Неон — это химический элемент, имеющий символ Ne и атомный номер 10. Это благородный газ, который не имеет цвета, запаха, инертен и одноатомен. Неон был открыт в 1898 году шотландскими химиками Уильямом Рэмзи и Моррисом Трэверсом. Вот два интересных факта о неоне:
Неоновый газ светится ярко-оранжево-красным цветом, если поместить его в электрический разряд высокого напряжения. Это происходит потому, что электричество возбуждает электроны в атомах неона, заставляя их прыгать вверх по энергетическим уровням. Когда электроны падают вниз, они испускают фотоны в оранжево-красной части видимого спектра.
Это свечение и придает неоновому освещению его отличительный цвет. Неоновые лампы и вывески работают за счет пропускания электрического тока через трубки, заполненные неоном. Электричество возбуждает неон, заставляя его светиться своим ярким красновато-оранжевым цветом. Свечение неона настолько интенсивно, что в неоновых лампах и вывесках требуется совсем небольшое его количество.
Точный цвет, который излучает неон, зависит от давления газа внутри трубки. При низком давлении свечение смещается больше в сторону красного. По мере увеличения давления цвет становится более оранжевым. Цвета могут варьироваться от темно-красного при давлении около 1 Торр до оранжево-красного при 20 Торр. Но при типичном коммерческом давлении 4–8 Торр получается наиболее распространенный цвет вывесок — оранжево-красный.
Итак, вкратце, яркое красновато-оранжевое свечение электрически заряженного неонового газа делает его полезным для вывесок и освещения. Это яркое свечение возникает, когда электроны в атомах неона возбуждаются электричеством, а затем испускают фотоны, возвращаясь в свое основное состояние.
Неон — один из типов газа, используемых для свечения люминесцентных ламп и трубок. В этих лампах неон излучает красновато-оранжевый свет при возбуждении электричеством. Но неон не используется в люминесцентных лампах сам по себе. Он смешивается с другими газами, такими как аргон, пары ртути и люминофоры, чтобы создать диапазон цветов, излучаемых люминесцентным освещением.
Вот как это работает: электрический ток возбуждает атомы паров ртути внутри люминесцентной трубки. Когда атомы ртути возбуждаются, они производят ультрафиолетовые фотоны, возвращаясь в свое основное состояние. Ультрафиолетовый свет невидим, но содержит большое количество энергии. Этот ультрафиолетовый свет попадает на фосфорное покрытие внутри трубки, заставляя люминофоры поглощать энергию и излучать видимый свет.
Различные фосфорные соединения излучают разные цвета. Например, синие люминофоры излучают синий свет, а красные люминофоры — красный свет. Смешивая люминофоры, можно создать любой цвет. Неоновый газ способствует этому процессу, излучая свой собственный красновато-оранжевый свет и заряжая энергией атомы ртути. Газ аргон помогает регулировать электрический разряд.
Поэтому люминесцентные лампы смешивают цвета, производимые фосфорами, с оранжево-красным цветом неона, чтобы создать широкую гамму возможных оттенков. Неон придает отличительный оттенок флуоресцентному освещению, который делает его узнаваемым. Неоновые лампы, как правило, имеют лучшую цветопередачу, чем лампы без неона.
Итак, вкратце, люминесцентные лампы используют свечение неона для создания своих световых эффектов. Неон дает свой собственный красноватый свет, а также заряжает энергией атомы паров ртути, которые заставляют фосфоры излучать цвет.
Неон был открыт в 1898 году шотландским химиком Уильямом Рамзаем и английским химиком Моррисом Трэверсом, когда они работали в Университетском колледже Лондона. Они успешно выделили благородные газы аргон и криптон в предыдущих экспериментах. Рамсей подозревал, что между ними существует еще один благородный газовый элемент, основываясь на расположении периодической таблицы.
Для поиска предсказанного элемента Рамсей и Трэверс извлекли остаточный газ из жидкого воздуха. Когда они проанализировали газ спектроскопически, они наблюдали ярко-красную спектральную линию, которая не соответствовала ни одному известному элементу. Это указывало на присутствие нового элемента, который они назвали «неон» в честь греческого слова ????, означающего «новый».
Позже в том же году Рамсей смог выделить достаточно неона, чтобы определить, что он бесцветен, не имеет запаха, химически инертен и состоит из одноатомных молекул (Ne). Затем Трэверс определил атомный вес неона 20,2. Они совместно объявили о своем открытии Британскому химическому обществу.
Наряду с гелием неон был вторым открытым благородным газом. Он присоединился к другим известным благородным газам: аргону, криптону и ксенону (позже, в 1898 году, был идентифицирован радон). Открытие неона предоставило дополнительные доказательства периодического закона и существования групп элементов, таких как благородные газы.
Неон является пятым по распространенности химическим элементом во Вселенной. Вот некоторые основные свойства неона:
Как благородный газ, неон имеет полную внешнюю электронную оболочку, что делает его стабильным и устойчивым к образованию соединений. Он имеет самый узкий диапазон жидкостей среди всех элементов и вторую самую низкую температуру плавления и кипения.
Некоторые из основных областей применения неона включают:
Наиболее распространенное применение неона — в неоновых вывесках и светильниках, которые используют красновато-оранжевый свет неона при электрификации для создания яркой рекламы и украшений. Помимо освещения, неон применяется в холодильной технике, индикации напряжения, телевизионных экранах и лазерах.
Неон составляет около 0,0018% атмосферы Земли по объему. Это пятый по распространенности элемент во вселенной, но редкий на Земле. Неон не образует много соединений из-за своей благородства.
Неон извлекается из сжиженного воздуха. Воздух охлаждается до криогенных температур, в результате чего он сжижается. Затем сжиженному воздуху дают испаряться, так что точки кипения разделяют газы по атомной массе. Неон выкипает в соответствующей фракции. После разделения примеси удаляются из неона путем адсорбции.
Большая часть неона производится в Украине, России и США. Неон стоит около 25 долларов за литр, что делает его относительно дорогим, поскольку для его извлечения требуется криогенная перегонка огромных объемов воздуха.
При стандартной температуре и давлении неон существует как бесцветный инертный одноатомный газ. Вот некоторые ключевые свойства чистого неонового газа:
В чистом виде неон нетоксичен. Он безвкусен, не имеет запаха и бесцветен.
Как благородный газ, неон химически нереакционноспособен из-за своей полной внешней электронной оболочки. Однако некоторые метастабильные соединения неона образуются при экстремальных температурах или давлениях. К ним относятся фториды неона, такие как NaFNe, и эксимеры, такие как NeAr, NeKr, NeXe и Ne2.
При очень низких температурах неон может конденсироваться в жидкое состояние. Жидкий неон имеет плотность 1,207 г/мл и затвердевает при 24,56 К. Твердый неон имеет кубическую кристаллическую структуру.
Как благородный газ, неон, как правило, инертен и не образует стабильных соединений при нормальных условиях. Однако у неона есть некоторые химические свойства:
Таким образом, хотя неон в значительной степени инертен, он может участвовать в нескольких химических реакциях при определенных условиях, таких как высокое давление. Со сжатыми газовыми смесями неона следует обращаться осторожно, поскольку химические реакции с другими газами становятся более вероятными.
Неон имеет три стабильных изотопа, а также два более долгоживущих радиоактивных изотопа.
| Изотоп | Природное содержание | Атомная масса |
|---|---|---|
| Ne-20 | 90,48% | 19,99 ед |
| Не-21 | 0,27% | 20,99 а |
| Не-22 | 9,25% | 21,99 а |
| Не-21 | След | 21,99 u |
| Ne-22 | След | 22,99 u |
Наиболее распространенный изотоп, Ne-20, составляет почти 91% природного неона. Другие стабильные изотопы имеют очень низкую природную распространенность. Радиоактивные нуклиды имеют слишком короткие периоды полураспада, чтобы обеспечить существенное накопление.
В атоме неона 10 электронов и 10 протонов. Его электронная конфигурация:
1s2 2s2 2p6
Это представляет собой заполнение электронных оболочек неона. Первая оболочка (1s) имеет 2 электрона. Вторая оболочка (2s и 2p) заполнена 8 электронами.
Полная подоболочка 2p делает внешнюю электронную оболочку неона полной. Эта стабильная конфигурация объясняет, почему неон инертен, так как у него уже есть полный октет.
Электронная конфигурация получается из-за того, что у неона всего 10 электронов, распределенных как 2 в первой оболочке, 2 во второй оболочке s-орбитали и 6 во второй оболочке p-орбитали. Орбиталь p заполнена, завершая внешнюю оболочку.
Некоторые ключевые события в истории неона:
Итак, неоновые лампы были изобретены в начале 20-го века, что произвело революцию в освещении и вывесках. Их новизна сделала неоновые вывески знаковыми приборами в таких городах, как Лас-Вегас и Таймс-сквер. Хотя сегодня неоновое освещение встречается реже, оно остается декоративным элементом в архитектуре.
Помимо вывесок, неон нашел важное применение в таких технологиях, как лазеры, телевидение и охлаждение в конце 20-го века. Потребовалось почти 50 лет с момента его первоначального открытия, чтобы полностью раскрыть все его области применения.
Вкратце, вот два ключевых факта о неоне:
– Неон имеет характерное красновато-оранжевое свечение при электричестве. Это происходит, когда электроны испускают фотоны при переходе в более низкие энергетические состояния. Это позволяет использовать неон в люминесцентном освещении и ярких неоновых вывесках.
– Неон является одним из благородных или инертных газов. Его полная внешняя электронная оболочка делает его устойчивым к связыванию с другими элементами. Эта химическая стабильность делает очищенный неон нереактивным и нетоксичным.
Уникальные свойства неона сделали его важным для освещения, вывесок, лазеров и охлаждения. Его открытие помогло продемонстрировать предсказательную силу периодической таблицы и квантовой механики в понимании химических элементов. Более века спустя после своего первоначального открытия неон продолжает иметь высокотехнологичные приложения наряду с более декоративными ролями в освещении.