Jakou barvou září čistý neon?

Neon objevil Ramsay v roce 1898. V historii prvků této podskupiny bylo poslední desetiletí minulého století dobou mimořádně bohatou na objevy. Mezi jejich autory je mnoho slavných vědců, a to nejen chemiků. Nejprve je ale třeba zmínit dvě jména – jména anglických přírodovědců Rayleigh a Ramsay.

„Nemyslíte, že na konci prvního sloupce periodického systému 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 přednesl Ramsay v Torontu přednášku s názvem „Neobjevený plyn“. Pomocí „metody našeho učitele Mendělejeva“, jak řekl vědec, 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, předpověděl existenci plynného prvku s atomovou hmotností 20, rovněž na základě Mendělejevova zákona, 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 nichž červená a oranžová byly obzvláště jasné. Daly světlu v trubici ohnivou barvu.

Ve chvíli, kdy Ramsay pozoroval spektrum nově získaného plynu, vstoupil do laboratoře jeho dvanáctiletý syn, kterému se podařilo stát se „fanouškem“ otcovy práce. Když uviděl neobvyklou záři, zvolal: “Nová!” Tak vznikl název plynu „neon“, což ve starověké řečtině znamená „nový“.

Mezi argonem a heliem

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).

Obecně je neon 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 teplotě – 245,98 o C. A bod tání neonu je pouze 2,6 o C od bodu varu – rekordně nízké rozmezí, což ukazuje na slabost sil mezimolekulární interakce v neonu. Pevný neon se díky tomu získá bez větších potíží: páru stačí krátce odčerpat přes kapalný neon, aby ztvrdl.

ČTĚTE VÍCE

Co je to synagoga pro Židy?

Rozpustnost neonu ve vodě a adsorpční kapacita jsou nízké; ve 100 g vody při 20 o 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 – je dostatečně malý na to, aby tento plyn mohl difundovat tisíckrát rychleji než většina plynů přes tenké přepážky z křemenného nebo borosilikátového skla (pokud jsou tyto zahřáté na 300 400 °C a dojde k výraznému poklesu tlaku na obou stranách) . Neon takovými přepážkami proniká přibližně 50krát 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 také vlastní neonu, ale ve velmi malé míře, protože rozpustnost neonu v tucích, krvi, lymfě a dalších tělesných tekutinách je nízká.

Aby se objevily první příznaky anestezie, je nutné inhalovat směs neonu a kyslíku 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.

Spektrum neonu je bohaté, s více než 900 identifikovanými řádky. Nejjasnější čáry tvoří paprsek v červené, oranžové a žluté části spektra na vlnových délkách od 6599 do 5400. Tyto paprsky jsou mnohem méně absorbovány a rozptylovány vzduchem a částicemi v něm suspendovanými 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, které odevzdávají část své energie ve formě fotonů světla.

Tady a ve vesmíru

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 N 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 představuje -8,82 %.

Průměrný obsah neonu v zemské kůře 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 a přírodními vodami.

ČTĚTE VÍCE

Můžete vypnout čerpadlo akvária na noc?

Jak je patrné z diagramů na straně 32, 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 o 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.

Zdroj dominantního světelného izotopu na Zemi, 20 Ne, nebyl dosud přesně objasněn. V mnoha alfa-aktivních minerálech je relativní obsah těžkého 21Ne a 22Ne desítky a stokrát vyšší než jejich obsah ve vzduchu. Již jedno kolísání obsahu izotopů neonu v minerálech přesvědčuje, že alespoň část neonu-21 a neonu-22 vznikla v hlubinách Země; Tyto izotopy vznikly při jaderných přeměnách. Jeden z nich byl nesporně prokázán: jedná se o zachycení částic alfa jádry těžkého kyslíku 18 O:

Pravděpodobně neon, stejně jako vodík a helium, ale jen velmi pomalu, vylétá z atmosféry do vesmíru. Stávající výzkumné metody však nejsou dostatečně jemné, aby experimentálně potvrdily tuto pozici; Předpokládá se, že vrstvy atomárního kyslíku a helia v horních vrstvách atmosféry Země obsahují příměs neonu.

Předpokládá se, že ve vesmíru stejně jako na Zemi převládá světelný izotop 20 Ne. Je pravda, že mnoho 21 Ne a 22 Ne se nachází v meteoritech, ale předpokládá se, že tyto izotopy se vytvořily v samotných meteoritech, když putovaly vesmírem pod bombardováním kosmickým zářením.

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. V procesu separace vzduchu nízkoteplotní rektifikací přecházejí jeho nejtěkavější složky – helium a neon – do první frakce. Odebírá se zpod uzávěru kondenzátoru zařízení na separaci vzduchu.

Tato primární směs neonu a helia obsahuje 3 až 10 % (zbytek je dusík). To je zcela přirozené, protože v 1000 litrech vzduchu je pouze 18,2 cm 3 neonu a 5 cm 3 helia. Směs se posílá do zpětného chladiče, kde zkondenzuje většina dusíku a obsah neonu a helia ve směsi stoupne na 35 %. V další aparatuře – zpětném chladiči-adsorbéru, kde je kondenzace dusíku kombinována s adsorpcí, je možné se dusíku téměř úplně zbavit. V závislosti na stupni čištění obsahuje výsledná směs neonu a helia 40 % Ne a 30 % He.

ČTĚTE VÍCE

Co potřebujete vědět před nákupem ryb?

V SSSR jsou válce se směsí neon-helium natřeny světle hnědou s bílým nápisem a válce se samotným neonem jsou natřeny černě se žlutým pruhem.

Technika se obvykle spokojí se směsí neon-helium, ale někdy je potřeba i čistý neon. Proto se směs lehkých inertních plynů odděluje adsorpčně-tepelnou metodou na uhlí za hlubokého chladu nebo se neon zmrazí do pevného stavu.

V Tbilisi v Institutu stabilních izotopů se jednotlivé izotopy neonu získávají difuzními metodami. Jsou potřeba pro vědecké experimenty. V Dubně byly tedy prvky 22 a 102 syntetizovány pomocí 104 Ne iontů. Dá se říci, že jde o nejmodernější neonové povolání. Ale zdaleka ne jediný.

K čemu je neon?

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.

Jaké vlastnosti neonu přitahovaly pozornost kryogenních vědců? Jistou roli hraje nedostatek helia, který si vynutil jeho nahrazení hledáním studených tekutin. Zkapalněný neon vytváří chladnou hladinu 43 o absolutní stupnici. To je dostatečné pro kryogenní radioelektroniku (detektory infračerveného záření, masery, lasery) a elektrotechnický průmysl, který používá slitiny s vysokými kritickými přechodovými teplotami jako supravodiče. Pravda, kapalný vodík může produkovat takový a ještě silnější chlad, ale jeho použití je plné nebezpečí výbuchů.

Tekutý neon je odolný proti výbuchu a navíc má čistě individuální výhody. 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. Neon odebere 3,3x více tepla než stejný objem kapalného vodíku a pokud použijete pevný neon, tak o dalších 20% více.

V neonovém kryostatu lze teplotu řídit s velkou přesností. K tomu stačí pouze udržovat daný tlak: i při malých změnách teploty se tlak par nad kapalným peonem prudce mění.

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).

ČTĚTE VÍCE

Jak dlouho trvá, než se na mrtvole objeví larvy?

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.

A nakonec – o tradičním.

Neon – plyn zařízení a lamp

Neon se používá v těch lampách, ve kterých jej nelze nahradit levnějším argonem. Většina výbojek je naplněna nikoli čistým neonem, ale směsí neon-helium s malým přídavkem argonu pro snížení zapalovacího napětí. Proto je záře lamp oranžově červená. Je vidět na velké vzdálenosti, nelze si jej splést 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.

Pozoruhodnou vlastností neonové záře je její velmi nízká setrvačnost. To znamená, že záře se okamžitě a citlivě zvyšuje nebo snižuje se změnou proudu. Neonové lampy se proto používají při konstrukci signálních panelů a štítů pro rozhlasová a televizní zařízení, v ústřednách telefonních ústředen a v zařízeních pro nejrůznější účely.

Roli indikátoru napětí nejčastěji plní neonová pumpa s doutnající září. Jeho záblesk dává signál, že elektrický obvod, ve kterém je svítilna zapojena, je pod napětím vyšším, než je zapalovací napětí výboje ve svítilně. A ten je snadno regulován designem lampy. Neonová lampa může sloužit také jako stabilizátor a dělič napětí. Neonové lampy se používají jako nízkopříkonové usměrňovače, osciloskopy a oscilátory.

Sovětský vědec L.N. Korablev zavedl do neonové lampy kontrolní síťovou anodu, která umožnila nahradit objemné elektronky v mnoha zařízeních a pulzní technologii.

Neon a těžké inertní plyny jsou přítomny v plynem plněných solárních článcích; používají se k plnění thyratronů – elektrovakuových iontových 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.

To pro nás dnes znamená neon – inertní, vzácný a velmi potřebný plyn.

Navždy druhý

Tato slova zcela definují postavení neonu v rodině vzácných plynů. Má druhý nejlehčí bod tání a varu po heliu. Z hlediska prevalence na Zemi, v její atmosféře, je také druhý, ale po argonu.

Neon a věda

Prvek N 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 N 104 – curchatovium. V útrobách velkého cyklotronu Dubna došlo k reakci

ČTĚTE VÍCE

Potřebuje zlatá rybka další rybu?

Publikace s klíčovými slovy: chemické prvky – atomy – periodická tabulka Publikace se slovy: chemické prvky – atomy – periodická tabulka
Viz také:

Zvětšený obrázek

Neon – proč svítí?

Proč neon svítí? Na jakém principu se toto magické světlo projevuje? Vše je tak jednoduché, že budete překvapeni, když to zjistíte. Každý z vás pozoroval v přírodě tento princip – výboj blesku. Mezi bleskem a zářím neonu je samozřejmě nepatrný rozdíl, ale princip je stejný – elektrické výboje procházející plynem vydávají světlo. Jediný rozdíl je v tom, že v případě blesku není plynem neon, ale vzduch, což je směs plynů. No, možná by se měl vzít v úvahu i rozdíl tlaků. Neonová záře se vyskytuje ve skleněné trubici pod velmi nízkým tlakem, zatímco normální atmosférický tlak neruší schopnost vidět blesk. Tím ale rozdíl končí. Právě rozdíl v plynech určuje barvu záře. Blesk je modrobílý, zatímco neon je jasně červený. A díky nízkému tlaku ve skleněné trubici lze na rozdíl od blesku dosáhnout záře s velmi nízkým výkonem a teplotou výboje.
Co je neonová trubice? Jedná se o obyčejnou skleněnou trubici s elektrodami na koncích, ze které byl odčerpán vzduch a napumpován inertní plyn. Na elektrody je aplikováno vysoké napětí, což má za následek doutnavý výboj. Aby byl jeho výskyt jasný, představme si polštářovou bitvu na dětském letním táboře. Někdo hodil polštář jako první. Ten, koho polštář zasáhl, ho hodí zpět, ale trefí třetího. A teď bojuje celá ložnice. Co se stane, když se všichni uklidní? Je to tak, peříčka bude po ložnici létat ještě dlouho. Zhruba to samé se děje s neonovými atomy. Proud přiváděný do elektrod způsobuje přeskakování elektronů z jednoho atomu na druhý, což vede tyto atomy do nestabilního stavu, který pro ně není typický. Po uklidnění se atomy zbaví elektronu a emitují foton světla. Vidíme červené světlo, protože právě v tomto spektru leží energie emitovaných fotonů.
Jak by vypadala reklama, kdyby všechny nápisy byly pouze jasně červené? Tuto barvu bychom nenáviděli. Co může poskytnout světlo jiného spektra? Vzpomeňte si na bleskový příklad. Jiný plyn – jiná barva. Do trubic lze pumpovat i jiné plyny, nebo i směs plynů, ale pokud použijete neon, můžete změnit barevné spektrum pomocí barvy skla a fosforového povlaku.

Неон-почему он светится?