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Neon. Baza de date PubChem. CID = 23987. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom și HH Mooy. (1930). Pe structura de cristal a neonului. Laborator fizic la Leiden.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Structura cristalină și dinamica de încapsulare a hidratului de neon structurat cu gheață II. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Recuperat de la: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (22 decembrie 2018). 10 Fapte Neon - Element chimic. Recuperat de la: thinkco.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Fapte cu elementele neon. Chemicool. Recuperat de la: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Compuși cu neon. Recuperat de la: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). Elementul neon: istorie, fapte și utilizări. Studiu. Recuperat din: studiu.com
10. Jane E. Boyd și Joseph Rucker. (9 august 2012). A Blaze of Crimson Light: Povestea neonului. Institutul de Istorie a Științei Recuperat de la: sciencehistory.org