Je to šestý nejrozšířenější prvek ve vesmíru, po vodíku, heliu, kyslíku, dusíku a uhlíku. Jeho existence byla předpovězena dvakrát. Byl pojmenován „po“ řeckého slova neos, což znamená „nový“. A ještě něco – bez tohoto plynu by náš život jen stěží byl tak jasný jako dnes.
V roce 1898 ve Starém světě, když spektroskopem studovali první části plynu vypařující se z kapalného vzduchu, objevil v nich skotský chemik William Ramsay (Ramsay) spolu s Morrisem Williamem Traverem nový plyn Neon (Ne 6) – inertní plyn obsažený ve vzduchu v mikroskopických množstvích. Toto byl třetí inertní plyn objevený vědci, po argonu a heliu.
Neon: příběh o objevu
„Nemyslíte si, že na konci prvního sloupce periodické soustavy je místo pro plynné prvky, tzn. mezi halogeny a alkalickými kovy? Toto jsou slova z Ramsayho dopisu Rayleighovi. Dopis byl napsán, když ze všech inertních plynů věda znala pouze helium a argon. Místo helia bylo identifikováno na konci první periody. Argon uzavřel třetí. A za druhé?
V roce 1897 měl Ramsay v Torontu přednášku s názvem „Neobjevený plyn“. Ve své zprávě předpověděl existenci jednoduchého plynu s hustotou vodíku 10, atomovou hmotností 20 a dalšími konstantami mezi He a Ar. O dva roky dříve, i když ne tak podrobně, existenci plynného prvku s atomovou hmotností 20 předpověděl francouzský chemik Lecoq de Boisbaudran. Kde ale tento dvakrát předpovídaný prvek hledat?
Nejprve Ramsay a jeho spolupracovníci pracovali na minerálech, přírodních vodách, dokonce i meteoritech. Výsledky testů byly vždy negativní. Mezitím – teď už víme – v nich byl nový plyn. Tyto „mikrostopy“ však nebyly zachyceny metodami, které existovaly na konci minulého století.
Výzkumníci se otočili do vzduchu. Vzduch byl zkapalněn a poté se začal pomalu odpařovat, shromažďovat a studovat různé frakce. Jednou z vyhledávacích metod byla spektrální analýza: plyn byl umístěn do výbojky, byl připojen proud a z čar spektra bylo určeno „kdo je kdo“.
Když byla do výbojky umístěna první, nejlehčí a nejníže vroucí frakce vzduchu, byly ve spektru objeveny nové čáry spolu se známými čarami dusíku, helia a argonu. Z nich byla červená a oranžová obzvláště jasná. Daly světlu v trubici ohnivou barvu.
Mezi argonem a heliem – vlastnosti neonu
Atom neonu má uzavřený elektronový obal: ve dvou energetických hladinách jsou 2 a 8 elektronů. Chemická inertnost neonu je výjimečná. V tom mu může konkurovat pouze helium. Dosud nebyla získána jediná valenční sloučenina. I tzv. klatrátové sloučeniny neonu s vodou, hydrochinonem a dalšími látkami (obdobné sloučeniny těžkých vzácných plynů – radon, xenon, krypton a dokonce i argon – jsou velmi obtížně dostupné a konzervovatelné).
Neon je lehký plyn: je 1,44krát lehčí než vzduch, téměř 2krát lehčí než argon, ale 5krát těžší než helium. Komplexem vlastností má blíže k héliu než argonu a spolu s heliem tvoří podskupinu lehkých inertních plynů.
Neon zkapalňuje při -245,98°C. Bod tání neonu je od bodu varu vzdálen pouze 2,6 °C – rekordně nízké rozmezí, což ukazuje na slabost sil intermolekulární interakce v neonu. Pevný neon se díky tomu získá bez větších potíží: páru stačí krátce odčerpat přes kapalný neon, aby ztvrdl.
Rozpustnost neonu ve vodě a adsorpční kapacita jsou nízké. Ve 100 g vody o teplotě 20 °C se rozpustí pouze 1,75 cm 3 neboli 1,56 mg neonu. Nicméně adsorpce neonu na aktivním uhlí při teplotě kapalného vzduchu je již dostatečná k tomu, aby se tento proces mnohokrát opakoval k oddělení směsi helia a neonu. Při teplotě kapalného vodíku se ze směsi těchto látek vysrážejí krystaly čistého neonu a oddestiluje se plynné helium. To dalo technologii druhou metodu – kondenzační metodu pro oddělení helia a neonu.
Poloměr atomu neonu – 1,62 Ǻ – je dostatečně malý na to, aby tento plyn mohl difundovat tisíckrát rychleji než většina plynů přes tenké přepážky vyrobené z křemene nebo borosilikátového skla (pokud se zahřeje na 300 °C a významný pokles tlaku na obou stranách). Neon takovými přepážkami proniká přibližně 400krát hůře než helium, ale stotisíckrát lépe než argon, dusík a kyslík. Proto difúzní metoda umožňuje čistit neon od těžších plynů.
Je známo, že těžké inertní plyny mají narkotický účinek na lidský a zvířecí organismus. Tato vlastnost je vlastní i neonu, ale ve velmi malé míře, jelikož rozpustnost neonu v tucích, krvi, lymfě a dalších tělesných tekutinách je nízká.Aby se objevily první příznaky anestezie, je nutné inhalovat směs neon a kyslík pod tlakem alespoň 25 atm.
Neon se také vyznačuje vysokou elektrickou vodivostí a jasnou září při průchodu elektrickými výboji.
Neon má vlastnost, která ho ostře odlišuje od ostatních vzácných plynů. Jedná se o jasně červenou barvu záření a intenzita a odstíny neonové záře silně závisí na napětí proudu vytvářejícího elektrický výboj a na příměsích jiných plynů.
Neonové spektrum
Spektrum neonu je bohaté: obsahuje více než 900 řádků. Nejjasnější čáry tvoří paprsek v červené, oranžové a žluté části spektra při vlnách od 6599 do 5400 Ǻ. Tyto paprsky jsou absorbovány a rozptylovány vzduchem a v něm suspendovanými částicemi mnohem méně než krátkovlnné paprsky – modré, indigové, fialové. Proto je světlo neonových lamp vidět lépe a dále než světlo jiných zdrojů a fráze „neonové reklamní světlo“ se stala otřepaným novinovým klišé.
Jak funguje plynová lampa a proč neonová trubice svítí? Vlivem elektrického pole se řídký neon mění ve směs atomů, iontů a elektronů. Kladné ionty – většinou Ne+ – se pohybují směrem k anodě a elektrony se pohybují směrem ke katodě a vytvářejí elektrický proud. Když se rychle pohybující elektrony srazí s atomy, vzruší je; odtud záře plynu – výsledek excitovaných atomů vracejících část své energie ve formě fotonů světla.
Kde se neon „nachází“: ve vesmíru je ho více
Neon se nachází všude – „na Zemi, na nebi i na moři. Jeho nejvyšší koncentrace v atmosféře je 0,00182 % objemu. A celkem je na naší planetě asi 6,6 10 10 tun neonu. Prvek 10 má tři stabilní izotopy: 20 Ne, 21 Ne a 22 Ne. Všude převládá světlo 20 Ne. Ve vzdušném neonu je to 90,92 %, 21 Ne představuje 0,257 % a 22 Ne 8,82 %.
Průměr je nízký – pouze 7·10–5 g/t. Vyvřelé horniny, které tvoří většinu litosféry, obsahují asi 3 miliardy tun neonu. Odtud, jak jsou kameny ničeny, neon uniká do atmosféry. V menší míře je atmosféra zásobována neonem přírodními vodami.
Neon je nejmenším obyvatelem Země ze všech prvků svého období. To je typické pro všechny vzácné plyny, navzdory skutečnosti, že sudé prvky bývají hojnější. „Pozemský“ diagram ostře kontrastuje s „kosmickým“: v plynných mlhovinách a některých hvězdách je milionkrát více neonu než na Zemi.
Koncentrace neonu ve světové hmotě je nerovnoměrná, ale obecně se z hlediska prevalence ve Vesmíru řadí na páté nebo šesté místo mezi všemi prvky. Neon je hojně zastoupen v horkých hvězdách – rudých obrech, v plynných mlhovinách, v atmosféře vnějších planet sluneční soustavy – Jupiter, Saturn, Uran, Neptun. V roce 1974 americký astronom M. Hart zjistil, že atmosféra vzdáleného Pluta ve spodních vrstvách je přibližně stejně hustá jako zemská. Vzhledem k nízké teplotě atmosféry Pluta (asi 40°K). Hart spočítal, že této atmosféře dominuje neon.
Vědci vidí důvod neonové chudoby naší planety v tom, že Země kdysi ztratila svou primární atmosféru, která s sebou vzala většinu inertních plynů. Nemohly se totiž, jako kyslík a jiné plyny, chemicky spojovat s jinými prvky do minerálů a tím se uchytit na planetě.
Kde se vzal světový neon? Tato otázka je součástí obecného problému původu chemických prvků ve Vesmíru. Fyzici vypočítali, že jádro neonu-20, stejně jako jádra jiných lehkých prvků s hmotnostními čísly, která jsou násobky čtyř, se nejsnáze vyrábí fúzí jader helia na horkých hvězdách, kde teploty dosahují 150 milionů stupňů a tlaky jsou kolosální. .
Jak získáte neon?
Vzduch je jediným skutečným zdrojem neonu. Samotný plyn vzniká spolu s heliem jako vedlejší produkt při procesu zkapalňování a oddělování vzduchu. Tato primární směs neonu a helia obsahuje 3 až 10 % (zbytek je dusík). Oddělení helia a neonu se provádí adsorpcí a kondenzací. Adsorpční metoda je založena na schopnosti neonu, na rozdíl od helia, být adsorbován aktivním uhlím chlazeným kapalným dusíkem. Kondenzační metoda je založena na vymrazování neonu při chlazení směsi.
Poptávka po neonu převyšuje produkci
Až donedávna byly jedinými spotřebiteli neonu vakuový průmysl a vědecké laboratoře. Jejich potřeby by mohla uspokojit oddělení neoheliových směsí v instalacích s nízkým a středním výkonem.
V posledních letech se situace začala měnit. Neon jako chladivo je žádaný kvůli rychle se vyvíjející kryogenní technologii; a potřebuje mnohem více neonu než tradiční spotřebitelé. Pojem veličin je zde však relativní. I v zařízení, které zpracuje 170 tisíc m 3 vzduchu za hodinu, se za den vyrobí pouze osm čtyřicetilitrových válců neonu (při tlaku 150 atm.). Dnes poptávka po neonu převyšuje jeho produkci.
Tekutý neon je odolný proti výbuchu. Je těžší než voda, jeho latentní výparné teplo je dvakrát větší než u vodíku a dvacetkrát větší než u hélia. Proto jsou ztráty neonů malé; v moderních kryostatech je dobře zachována po mnoho měsíců.
Raketové palivo je skladováno při teplotě kapalného neonu. Volné radikály se zmrazují v tekutém neonu, konzervují se zvířecí tkáně a v termotlakových komorách se simulují podmínky ve vesmíru. V neonových kryostatech je bezpečné provádět tak jemné reakce netolerantní vůči teplu, jako je přímá syntéza H2О2a z kapalného ozonu a atomárního vodíku nebo výroby fluoridů kyslíku (O2F2Oh3F2 a O4F2).
Pohyblivost neonu a jeho nízká rozpustnost v tělních tekutinách umožňuje nahradit helium v umělém bezdusíkovém vzduchu směsí neon-helium. Oceánauti, potápěči a obecně lidé, kteří pracují při vysokém tlaku, dýchají tento vzduch, aby se vyhnuli dusíkové embolii a dusíkové narkóze. Lehký neonohelový vzduch také zmírňuje stav pacientů trpících poruchami dýchání. Neon-heliový vzduch má oproti vzduchu, ve kterém je dusík nahrazen čistým heliem, jednu výhodu – méně ochlazuje tělo, protože jeho tepelná vodivost je nižší.
Neon je plyn pro světlo
Neon se používá v lampách, když plyn v nich nelze nahradit levnějším argonem. Většina lamp není plněna čistým neonem, ale směsí neon-helium s malým přídavkem argonu pro snížení zapalovacího napětí. Proto je záře lamp oranžově červená. Je viditelný na velké vzdálenosti, nelze jej zaměnit s jinými zdroji světla, mlha mu není překážkou.
Tyto vlastnosti činí plynové neonové lampy nepostradatelné pro signalizační zařízení pro různé účely. Neon svítí na majáky, neonové lampy označují vrcholy výškových budov a televizních věží, hranice letišť, vodních a leteckých cest.
V plynových výbojkách je neon vzácnější, protože intenzita světla, která se zpočátku zvyšuje s tlakem, pak začíná klesat. Tlak neonu v trubicích je 2 a v doutnavkách – 5 mmHg.
Je zřejmé, že postupem času výrobci nápisů zcela přestanou používat neonové osvětlení jako vnitřní osvětlení pro objemová písmena a tento výklenek bude zcela obsazen LED diodami. Po mnoho let však nebude existovat žádná alternativa k plynovým světelným trubicím – klasickému světelnému zdroji ve venkovní reklamě – při výrobě exkluzivních produktů vysoce uměleckého designu a ve znameních využívajících otevřený neon.
Neon a těžké inertní plyny jsou přítomny v plynem plněných solárních článcích, plní thyratrony – elektrická vakuová iontová zařízení, která slouží jako vysokorychlostní relé a mají řadu dalších účelů.
V poslední době se v elektronických počítačích používají miniaturní plynové výbojky s neonem (velikost čtvrtiny krabičky od zápalek), které nahrazují rádiové elektronky a polovodiče. Oproti prvnímu jmenovanému mají výhodu v odolnosti a nízké spotřebě energie, oproti druhému pak v necitlivosti na náhlé výkyvy teplot.
Neon a věda
Element č. 10 se podílel nejméně na dvou důležitých vědeckých objevech. Právě na příkladu neonu v roce 1913 J. Thomson poprvé prokázal existenci izotopů ve stabilním prvku. A v roce 1964 byl pomocí neonu poprvé získán a objeven prvek č. 104, Kurchatovium. V útrobách velkého cyklotronu Dubna došlo k reakci
V roce 1897 W. Ramsay pomocí „metody našeho učitele Mendělejeva“ předpověděl existenci jednoduchého plynu s konstantami mezi He a Ar. O rok později W. Ramsay a M. Travers při zkoumání spekter frakcí pomalu se vypařujícího kapalného vzduchu, ve spektru nejlehčí a nejníže vroucí frakce, spolu se známými čarami dusíku, helia a argonu, objevili červenou a oranžové čáry patřící novému prvku.
Název pochází z řeckého „neos“ – nový. Existuje legenda, podle které pojmenoval nový prvek Ramsayho dvanáctiletý syn: když uviděl neobvyklé jasně červené záření emitované látkou v trubici spektrální analýzy, zvolal: “Nové!”
Hledání v přírodě a získávání:
Neon je pátým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, v atmosféře Slunce a mnoha dalších hvězd je neon na třetím místě po vodíku a heliu. Přírodní neon se skládá ze tří stabilních nuklidů: 20 Ne (90,92 % obj.), 21 Ne (0,257 %) a 22 Ne (8,82 %).
Obsah neonu v atmosférickém vzduchu je 1,82*10 -3 % obj. (celkové zásoby 7,8*10 14 m 3 ). 1 m 3 vzduchu obsahuje asi 18,2 cm 3 neonu. Zemská kůra obsahuje 7·10 -9 % neonu, mořská voda – 2·10 -8 %.
Neon vzniká jako vedlejší produkt rozsáhlé separace kapalného vzduchu na kyslík a dusík. Výsledná směs „neon-helium“ se separuje několika způsoby adsorpcí, kondenzací a nízkoteplotní rektifikací. Adsorpční metoda je založena na schopnosti neonu, na rozdíl od helia, být adsorbován aktivním uhlím chlazeným kapalným dusíkem.
Fyzikální vlastnosti:
Bezbarvý plyn. Bod varu neonu (za normálního tlaku) je -245,9°C, bod tání -248,6°C. Hustota za normálních podmínek je 1,444 kg/m3. Asi 100 ml neonu se rozpustí ve 20 ml vody při 10°C. Nemá alotropii. Když proud prochází trubicí s plynovou výbojkou naplněnou neonem, neon jasně září ohnivě červeným světlem, protože nejjasnější čáry jeho spektra leží v červené části.
Chemické vlastnosti:
Chemická inertnost neonu je výjimečná, konkurovat mu může pouze helium. Dosud nebyla získána jediná valenční sloučenina. Dokonce i takzvané klatrátové sloučeniny neonu s vodou (Ne 6H2O), hydrochinon a další látky se velmi obtížně získávají a skladují.
Pomocí metod optické spektroskopie a hmotnostní spektrometrie však byla prokázána existence iontů Ne +, (NeAr) +, (NeH) + a (HeNe) +. Jsou známy tzv. excimerové molekuly Ne obsahující neon2 a NeF. Při přechodech těchto molekul z metastabilního stavu do stavu nevázaného vzniká laserové záření.
Nejdůležitější spojení:
Neonový klatrát, Ne 6Н2O – spínací spojení
Použití:
Tekutý neon se používá jako chladivo v kryogenních instalacích. Dříve se neon používal v průmyslu jako inertní médium, ale byl nahrazen levnějším argonem. V plynových laserech se jako pracovní médium používá směs neonu a helia.
Neon se používá k plnění plynových výbojek a kontrolek. Trubice naplněné směsí neonu a dusíku (nazývané neonové trubice, obsahující asi 10 % objemu neonu) vyzařují červenou záři, když jimi prochází elektrický výboj a jsou široce používány v reklamě. Neonové lampy se používají pro signalizační účely na majácích a letištích, protože jejich červená barva je velmi špatně rozptýlena mlhou a oparem. „Neon“ často označuje trubice, které vyzařují jinou barvu, kde se ve skutečnosti používá záře fosforu nebo jiných inertních plynů.
Neon jako součást směsi neon-helium-kyslík se používá k dýchání oceánskými auty, potápěči a lidmi pracujícími pod vysokým tlakem, aby se vyhnuli plynové embolii a dusíkové narkóze. Výhodou neonu oproti heliu je, že směs méně ochlazuje tělo, protože tepelná vodivost neonu je menší než u helia. Lehký neon-heliový vzduch také zmírňuje stav pacientů trpících poruchami dýchání.
Mitrikovská L.
Tyumen State University, skupina 501, 2013
Čtěte také: „Jako sluneční soustava. »
Zdroje: Neon (chemický prvek)/Velká encyklopedie Cyrila a Metoděje URL: http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=655520 (datum přístupu: 1.07.2013. XNUMX. XNUMX).
Neon (prvek) // Wikipedie. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Neon (datum přístupu: 1.07.2013).
| ConTren – Chemie pro školáky, studenty, učitele. příprava na zkoušky a olympiády |
