Neon (Ne) - właściwości, działanie i występowanie neonu

Słowo neon większości z nas kojarzy się ze świecącymi reklamami na ulicach. Zbieżność nie jest oczywiście przypadkowa bowiem drugi najlżejszy gaz szlachetny faktycznie wykorzystywany jest w przemyśle oświetleniowym. Neon (Ne) posiada jednak także inne ciekawe zastosowania, przy czym z tradycyjnych neonów jest już coraz częściej wypierany przez bardziej ekologiczną technologię LED.

1. Historia neonu
2. Właściwości neonu – jakie związki tworzy?
3. Występowanie i pozyskiwanie neonu
4. Zastosowania neonu
5. Wpływ neonu na zdrowie i środowisko naturalne

Neon należy do grupy gazów szlachetnych i sklasyfikowany jest na 10 pozycji układu okresowego pierwiastków. Cięższy od helu, ale lżejszy od argonu, ksenonu i kryptonu, posiada podobne właściwości jak jego „kuzyni” z XVIII grupy i tym samym tworzy nietypowe dla większości gazów jednoatomowe cząsteczki.

Historia neonu

Odkrycie neonu jest częścią szerszej opowieści o identyfikacji składników powietrza. W XIX w. naukowcy wiedzieli już, że jego główną część stanowi azot i tlen, ale wciąż trapiła ich zawartość probówek po wyizolowaniu obu tych gazów. Jeszcze w XVIII w. genialny brytyjski chemik Henry Cavendish zasugerował obecność niewielkiej ilości nieaktywnego gazu w atmosferze wokół nas. Jego przepowiednia zaczęła sprawdzać się wraz z odkryciem argonu przez Lorda Rayleigh i Sir Williama Ramsaya w 1984 r. Konsekwentny Ramsey wraz z Morrisem Traversem kontynuowali projekt odparowywania kolejnych składników „reszty” powietrza i w ciągu sześciu tygodni roku 1898 r. odkryli krypton, a po nim właśnie neon, który nazwali inspirując się greckim słowem „novum” czyli nowy.
Odkryciu towarzyszyło objawienie fascynującej zdolności neonu do emitowania czerwono-pomarańczowego światła po wpływem działania prądu elektrycznego. Travers w swoich wspomnieniach pisał wręcz o chwili niezwykłego uniesienia towarzyszącej ognistemu fenomenowi, a już na początku XX w. potencjał ten skomercjalizowano produkując świecące szklane tuby, które zmieniły oblicze amerykańskich miast i stały się symbolem nowej ery. Można więc powiedzieć, że nazwa nowego pierwiastka okazała się poniekąd prorocza.

Właściwości neonu – jakie związki tworzy?

Podobnie jak inne gazy szlachetne, neon jest niewykrywalny ludzkimi zmysłami – nie ma koloru, smaku ani zapachu i jest całkowicie transparentny. W temperaturze -246 stopni C przechodzi w stan ciekły, zaś po ochłodzeniu o dalsze 2,5 stopnia C zmienia się w ciało stałe. Zjawisko emisji światła, które wsławiło neon na całym świecie, zachodzi w warunkach niskiego ciśnienia i działania pola elektrycznego. Co ciekawe, jest ono znacznie intensywniejsze niż w przypadku innych gazów szlachetnych.

Liczba atomowa neonu wynosi 10, co oznacza, że posiada on w jądrze 10 protonów. Równowagę elektryczną zapewnia mu 10 elektronów rozmieszczonych na dwóch orbitach w taki sposób, że na zewnętrznej znajduje się komplet ośmiu elektronów. Właściwość ta czyni neon gazem niereaktywnym – do dziś dnia nie są znane żadne stabilne związki neonu. Jedynie w bardzo specyficznych warunkach laboratoryjnych pierwiastek jest w stanie okresowo związać się z fluorem.

Neon posiada jednak trzy stabilne izotopy oznaczane symbolami Ne-20, Ne-21 oraz Ne-22. Ten pierwszy stanowi ponad 90% całkowitego neonu występującego w powietrzu. Ponadto naukowcom udało się zidentyfikować 12 radioaktywnych izotopów.

Ciekawostka: Żaden inny pierwiastek chemiczny nie posiada tak wąskiego zakresu temperatur właściwych dla pozostawania w stanie ciekłym.

Występowanie i pozyskiwanie neonu

Neon jest piątym najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie – po wodorze, helu, tlenie i węglu. Powstaje wewnątrz gwiazd o wielkiej masie, gdzie ciśnienie jest na tyle silne, że potrafi połączyć atomy węgla przekształcając je właśnie w neon. W ziemskiej atmosferze stanowi on jednak zaledwie 0.0018%, a dodatkowo jego niewielkie ilości uwięzione są w skałach (obserwuje się go na przykład w wyziewach wulkanicznych). Naukowcy spekulują, że za niski poziom neonu na Ziemi odpowiada Słońce, którego ciepło w początkowej fazie formowania się Układu Słonecznego wypchnęło ten wysoce lotny i niereaktywny gaz do dalszych stref galaktyki. W efekcie neonu jest niewiele nawet na sąsiednich planetach.

Mimo tej stosunkowo niskiej zasobności powietrze jest jednak jedynym źródłem do komercyjnego pozyskiwania neonu. Izoluje się go z ciekłego powietrza schłodzonego do temperatury -195,8 stopni C za pomocą aktywnego węgla, który adsorbuje wodór oraz neon. Dodanie tlenu zmienia wodór w wodę pozostawiając czysty neon. W procesie komercyjnym z 40 ton ciekłego powietrza powstaje pół kilograma neonu. Ta niska efektywność czyni go relatywnie drogim – droższym na przykład niż hel.

Zastosowania neonu

Najsłynniejszym zastosowaniem neonu są oczywiście… neony. Powstają one wskutek wypełnienia próżniowych szklanych rur neonem, w przypadku czerwonych lamp, lub mieszaniną gazów w przypadku kolorowych świateł. Są one wykorzystywane przede wszystkim w reklamie, sztuce oraz architekturze.

Zdolność do rozżarzania się pod wpływem elektryczności uczyniła neon również cennym składnikiem aparatury do pomiaru wysokiego napięcia. W połączeniu z helem neon jest  natomiast wykorzystywany do budowy laserów emitujących charakterystyczne czerwone światło, które umieszcza się na przykład w czytnikach dysków CD. Inne technologiczne zastosowania obejmują konstrukcję ograniczników przepięć, falomierzy oraz kineskopów. Ponadto neon z argonem bywają wykorzystywane do „znakowania” gazu ziemnego, tak, aby dało się wychwycić ewentualne uniki metanu do zbiorników wodnych.

Ciekły neon jest również ważną kriogeniczną substancją chłodzącą 40 razy przewyższając efektywnością ciekły hel, a 3 razy ciekły tlen. Mimo swojej wysokiej ceny może być więc dość opłacalnym surowcem w przemyśle chłodniczym.

Wpływ neonu na zdrowie i środowisko naturalne

Neon nie posiada żadnej znanej roli biologicznej. Wedle wszelkich źródeł jest również całkowicie nietoksyczny. Owszem, w wyjątkowym przypadku wycieku ciekłego neonu w zamkniętym pomieszczeniu, byłby on gazem duszącym wskutek szybkiego ulotnienia się i przesycenia powietrza. Ponadto, ciekły neon w kontakcie ze skórą powoduje poważne odmrożenia. Ryzyka te odnoszą się jednak wyłącznie do wąskiego grona personelu pracującego z neonem.Z tych samych względów neon nie stanowi również zagrożenia dla środowiska. Jest go na tyle mało, że nie da się zaobserwować żadnego wpływu na przyrodę, a niezdolność do formowania związków czyni go absolutnie neutralnym składnikiem powietrza. Tym niemniej, warto podkreślić, że obecnie powszechnie odchodzi się od wykorzystania tradycyjnych świetlnych neonów na rzecz wspomnianej już technologii LED właśnie ze względów środowiskowych. Ich funkcjonowanie wymaga bowiem niepotrzebnie dużych dawek energii, zaś inne pierwiastki wykorzystywane razem z neonem do barwienia świateł, zwłaszcza argon i rtęć, stanowią realne zagrożenie ekologiczne. Całkiem możliwe jest więc, że w przyszłości o neonie będziemy słyszeć znaczniej rzadziej!

Bibliografia