Historia neonu
Neon został odkryty w 1898 roku jako jeden z trzech rzadkich pierwiastków obojętnych pozostałych w suchym powietrzu w wyniku usunięcia azotu, tlenu, argonu i dwutlenku węgla. Dokonali tego brytyjscy chemicy Sir William Ramsay i Morris W. Travers w Londynie. Najpierw schłodzono próbkę powietrza, aż stała się cieczą, a następnie ogrzano ciecz i wychwycono gazy podczas gotowania. Zidentyfikowano gazy azotowe, tlenowe i argonowe. Pozostałe gazy wyodrębniono mniej więcej w kolejności ich występowania w sześciotygodniowym okresie. Na początku zidentyfikowano krypton, następnie po usunięciu kryptonu kolejny gaz, który dawał jaskrawe czerwone światło pod wyładowaniem spektroskopowym. Zauważono charakterystyczny czerwono-pomarańczowy kolor emitowany przez nowy gaz po wzbudzeniu elektrycznym. Zidentyfikowany gaz został nazwany jako neon, co było greckim analogiem łacińskiego novum, czyli nowy. W tym procesie wraz z kryptonem i neonem zidentyfikowano także ksenon.
Neon zalicza się do gazów szlachetnych, a każdy z nich ma specyficzne zastosowanie. Źródło: shutterstock
Charakterystyka neonu
Neon jest bezbarwnym, bezwonnym i obojętnym chemicznie gazem o pojedynczych atomach w standardowych warunkach, którego gęstość wynosi około dwie trzecie gęstości powietrza. Obecnie znane związki neonowe obejmują cząsteczki jonowe, cząsteczki wspólnie utrzymywane przez siły van der Waalsa i klatraty.Neon jest pierwszym gazem szlachetnym z bloku p i pierwszym pierwiastkiem z prawdziwym oktetem elektronów. Podobnie jak hel, neon jest obojętny, nie zidentyfikowano silnie związanych neutralnych cząsteczek zawierających neon. Za pomocą badań spektrometrii optycznej i masowej zaobserwowano jony [NeAr]+, [NeH]+ i [HeNe]+. Atomy neonu nie są związane z wodą, natomiast mogą się swobodnie w niej przemieszczać. Można je z niej ekstrahować, umieszczając klatrat w komorze próżniowej na kilka dni, uzyskując dzięki temu krystaliczną formę lodu. Stały hydrat neonowy wytworzono z lodu wodnego i gazu neonowego pod ciśnieniem 0,35–0,48 GPa i w temperaturze około -30 °C.
Neon jest drugim po helu najlżejszym gazem szlachetnym. Świeci czerwono-pomarańczowo w próżniowej rurce. Ponadto neon ma najwęższy zakres cieczy dowolnego elementu: od 24,55 K do 27,05 K (−248,45 °C do −245,95 °C lub −415,21 °F do −410,71 °F). Ma ponad 40-krotną pojemność chłodniczą (na jednostkę objętości) ciekłego helu i trzykrotnie większą niż ciekły wodór. Ze względu na to, że neon jest lżejszy niż cząsteczki dwuatomowego azotu i tlenu (które tworzą ziemską atmosferę) balon wypełniony neonem unosi się w powietrzu, choć dzieje się to wolniej niż w przypadku balonu helowego.
Neon po wzbudzeniu łatwo rozpoznać. Źródło: shutterstock
Izotopy neonu
Neon ma trzy stabilne izotopy: 20Ne (90,48%), 21Ne (0,27%) i 22Ne (9,25%). Izotopy 21Ne i 22Ne są częściowo pierwotne, a częściowo nukleogenne (czyli powstałe w wyniku reakcji jądrowych innych nuklidów z neutronami lub innymi cząsteczkami w środowisku), a ich warianty naturalnej proporcji są dobrze znane. Natomiast izotop 20Ne (główny pierwotny izotop powstały w nukleosyntezie gwiazdowej) nie jest znany jako nukleogenny ani radiogenny. Stąd przyczyny jego zmienności na Ziemi są przedmiotem dyskusji.Zawartość neonu obserwowana w próbkach gazów wulkanicznych bogatsza jest w izotopy 20Ne i 21Ne w stosunku do zawartości izotopu 22Ne. Zawartość izotopowa neonu w tych próbkach pochodzących z płaszcza stanowi poza atmosferyczne źródło neonu. Wzbogacone występowanie izotopu 20Ne przypisuje się występowaniu ziem rzadkich na Ziemi. Podwyższone zawartości 20Ne znajdują się np. w diamentach.
Występowanie neonu
Stabilne izotopy neonu powstają w gwiazdach. Najliczniejszy izotop neonu 20Ne (90,48%) powstaje w wyniku fuzji jądrowej węgla z węglem podczas spalania węgla w procesie nukleosyntezy gwiazd. Wymaga to temperatur powyżej 500 megakelwinów, które występują w jądrach gwiazd o masie większej od ośmiu mas Słońca.Neon, po atomie wodoru, helu, tlenu i węgla jest piątym pod względem masy pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie. Brak powszechności neonu na Ziemi (podobnie jak i helu) związana jest z jego względną lekkością, wysokiego ciśnienia pary w bardzo niskich temperaturach i obojętności chemicznej. Jak również ze względu na tendencję do powstrzymywania neonu przed uwięzieniem w chmurach gazu kondensacyjnego.
Obfitość neonu we wszechświecie pod względem proporcji szacowana jest na około 1 część na 750 (masowo), a w Słońcu na około 1 część na 600. Natomiast w atmosferze Jowisza, obfitość neonu jest około 10 razy niższa, wynosząca 1 część na 6000. Wykryty został także w egzosferze księżyca Ziemi. Zawartość neonu w atmosferze ziemskiej wynosi około 1 część na 55000 lub 18,2 ppm (objętościowo). Mniejsze jego proporcje znajdują się w skorupie ziemskiej.
Widmo emisyjne neonu. Źródło Teravolt at en.wikipedia / Public domain
Zastosowanie neonu
Powszechnym zastosowaniem neonu są znaki drogowe, gdzie wykorzystuje się wytwarzane przez jego, niepowtarzalne jasne czerwono-pomarańczowe światło. Często neonami nazywa się lampy rurowe o innych kolorach, choć wykorzystuje się w nich inne gazy szlachetne. Neon zarówno w fazie ciekłej jak i gazowej jest stosunkowo drogi – niekiedy cena ciekłego neonu (w przypadku małych ilości) może być wyższa o 55 razy od ciekłego helu. Przyczyną popularności zastosowania helu kosztem neonu jest jego rzadkość, która przejawia się tym, że neon można pozyskać komercyjnie wyłącznie z powietrza.Neon jest stosowany w lampach próżniowych, lampach falomierza, lampach telewizyjnych, odgromnikach, wskaźnikach wysokiego napięcia i w laserach helowo-neonowych. Jest produkowany przemysłowo przez kriogeniczną frakcyjną destylację skroplonego powietrza. Skroplony neon jest wykorzystywany jako kriogeniczny czynnik chłodniczy tam gdzie nie jest wymagany niższy zakres temperatur, który osiągać można przy bardziej ekstremalnym chłodzeniu ciekłym helem.
Neon ma powszechne zastosowanie w oświetleniu np. bilbordów i oznaczeń. Źródło: shutterstock
Bibliografia
- Asplund M., Grevesse N., Sauval A.J., Scott P. 2009. ; “The Chemical Composition of the Sun. ”; Annual Review of Astronomy and Astrophysics 47 (1): 481–522. ;
- Dickin A.P. 2005. ; “Radiogenic isotope geology. ”; Cambridge University Press, Cambridge.;
- Falenty A., Hansen T.C., Kuhs W.F. 2014. ; “Formation and properties of ice XVI obtained by emptying a type sII clathrate hydrate. ”; Nature 516 (7530): 231–233. ;
- Gallagher R., Ingram P. 2001. ; “New coordination science, chemistry for higher tier ingram, 3rd edn. ”; Oxford University Press, New York.;
- Linde D.R. (red.) 2000. ; “The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics, 81st edition. ”; CRC Press, Boca Raton.;
- Meija J., Coplen T.B., Berglund M.H., Brand W.A., Bièvre P.D., Groening M., Holden N.E., Irrgeher J., Loss R.D., Walczyk T., Prohaska T. 2016. ; “Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). ”; Pure and Applied Chemistry 88: 265–291.;
- Mukhopadhyay M. 2010. ; “Fundamentals of Cryogenic Engineering. ”; PHI Learning Pvt. Ltd.;
- Ryan S.G., Norton A.J. 2010. ; “Stellar Evolution and Nucleosynthesis.”; Cambridge University Press, Cambridge.;
- Wilson H.F., Militzer B. 2010. ; “Sequestration of Noble Gases in Giant Planet Interiors.”; Physical Review Letters 104 (12): 121101;
- Yu X., Zhu J., Du S., Xu H., Vogel S.C., Han J., Germann T.C., Zhang J., Jin C., Francisco J.S., Zhao Y. 2014. ; “Crystal structure and encapsulation dynamics of ice II-structured neon hydrate. ”; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (29): 10456– 10461.;
- promil
