Neon - Neon

Neon, ₁₀ Ne
Neon
Utseende	fargeløs gass som viser en oransje-rød glød når den plasseres i et elektrisk felt
Standard atomvekt A r, std (Ne)	20.1797 (6)
Neon i det periodiske systemet
	fluor ← neon → natrium
Atomnummer ( Z )	10
Gruppe	gruppe 18 (edle gasser)
Periode	periode 2
Blokkere	p-blokk
Elektronkonfigurasjon	[ Han ] 2s 2 2p 6
Elektroner per skall	2, 8
Fysiske egenskaper
Fase ved STP	gass
Smeltepunkt	24,56 K (−248,59 ° C, −415,46 ° F)
Kokepunkt	27,104 K (−246,046 ° C, −410,883 ° F)
Tetthet (ved STP)	0,9002 g/l
når den er flytende (ved bp )	1,207 g/cm 3
Trippelpunkt	24,556 K, 43,37 kPa
Kritisk punkt	44,4918 K, 2,7686 MPa
Fusjonsvarme	0,335 kJ/mol
Fordampningsvarme	1,71 kJ/mol
Molar varmekapasitet	20,79 J/(mol · K)
Atomiske egenskaper
Oksidasjonstilstander	0
Ioniseringsenergier
Kovalent radius	58 pm
Van der Waals radius	154 pm
	Spektrale linjer av neon
Andre eiendommer
Naturlig forekomst	opprinnelig
Krystallstruktur	flatesentrert kubisk (FCC)
Lydens hastighet	435 m/s (gass, ved 0 ° C)
Termisk ledningsevne	49,1 × 10 −3 W/(m⋅K)
Magnetisk bestilling	diamagnetisk
Molær magnetisk følsomhet	−6,74 × 10 −6 cm 3 /mol (298 K)
Bulk modul	654 GPa
CAS -nummer	7440-01-9
Historie
Prediksjon	William Ramsay (1897)
Oppdagelse og første isolasjon	William Ramsay & Morris Travers (1898)
De viktigste isotoper av neon
	Kategori: Neon; utsikt; snakke; redigere; \| referanser

Neon er et kjemisk element med symbolet Ne og atomnummer 10. Det er en edel gass . Neon er en fargeløs, luktfri, inert monatomisk gass under standardforhold , med omtrent to tredjedeler av luftens tetthet. Det ble oppdaget (sammen med krypton og xenon ) i 1898 som et av de tre resterende sjeldne inerte elementene som var igjen i tørr luft, etter at nitrogen , oksygen , argon og karbondioksid ble fjernet. Neon var den andre av disse tre sjeldne gassene som ble oppdaget og ble umiddelbart gjenkjent som et nytt element fra sitt lyse røde utslippsspekter . Navnet neon er avledet fra det greske ordet νέον , neuter entallform av νέος ( neos ), som betyr nytt. Neon er kjemisk inert , og ingen uladede neonforbindelser er kjent. De forbindelser med neon for tiden kjente inkluderer ioniske molekyler, molekyler som holdes sammen ved hjelp av van der Waals-krefter og klatrater .

Under kosmisk nukleogenese av elementene, bygges det opp store mengder neon fra alfa-fange-fusjonsprosessen i stjerner. Selv om neon er et veldig vanlig element i universet og solsystemet (det er femte i kosmisk overflod etter hydrogen , helium , oksygen og karbon ), er det sjeldent på jorden. Den komponerer omtrent 18,2 ppm luft etter volum (dette er omtrent det samme som molekyl- eller molfraksjonen) og en mindre brøkdel i jordskorpen. Årsaken til neons relative knapphet på jorden og de indre (terrestriske) planetene er at neon er svært flyktig og danner ingen forbindelser for å fikse det til faste stoffer. Som et resultat rømte den fra planetenes dyr under varmen fra den nyantente solen i det tidlige solsystemet. Selv den ytre atmosfæren til Jupiter er noe tømt for neon, men av en annen grunn.

Neon gir en tydelig rød-oransje glød når det brukes i lav- spennings neon glow lamper , høyspent utløpsrør og neon reklame skilt . Den røde utslippslinjen fra neon forårsaker også det velkjente røde lyset av helium -neonlasere . Neon brukes i noen plasma -rør og kjølemedier, men har få andre kommersielle bruksområder. Det ekstraheres kommersielt ved brøkdestillasjon av flytende luft . Siden luft er den eneste kilden, er den betydelig dyrere enn helium.

Historie

Neon gassutladningslamper som danner symbolet for neon

Neon ble oppdaget i 1898 av de britiske kjemikerne Sir William Ramsay (1852–1916) og Morris Travers (1872–1961) i London . Neon ble oppdaget da Ramsay kjølte en luftprøve til den ble til en væske, deretter varmet væsken og fanget gassene mens de kokte av. Gassene nitrogen , oksygen og argon var blitt identifisert, men de gjenværende gassene ble isolert i omtrentlig rekkefølge, i en seks ukers periode som begynte i slutten av mai 1898. Først som ble identifisert var krypton . Den neste, etter at krypton var fjernet, var en gass som ga et strålende rødt lys under spektroskopisk utladning. Denne gassen, identifisert i juni, ble kalt "neon", den greske analogen av det latinske novum ('nytt') foreslått av Ramsays sønn. Den karakteristiske strålende rød-oransje fargen som ble gitt av gassformig neon når den ble eksitert elektrisk, ble umiddelbart notert. Travers skrev senere: "brannen av rødt lys fra røret fortalte sin egen historie og var et syn å dvele ved og aldri glemme."

En annen gass ble også rapportert sammen med neon, som hadde omtrent samme tetthet som argon, men med et annet spekter - Ramsay og Travers kalte den metargon . Imidlertid avslørte den påfølgende spektroskopiske analysen at den var argon forurenset med karbonmonoksid . Til slutt oppdaget det samme teamet xenon ved samme prosess, i september 1898.

Neons knapphet forhindret den raske søknaden om belysning langs Moore -rørene , som brukte nitrogen og som ble kommersialisert på begynnelsen av 1900 -tallet. Etter 1902 produserte Georges Claude 's selskap Air Liquide industrielle mengder neon som et biprodukt av hans luft-kondensasjonsvirksomhet. I desember 1910 demonstrerte Claude moderne neonbelysning basert på et forseglet rør av neon. Claude prøvde kort å selge neonrør for innendørs belysning på grunn av intensiteten, men markedet mislyktes fordi huseiere protesterte mot fargen. I 1912 begynte Claude's medarbeider å selge neonutladningsrør som iøynefallende reklameskilt og ble umiddelbart mer vellykket. Neonrør ble introdusert for USA i 1923 med to store neonskilt kjøpt av et bilforhandler i Los Angeles Packard. Gløden og den arresterende røde fargen gjorde neonannonsering helt annerledes enn konkurrentene. Den intense fargen og livskraften til neon ble likestilt med det amerikanske samfunnet på den tiden, noe som antyder et "århundre med fremgang" og forvandler byer til oppsiktsvekkende nye miljøer fylt med strålende reklame og "elektrografisk arkitektur".

Neon spilte en rolle i den grunnleggende forståelsen av atomenes natur i 1913, da JJ Thomson , som en del av sin undersøkelse av sammensetningen av kanalstråler , kanaliserte strømmer av neonioner gjennom et magnetisk og et elektrisk felt og målte nedbøyningen av bekker med en fotografisk plate. Thomson observerte to separate flekker av lys på den fotografiske platen (se bildet), noe som antydet to forskjellige nedbøyningsparaboler. Thomson slutt konkluderte med at noen av atomene i neongassen var av større masse enn de andre. Selv om det ikke var forstått den gangen av Thomson, var dette den første oppdagelsen av isotoper av stabile atomer. Thomsons enhet var en råversjon av instrumentet vi nå kaller et massespektrometer .

Isotoper

Det første beviset for isotoper av et stabilt element ble levert i 1913 ved forsøk på neonplasma. I nedre høyre hjørne av JJ Thomsons fotografiske plate er de separate slagmerkene for de to isotopene neon-20 og neon-22.

Neon er den nest letteste inerte gassen. Neon har tre stabile isotoper : ²⁰ Ne (90,48%), ²¹ Ne (0,27%) og ²² Ne (9,25%). ²¹ Ne og ²² Ne er delvis primordiale og delvis nukleogene (dvs. laget ved kjernefysiske reaksjoner av andre nuklider med nøytroner eller andre partikler i miljøet) og deres variasjoner i naturlig overflod er godt forstått. I motsetning til dette, ²⁰ Ne (den øverste opprinnelige isotopen laget i fremragende nucleosynthesis er) ikke er kjent for å være nucleogenic eller radiogene . Årsakene til variasjonen av ²⁰ Ne på jorden har dermed vært hardt diskutert.

De viktigste kjernereaksjoner som genererer nucleogenic neonisotoper starte fra ²⁴ Mg og ²⁵ Mg, som produserer ²¹ Ne og ²² Ne henholdsvis, etter at nøytroninnfangnings og umiddelbar avgivelse av en alfapartikkel . De nøytroner som produserer reaksjonene blir for det meste fremstilt ved hjelp av sekundære avskalling reaksjoner fra alfa-partikler , i sin tur avledet fra uran -serie desintegrasjons-kjeder . Nettoresultatet gir en trend mot lavere ²⁰ Ne/ ²² Ne og høyere ²¹ Ne/ ²² Ne-forhold observert i uranrike bergarter som granitter . ²¹ Ne kan også produseres i en nukleogen reaksjon, når ²⁰ Ne absorberer et nøytron fra forskjellige naturlige terrestriske nøytronkilder.

I tillegg har isotopisk analyse av utsatte terrestriske bergarter demonstrert den kosmogene (kosmiske strålen) produksjonen av ²¹ Ne. Denne isotopen genereres av spallasjonsreaksjoner på magnesium , natrium , silisium og aluminium . Ved å analysere alle tre isotoper kan den kosmogene komponenten løses fra magmatisk neon og nukleogen neon. Dette antyder at neon vil være et nyttig verktøy for å bestemme kosmisk eksponeringsalder for overflatesteiner og meteoritter .

I likhet med xenon er neoninnhold observert i prøver av vulkanske gasser beriket med ²⁰ Ne og nukleogene ²¹ Ne i forhold til ²² Ne -innhold. Neonisotopinnholdet i disse mantel-avledede prøvene representerer en ikke-atmosfærisk neon-kilde. De ²⁰ ne-berikede komponentene tilskrives eksotiske ur-sjeldne gasskomponenter på jorden, muligens representerende solneon . Forhøyede ²⁰ Ne-forekomster finnes i diamanter , noe som videre tyder på et solar-neonreservoar i jorden.

Kjennetegn

Neon er den nest letteste edelgassen, etter helium . Det lyser rød-oransje i et vakuumutladningsrør . Neon har også det smaleste væskeområdet for ethvert element: fra 24,55 til 27,05 K (−248,45 ° C til −245,95 ° C, eller −415,21 ° F til −410,71 ° F). Den har over 40 ganger kjølekapasiteten (per volumenhet) av flytende helium og tre ganger den av flytende hydrogen . I de fleste applikasjoner er det et rimeligere kjølemiddel enn helium.

Spektrum av neon med ultrafiolette (til venstre) og infrarøde (til høyre) linjer vist i hvitt

Neonplasma har den mest intense lysutladningen ved normale spenninger og strømmer av alle edelgassene. Den gjennomsnittlige fargen på dette lyset for det menneskelige øyet er rød-oransje på grunn av mange linjer i dette området; den inneholder også en sterk grønn linje, som er skjult, med mindre de visuelle komponentene er spredt av et spektroskop.

To ganske forskjellige typer neonbelysning er i vanlig bruk. Neonglødelamper er generelt små, og de fleste opererer mellom 100 og 250 volt . De har blitt mye brukt som strømindikatorer og i kretstestutstyr, men lysemitterende dioder (LED) dominerer nå i disse applikasjonene. Disse enkle neon -enhetene var forløperne til plasmaskjermer og plasma -TV -skjermer . Neonskilt fungerer vanligvis ved mye høyere spenninger (2–15 kilovolt ), og lysrørene er vanligvis meter lange. Glassrøret er ofte formet til former og bokstaver for skilting, så vel som arkitektoniske og kunstneriske applikasjoner.

Hendelse

Neonskilt i en blomsterbutikk i Hamden, Connecticut

Stabile isotoper av neon produseres i stjerner. Neons mest utbredte isotop ²⁰ Ne (90,48%) dannes ved kjernefusjon av karbon og karbon i karbonforbrenningsprosessen av stjernenukleosyntese . Dette krever temperaturer over 500 megakelvin , som forekommer i kjernene til stjerner på mer enn 8 solmasser.

Neon er rikelig på universell skala; det er det femte mest forekommende kjemiske elementet i universet etter masse, etter hydrogen, helium, oksygen og karbon (se kjemisk element ). Den relative sjeldenheten på jorden, som helium, skyldes dens relative letthet, høyt damptrykk ved svært lave temperaturer og kjemisk treghet, alle egenskaper som har en tendens til å hindre at den blir fanget i kondensgassen og støvskyene som dannet mindre og varmere solide planeter som Jorden. Neon er monatomisk, noe som gjør det lettere enn molekylene av diatomisk nitrogen og oksygen som utgjør hoveddelen av jordens atmosfære; en ballong fylt med neon vil stige i luften, om enn saktere enn en heliumballong.

Neons overflod i universet er omtrent 1 del i 750; i solen og antagelig i nebulaen proto-solar system, omtrent 1 del i 600. Galileo-romfartøyets atmosfæriske inngangssonde fant at selv i den øvre atmosfæren til Jupiter reduseres neonmengden (utarmet) med omtrent en faktor 10 , til et nivå på 1 del i 6 000 i masse. Dette kan tyde på at til og med is- planetesimalene , som førte neon inn i Jupiter fra det ytre solsystemet, dannet i et område som var for varmt til å beholde neon atmosfærisk komponent (mengder av tyngre inerte gasser på Jupiter er flere ganger som finnes i Sol).

Neon består av 1 del av 55 000 i jordens atmosfære , eller 18,2 ppm i volum (dette er omtrent det samme som molekylet eller molfraksjonen), eller 1 del i 79 000 luftmasse. Den består av en mindre brøkdel i skorpen. Det produseres industrielt ved kryogen fraksjonert destillasjon av flytende luft.

17. august 2015, basert på studier med romfartøyet Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), rapporterte NASA -forskere at neon ble oppdaget i månens eksosfære .

Kjemi

Krystallstruktur av Ne clathrate hydrate

Neon er den første edelgassen p-blokk , og det første elementet med en ekte oktett av elektroner. Det er inert : som tilfellet er med den lettere analogen, helium , er det ikke identifisert sterkt bundne nøytrale molekyler som inneholder neon . De ionene [Ne Ar ] ⁺ , [Ne H ] ⁺ og [HeNe] ⁺ er blitt observert fra optiske sensorer og massespektrometriske studier. Fast neonklatrathydrat ble produsert fra vannis og neongass ved trykk 350–480 MPa og temperaturer på cirka -30 ° C. Ne -atomer er ikke knyttet til vann og kan bevege seg fritt gjennom dette materialet. De kan ekstraheres ved å plassere klatratet i et vakuumkammer i flere dager, noe som gir is XVI , den minst tette krystallinske vannformen.

Den velkjente Pauling -elektronegativitetsskalaen er avhengig av kjemiske bindingsenergier, men slike verdier er åpenbart ikke målt for inert helium og neon. Den Allen elektro skala , som er avhengig bare av at (målbare) atom energier, identifiserer neon som det mest elektronegative element, tett etterfulgt av fluor og helium.

applikasjoner

Neon brukes ofte i skilt og gir et umiskjennelig, sterkt rødaktig-oransje lys. Selv om lysrør med andre farger ofte kalles "neon", bruker de forskjellige edelgasser eller forskjellige farger av fluorescerende belysning.

Neon brukes i vakuumrør , høyspenningsindikatorer, lynavledere , bølgemålerrør , fjernsynsrør og helium- neonlasere . Flytende neon brukes kommersielt som et kryogent kjølemiddel i applikasjoner som ikke krever at lavere temperaturområde kan oppnås med mer ekstrem væske-helium-kjøling.

Neon, som væske eller gass, er relativt dyrt - for små mengder kan prisen på flytende neon være mer enn 55 ganger prisen på flytende helium. Å drive neons regning er sjeldenheten til neon, som, i motsetning til helium, bare kan oppnås i brukbare mengder ved å filtrere det ut av atmosfæren.

Den trippelpunktet temperatur av neon (24,5561 K) er et definer fast punkt i den internasjonale temperaturskala 1990 .