Neon

Neon
←  Fluor | Sodík  →
deset On ↑ Ne ↓ Ar 10 Ne
Vzhled jednoduché látky
Neonová záře v plynové výbojce
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Neon / Neon (Ne), 10
Skupina , období , blok	18 (zastaralé 8), 2, p-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	20.1797(6) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[On] 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6
Poloměr atomu	? (38) [2] odpoledne
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	58 [14]  hodin
Poloměr iontů	112 [14]  hodin
Elektronegativita	4.4 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	0
Oxidační stavy	0
Ionizační energie (první elektron)	2079,4(21,55)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	Pevná fáze: 1,444 g/cm3 ( při -248,49 °C); Kapalná fáze: 1,204 g/cm3 ( při -246 °C); Plyn: 0,90035 kg/m3 [ 3 ] (při 0 °C, 101,325 kPa) g/cm³
Teplota tání	24,55 K; -248,6 °C
Teplota varu	27,1 K; -246,05 °C
Kritický bod	44,4  K , 2,65 MPa
Oud. výparné teplo	1,74 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	20,79 [3]  J/(K mol)
Molární objem	22,4⋅10 3  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Kubický FCC
Parametry mřížky	4,430  Á
Debyeho teplota	63,00  K
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) 0,0493 W/(m K)
Číslo CAS	7440-01-9

Neon ( chemická značka  - Ne , z lat.  Ne on ) je chemický prvek 18. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - hlavní podskupina osmé skupiny, VIIIA) druhého období periodického systému D. I. Mendělejeva , s atomovým číslem 10.

Pátý nejrozšířenější prvek ve vesmíru po vodíku , heliu , kyslíku a uhlíku .

Jednoduchá látka neon  je inertní monatomický plyn bez barvy a zápachu . Objeven (spolu s xenonem a kryptonem ) v roce 1898 jako zbytek po extrakci dusíku , kyslíku , vodíku , argonu a oxidu uhličitého z kapalného vzduchu .

Historie

Neon objevili v červnu 1898 angličtí chemici William Ramsay a Maurice Travers [4] . Tento inertní plyn izolovali „eliminací“ po zkapalnění kyslíku, dusíku , argonu a stále těžších složek vzduchu. V prosinci 1910 vynalezl francouzský vynálezce Georges Claude plynovou výbojku naplněnou neonem.

Původ jména

Název pochází z řečtiny. νέος  - nový.

Existuje legenda, podle které pojmenoval prvek Ramsayho třináctiletý syn Willy, který se zeptal svého otce, jak pojmenuje nový plyn, s tím, že by mu rád dal jméno novum ( lat. - nový). Jeho otci se nápad líbil, ale cítil, že neon , odvozený z řeckého synonyma, by zněl lépe [5] .

Prevalence

Ve vesmíru

Ve světové hmotě je neon rozmístěn nerovnoměrně, obecně se však z hlediska prevalence ve Vesmíru řadí na páté místo mezi všemi prvky - asi 0,13 % [6] hmotnosti. Nejvyšší koncentrace neonu je pozorována na Slunci a dalších horkých hvězdách , v plynných mlhovinách , v atmosféře obřích planet nacházejících se ve sluneční soustavě : Jupiter , Saturn , Uran , Neptun [3] . V atmosféře mnoha hvězd zaujímá neon třetí místo po vodíku a heliu [7] .

Zemská kůra

Ze všech stabilních prvků druhého období je neon jedním z nejméně rozšířených na Zemi [8] . V 18. skupině je neon třetím obsahem v zemské kůře po argonu a heliu [8] . V plynných mlhovinách a některých hvězdách je mnohonásobně více neonu než na Zemi.

Na Zemi je nejvyšší koncentrace neonu pozorována v atmosféře - 1,82⋅10 −3  % [3] [9] obj. a jeho celkové zásoby se odhadují na 7,8⋅10 14 m³ [3] . 1 m³ vzduchu obsahuje asi 18,2 cm³ neonu (a pro srovnání pouze 5,2 cm³ helia) [9] . Průměrný obsah neonu v zemské kůře je nízký - 7⋅10 -9  % hmotnosti [3] . Celkem je v zemské atmosféře asi 6,5⋅10 10 tun neonu [10] . Vyvřelé horniny obsahují asi 10 9 tun tohoto prvku [11] . Jak se horniny rozpadají, plyn uniká do atmosféry. V menší míře je neon emitován do atmosféry z přírodních vod.

Vědci vysvětlují důvod nízkého obsahu neonu na Zemi tím, že kdysi ztratila svou primární atmosféru a s ní i množství inertních plynů, které se nemohly jako kyslík a jiné plyny chemicky slučovat s jinými prvky do minerálů a tím zůstat na planetě. .

Definice

Kvalitativně se neon stanovuje emisními spektry (charakteristické čáry 585,25 nm a 540,05 nm), kvantitativně - hmotnostně spektrometrickými a chromatografickými metodami analýzy [3] .

Fyzikální vlastnosti

• Neon, stejně jako všechny vzácné plyny, je bezbarvý monatomický plyn bez zápachu.
• Inertní plyny mají vyšší elektrickou vodivost v elektrickém výboji než ostatní plyny a při průchodu elektrického proudu září zejména neonově - oranžovo-červeným světlem, protože jeho nejintenzivnější spektrální čáry leží v červené části spektrum.

• Plnění vnějších elektronových obalů atomy inertních plynů způsobuje nižší teploty zkapalňování a tuhnutí než u jiných plynů s podobnou molekulovou hmotností.

Chemické vlastnosti

Všechny vzácné plyny mají kompletní elektronový obal , jsou tedy chemicky inertní. Neon je po heliu druhý z hlediska chemické inertnosti. Dosud nebyla získána jediná valenční sloučenina neonu. I tzv. klatrátové sloučeniny neonu s vodou (Ne 6H 2 O), hydrochinonem a dalšími látkami (obdobné sloučeniny těžkých vzácných plynů - radon , xenon , krypton a dokonce i argon  - jsou známé a stabilní) jsou velmi obtížně dostupné a udržovat. Pomocí metod optické spektroskopie a hmotnostní spektrometrie byla prokázána existence molekulárních iontů (NeAr) + , (NeH) + a (HeNe) + .

Izotopy

Existují tři stabilní izotopy neonu: 20 Ne ( hojnost izotopů 90,48 %), 21 Ne (0,27 %) a 22 Ne (9,25 %) .

Kromě tří stabilních neonových nuklidů existuje ještě 16 nestabilních izotopů. Na Zemi dominuje světelný izotop 20 Ne.

V mnoha minerálech s vysokým obsahem alfa-aktivních prvků je relativní obsah těžkého 21Ne a 22Ne desítky a stokrát větší než jejich obsah ve vzduchu. To je způsobeno skutečností, že hlavními mechanismy pro tvorbu těchto izotopů jsou jaderné reakce, ke kterým dochází při bombardování jader hliníku , sodíku , hořčíku a křemíku produkty rozpadu jader těžkých prvků. Navíc k podobným reakcím dochází v zemské kůře a atmosféře pod vlivem kosmického záření .

Je známa také řada jaderných reakcí s nízkou pravděpodobností vzniku [13] , při kterých vzniká 21 Ne a 22 Ne - jde o záchyt částic alfa jádry těžkého stabilního izotopu kyslíku 18 O a přírodního fluoru 19 F:

Zdroj světelného nuklidu 20 Ne, který na Zemi dominuje , nebyl dosud stanoven.

Neon-20 se obvykle tvoří ve hvězdách v důsledku alfa procesu , ve kterém je alfa částice absorbována jádrem atomu kyslíku-16 za vzniku neonu-20 a emituje  gama kvantum :

Tento proces však vyžaduje teplotu více než 100 milionů stupňů a hmotnost hvězdy větší než tři hmotnosti Slunce.

Je dost možné, že zdrojem tohoto izotopu byla supernova, po jejímž výbuchu se vytvořil plynový a prachový oblak , z jehož části vznikla sluneční soustava.

Předpokládá se, že neon ve vesmíru je také převážně zastoupen světelným nuklidem 20 Ne. Mnoho 21 Ne a 22 Ne se nachází v meteoritech , ale tyto nuklidy se pravděpodobně tvoří v samotných meteoritech pod vlivem kosmického záření během jejich putování vesmírem.

Získání

Neon se vyrábí společně s heliem jako vedlejší produkt zkapalňování a separace vzduchu ve velkých průmyslových závodech. Separace směsi neon-helium se provádí několika způsoby díky adsorpci , kondenzaci a nízkoteplotní rektifikaci .

Adsorpční metoda je založena na skutečnosti, že neon, na rozdíl od helia, může být adsorbován aktivním uhlím chlazeným kapalným dusíkem . Kondenzační metoda je založena na zmrazování neonu ochlazením směsi kapalným vodíkem. Metoda destilace je založena na rozdílu mezi body varu helia a dusíku.

Neon se získává ze vzduchu v aparaturách pro dvojitou destilaci kapalného vzduchu . Plynný neon a helium se hromadí v horní části vysokotlaké kolony, tedy v kondenzátoru výparníku, odkud jsou pod tlakem cca 0,55 MPa přiváděny do trubkového prostoru deflegmátoru chlazeného kapalným N 2 . Ze zpětného chladiče je obohacená směs Ne a He posílána k čištění z N 2 do adsorbérů s aktivním uhlím, odkud po zahřátí vstupuje do plynojemu (obsah Ne + He až 70 %); stupeň extrakce plynné směsi je 0,5–0,6. Konečné čištění od N 2 a separaci Ne a He lze provést buď selektivní adsorpcí při teplotě kapalného N 2 nebo kondenzačními metodami za použití kapalného H 2 nebo Ne. Při použití kapalného vodíku se vodíkové nečistoty navíc čistí CuO při 700 °C . Výsledkem je neon s 99,9% objemovou čistotou [3] .

Hlavní průmyslovou metodou získávání neonu (v posledním desetiletí) je separace směsi neon-helium nízkoteplotní rektifikací. Směs neonu a helia se předběžně čistí od nečistot dusíku a vodíku (vodík se spaluje v peci naplněné katalyzátorem), dusík se odstraňuje v nízkoteplotních deflegmátorech a v bloku kryogenních adsorbérů plněných aktivním uhlím ( uhlí je chlazeno spirálami, ve kterých ve vakuu vaří dusík). Po odstranění dusíku je směs neonu a hélia stlačena kompresorem a vstupuje k separaci do destilační kolony, která je předem ochlazena na teplotu varu dusíku ve vakuu. Pro snížení teploty je chlazená směs škrcena z 25 MPa na 0,2–0,3 MPa (v závislosti na provozním režimu zařízení). V horní části kolony zpod víka kondenzátoru se odebírá helium s příměsí až 20 % neonu, ve spodní části kolony se získává neon v kapalné formě. Jako chladicí cyklus se používá škrticí chladicí cyklus s čistým neonovým chladivem. Rektifikační metoda pro separaci směsi neon-helium umožňuje získat neon s čistotou až 99,9999 %.

Hlavním producentem neonu je Ruská federace . Na Ukrajině byly vybudovány a úspěšně provozovány průmyslové závody na čištění neonu  – 65 % světového neonu v roce 2020 vyrobil podnik Iceblick ( Oděsa , Moskva ) a 5 % světového neonu před válkou v roce 2022 – v Mariupolu (tzv. Ingaz").

Stabilní izotop neonu-20 lze také získat ze stabilního sodíku-23 během reakce protonu a hélia 23 Na(p,α) 20 Ne [14] :

Aplikace

Tekutý neon se používá jako chladivo v kryogenních závodech . Dříve se neon používal v průmyslu jako inertní médium, ale byl nahrazen levnějším argonem . Neonové výbojky , signální žárovky v rádiových zařízeních, fotobuňky, usměrňovače. Směs neonu a helia se používá jako pracovní médium v ​​plynových laserech ( helium-neonový laser ).

Trubice naplněné směsí neonu a dusíku, když jimi prochází elektrický výboj, dávají červeno-oranžovou záři, a proto se hojně využívají v reklamě. Tradičně jsou výbojky jiných barev také často označovány jako „neon“, ačkoli místo neonu používají záři jiných vzácných plynů nebo fluorescenční povlak (viz vpravo). K získání jiných barev než červené se používá buď elektrický výboj ve směsi jiných vzácných plynů , nebo výboj v argonu s přídavkem malého množství rtuťových par , přičemž výbojka je zevnitř potažena fosforem , který přeměňuje ultrafialové záření výboje do viditelného světla požadované barvy.

Neonové lampy se používají pro signalizační účely na majácích a letištích, protože jejich červené světlo je velmi slabě rozptýleno mlhou a oparem.

Od roku 1999 je neon důležitým prvkem při výrobě integrovaných obvodů, kde se používá v ultrafialové fotolitografii při výrobě obvodů s konstrukčními standardy 180 nanometrů nebo méně [15] .

Fyziologické působení

Inertní plyny mají fyziologický účinek, který se projevuje narkotickým účinkem na organismus. Narkotický účinek neonu (stejně jako helia) za normálního tlaku není v experimentech zaznamenán a se zvýšením tlaku se jako první objevují příznaky „neurologického vysokého tlaku“ (NSVD) [16] .

V tomto ohledu, spolu s heliem, neon jako součást směsi neon-helium je používán k dýchání oceánskými auty, potápěči, lidmi pracujícími při zvýšeném tlaku, aby se zabránilo plynové embolii a dusíkové anestezii . Výhodou respiračních směsí s neonem je, že méně ochlazují tělo, protože tepelná vodivost neonu je menší než u helia.

Lehká směs neonu a helia zmírňuje stav pacientů trpících dýchacími potížemi.

Velmi vysoké koncentrace neonu ve vdechovaném vzduchu mohou způsobit závratě, nevolnost, zvracení, ztrátu vědomí a smrt z asfyxie [17] [18] .

Poznámky

1. ↑ MichaelE. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O' Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ 1 2 3 Velikost neonu v několika  prostředích . www.webelements.com. Získáno 8. července 2009. Archivováno z originálu 1. května 2009.
3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Chemická encyklopedie: v 5 tunách / Ed.: Knunyants I. L. (hlavní redaktor). - Moskva: Velká ruská encyklopedie, 1992. - T. 3. - S. 209-210. — 639 s. — 50 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-039-8.
4. ↑ William Ramsay , Morris W. Travers . O společníkech Argonu  //  Proceedings of the Royal Society of London. - 1898. - Sv. 63,878 . - str. 437-440 .
5. ↑ Mary Elvira Weeks. XVIII. Inertní plyny // Objev prvků: shromážděné dotisky série článků publikovaných v Journal of Chemical Education . — 3. vyd. rev. - Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. - S. 286-288. — 380p. — ISBN 0766138720 9780766138728.
6. ↑ Neon : geologické informace  . www.webelements.com. Datum přístupu: 8. července 2009. Archivováno z originálu 3. července 2009.
7. ↑ Finkelstein D.N. Kapitola IV. Inertní plyny na Zemi a ve vesmíru // Inertní plyny . - Ed. 2. - M. : Nauka, 1979. - S. 106. - 200 s. - ("Věda a technický pokrok"). - 19 000 výtisků.
8. ↑ 1 2 Hojnost v zemské kůře  (angl.)  (nedostupný odkaz) . www.webelements.com. Získáno 8. července 2009. Archivováno z originálu dne 23. května 2008.
9. ↑ 1 2 Finkelstein D. N. Kapitola IV. Inertní plyny na Zemi a ve vesmíru // Inertní plyny . - Ed. 2. - M. : Nauka, 1979. - S. 78. - 200 s. - ("Věda a technický pokrok"). - 19 000 výtisků.
10. ↑ NEON • Velká ruská encyklopedie - elektronická verze . Získáno 8. listopadu 2021. Archivováno z originálu dne 15. června 2021. (neurčitý)
11. ↑ Finkelstein D.N. Kapitola IV. Inertní plyny na Zemi a ve vesmíru // Inertní plyny . - Ed. 2. - M. : Nauka, 1979. - S. 95. - 200 s. - ("Věda a technický pokrok"). - 19 000 výtisků.
12. ↑ Finkelstein D.N. Kapitola IV. Inertní plyny na Zemi a ve vesmíru // Inertní plyny . - Ed. 2. - M. : Nauka, 1979. - S. 83. - 200 s. - ("Věda a technický pokrok"). - 19 000 výtisků.
13. ↑ Archivovaná kopie . Získáno 12. března 2022. Archivováno z originálu dne 31. března 2022. (neurčitý)
14. ↑ V. Orlov Čistý neon: „tajná zbraň“ Oděsy, Oděsa budoucnosti, 18.03.2022 . Získáno 21. března 2022. Archivováno z originálu 1. května 2022. (neurčitý)
15. ↑ Pavlov B.N. Problém ochrany člověka v extrémních podmínkách hyperbarického biotopu (nepřístupný odkaz) . www.argonavt.com (15. května 2007). Datum přístupu: 22. května 2010. Archivováno z originálu 22. srpna 2011. (Ruština) 
16. ↑ Neon (Ne) - Chemické vlastnosti, účinky na zdraví a životní prostředí  . www.lenntech.com Získáno 8. července 2009. Archivováno z originálu dne 22. srpna 2011.
17. ↑ Neon (ICSC  ) . www.inchem.org. Získáno 19. září 2009. Archivováno z originálu 22. srpna 2011.

Odkazy

• Neon na Webelements Archivováno 28. srpna 2004 na Wayback Machine
• Neon v Popular Library of the Chemical Elements Archived 27. září 2007 na Wayback Machine

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron Malý Brockhaus a Efron Nový Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	BNF : 121448923 GND : 4171442-8 J9U : 987007565537805171 LCCN : sh85090790 NDL : 00575299