Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Неон - это химический элемент с символом Ne и атомным номером 10. Это благородный газ . [10] Неон представляет собой инертный одноатомный газ без цвета и запаха при стандартных условиях , плотность которого составляет около двух третей плотности воздуха. Он был открыт (наряду с криптоном и ксеноном ) в 1898 году как один из трех остаточных редких инертных элементов, оставшихся в сухом воздухе после азота , кислорода , аргона и углекислого газа.были удалены. Неон был вторым из трех обнаруженных инертных газов и сразу же был признан новым элементом из-за его ярко-красного спектра излучения . Название неон происходит от греческого слова νέον , среднего единственного числа от νέος ( neos ), что означает новый. Неон химически инертен , незаряженные соединения неона неизвестны. Известные в настоящее время соединения неона включают ионные молекулы, молекулы, удерживаемые вместе силами Ван-дер-Ваальса, и клатраты .

Во время космического нуклеогенеза элементов большое количество неона создается в результате процесса синтеза альфа-захвата в звездах. Хотя неон является очень распространенным элементом во Вселенной и Солнечной системе (он занимает пятое место по количеству в космосе после водорода , гелия , кислорода и углерода ), на Земле он встречается редко. Он составляет около 18,2 ppm воздуха по объему (это примерно столько же, сколько молекулярная или мольная доля) и меньшую долю в земной коре. Причина относительной редкости неона на Земле и внутренних планетах (земных) заключается в том, что неон очень летуч и не образует соединений, которые могли бы закрепить его на твердых телах. В результате он ускользнул от планетезималей.под теплом только что зажженного Солнца в ранней Солнечной системе. Даже внешняя атмосфера Юпитера несколько обеднена неоном, хотя и по другой причине. [11]

Неон дает отчетливое красновато-оранжевое свечение при использовании в низковольтных неоновых лампах накаливания , высоковольтных газоразрядных трубках и неоновых рекламных вывесках . [12] [13] Красная линия излучения неона также вызывает хорошо известный красный свет гелий-неоновых лазеров . Неон используется в некоторых плазменных трубках и хладагентах, но имеет несколько других коммерческих применений. Она коммерчески экстрагируют с помощью фракционной перегонки из жидкого воздуха . Поскольку воздух является единственным источником, он значительно дороже гелия.

История

Неоновые газоразрядные лампы - символ неона

Неон был открыт в 1898 году британскими химиками сэром Уильямом Рамзи (1852–1916) и Моррисом У. Траверсом (1872–1961) в Лондоне . [14] Неон был обнаружен, когда Рамзи охладил образец воздуха до тех пор, пока он не превратился в жидкость, затем нагрел жидкость и захватил газы, когда они выкипели. Газы азот , кислород и аргон были идентифицированы, но оставшиеся газы были выделены примерно в их порядке содержания в течение шестинедельного периода, начинающегося в конце мая 1898 года. Первым был идентифицирован криптон.. Следующим, после того как был удален криптон, был газ, который давал ярко-красный свет при спектроскопическом разряде. Этот газ, обнаруженный в июне, был назван «неон», греческий аналог латинского novum («новый») [15], предложенный сыном Рамзи. Сразу же был отмечен характерный яркий красно-оранжевый цвет, излучаемый газообразным неоном при электрическом возбуждении. Позже Трэверс писал: «Вспышка малинового света из трубки рассказывала свою собственную историю и была зрелищем, на котором стоит остановиться и никогда не забыть». [16]

Сообщалось также о втором газе вместе с неоном, имеющем примерно ту же плотность, что и аргон, но с другим спектром - Рамзи и Траверс назвали его метаргоном . [17] [18] Однако последующий спектроскопический анализ показал, что это аргон, загрязненный монооксидом углерода . Наконец, та же группа открыла ксенон тем же способом в сентябре 1898 г. [17]

Дефицит неона не позволил его быстро применить для освещения по образцу трубок Мура , в которых использовался азот и которые были коммерциализированы в начале 1900-х годов. После 1902 года Жорж Клод Компания Air Liquide производства промышленных количеств неона в качестве побочного продукта его воздушно-сжижение бизнеса. В декабре 1910 года Клод продемонстрировал современное неоновое освещение, основанное на запаянной неоновой трубке. Клод ненадолго попытался продать неоновые лампы для внутреннего домашнего освещения из-за их интенсивности, но рынок потерпел неудачу, потому что домовладельцы возражали против цвета. В 1912 году партнер Клода начал продавать неоновые газоразрядные трубки в качестве привлекательных рекламных вывесок.и мгновенно стал более успешным. Неоновые трубки были представлены в США в 1923 году с двумя большими неоновыми вывесками, купленными автомобильным дилером Packard в Лос-Анджелесе. Свечение и привлекательный красный цвет сделали неоновую рекламу совершенно отличной от конкурентов. [19] Интенсивный цвет и яркость неона приравнивались к американскому обществу того времени, предлагая «век прогресса» и превращая города в сенсационные новые среды, наполненные излучающей рекламой и «электро-графической архитектурой». [20] [21]

Неон сыграл роль в базовом понимании природы атомов в 1913 году, когда Дж. Дж. Томсон , в рамках своего исследования состава лучей каналов , направил потоки ионов неона через магнитное и электрическое поля и измерил отклонение ручьи с фотопластинкой. Томсон наблюдал два отдельных пятна света на фотографической пластинке (см. Изображение), которые предполагали две разные параболы отклонения. В конце концов Томсон пришел к выводу, что некоторые атомы в неоновом газе имеют большую массу, чем остальные. Хотя это и не поняли , в свое время Thomson, это было первым открытием изотопов в стабильноматомы. Устройство Томсона было грубой версией прибора, который мы теперь называем масс-спектрометром .

Изотопы

Первые доказательства наличия изотопов стабильного элемента были получены в 1913 году в экспериментах с неоновой плазмой. В правом нижнем углу фотопластинки Дж. Дж. Томсона есть отдельные следы от ударов двух изотопов неона-20 и неона-22.

Неон - второй по легкости инертный газ. Неон имеет три стабильных изотопа : 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) и 22 Ne (9,25%). 21 Ne и 22 Ne частично являются первичными, а частично нуклеогенными (т.е. образуются в результате ядерных реакций других нуклидов с нейтронами или другими частицами в окружающей среде), и их вариации в естественном содержании хорошо изучены. Напротив, 20 Ne (главный первичный изотоп, образующийся в звездном нуклеосинтезе ), как известно, не является нуклеогенным или радиогенным . Причины разбросаТаким образом, 20 Ne на Земле стали предметом горячих споров. [22]

Основные ядерные реакции, генерирующие нуклеогенные изотопы неона, начинаются с 24 Mg и 25 Mg, которые производят 21 Ne и 22 Ne соответственно, после захвата нейтрона и немедленного испускания альфа-частицы . Эти нейтроны , которые производят реакции, в основном , получает вторичные реакции скалывания из альфа - частиц , в свою очередь , полученные из урана -рядов цепей распада . Чистый результат дает тенденцию к снижению 20 Ne / 22 Ne и более высокому уровню 21 Ne / 22.Отношения Ne наблюдаются в богатых ураном породах, таких как граниты . [23] 21 Ne может также образовываться в нуклеогенной реакции, когда 20 Ne поглощает нейтрон от различных естественных земных источников нейтронов.

Кроме того, изотопный анализ обнаженных земных горных пород продемонстрировал космогенное (космическое излучение) образование 21 Ne. Этот изотоп образуется в результате реакций расщепления магния , натрия , кремния и алюминия . Анализируя все три изотопа, можно выделить космогенный компонент из магматического неона и нуклеогенного неона. Это говорит о том, что неон будет полезным инструментом для определения возраста космического облучения поверхностных пород и метеоритов . [24]

Подобно ксенону , неон, наблюдаемый в образцах вулканических газов , обогащен 20 Ne и нуклеогенным 21 Ne по сравнению с содержанием 22 Ne. Изотопное содержание неона в этих образцах, полученных из мантии, представляет собой внеатмосферный источник неона. Компоненты, обогащенные 20 Ne, относятся к экзотическим первичным компонентам инертного газа на Земле, которые, возможно, представляют собой солнечный неон . Повышенное содержание 20 Ne обнаружено в алмазах , что также указывает на наличие солнечно-неонового резервуара на Земле. [25]


Характеристики

Неон - второй по легкости благородный газ после гелия . Он светится красновато-оранжевым светом в вакуумной газоразрядной трубке . Кроме того, неон имеет самый узкий диапазон жидкостей из всех элементов: от 24,55 до 27,05 К (от -248,45 ° C до -245,95 ° C или от -415,21 ° F до -410,71 ° F). Его холодопроизводительность (на единицу объема) в 40 раз выше, чем у жидкого гелия, и в три раза больше, чем у жидкого водорода . [2] В большинстве случаев это менее дорогой хладагент, чем гелий. [26] [27]

Спектр неона с ультрафиолетовыми (слева) и инфракрасными (справа) линиями, показанными белым цветом

Неоновая плазма имеет самый интенсивный световой разряд при нормальных напряжениях и токах из всех благородных газов. Средний цвет этого света для человеческого глаза красно-оранжевый из-за множества линий в этом диапазоне; он также содержит сильную зеленую линию, которая скрыта, если только визуальные компоненты не рассеиваются с помощью спектроскопа. [28]

Обычно используются два совершенно разных типа неонового освещения . Неоновые лампы накаливания, как правило, крошечные, с напряжением от 100 до 250 вольт . [29] Они широко используются в качестве включения питания и показателей в цепи тестирования оборудования, но светоизлучающих диодов (СИД) в настоящее время доминируют в этих приложениях. Эти простые неоновые устройства были предшественниками плазменных дисплеев и плазменных телевизоров . [30] [31] Неоновые вывески обычно работают при гораздо более высоких напряжениях (2–15 киловольт ), а световые трубки обычно имеют длину в несколько метров. [32] Стеклянные трубки часто имеют формы и буквы для вывесок, а также для архитектурных и художественных приложений.

Вхождение

Неоновая вывеска в Хамдене, Коннектикут , цветочный магазин

Стабильные изотопы неона образуются в звездах. Наиболее распространенный изотоп для Neon 20 Н (90,48%) создаются с помощью ядерного синтеза из углерода и углерода в процессе горения углеродсодержащего из звездного нуклеосинтеза . Для этого требуются температуры выше 500 мегакельвинов , которые встречаются в ядрах звезд с массой более 8 солнечных. [33] [34]

Неон широко распространен в мировом масштабе; это пятый по численности химический элемент во Вселенной по массе после водорода, гелия, кислорода и углерода (см. химический элемент ). [35] Его относительная редкость на Земле, как и гелий, объясняется его относительной легкостью, высоким давлением пара при очень низких температурах и химической инертностью - всеми свойствами, которые не позволяют ему попасть в конденсирующиеся газовые и пылевые облака. которые сформировали более мелкие и более теплые твердые планеты, такие как Земля. Неон одноатомен, что делает его легче, чем молекулы двухатомного азота и кислорода, которые составляют основную часть атмосферы Земли; воздушный шар, наполненный неоном, поднимется в воздух, хотя и медленнее, чем гелиевый шар. [36]

Обилие неона во Вселенной составляет примерно 1 часть из 750; на Солнце и, предположительно, в туманности прото-Солнечной системы - около 1 части из 600. Зонд входа в атмосферу космического корабля Galileo обнаружил, что даже в верхних слоях атмосферы Юпитера количество неона уменьшается (истощается) примерно в 10 раз. , до уровня 1 части на 6000 по массе. Это может указывать на то, что даже ледяные планетезимали, доставившие неон на Юпитер из внешней Солнечной системы, образовались в области, которая была слишком теплой, чтобы удерживать неоновую атмосферную составляющую (содержание более тяжелых инертных газов на Юпитере в несколько раз больше, чем на Солнце. ). [37]

Неон составляет 1 часть на 55000 в атмосфере Земли , или 18,2 частей на миллион по объему (это примерно то же самое, что и молекула или мольная доля), или 1 часть на 79000 воздуха по массе. Он составляет меньшую долю корки. Промышленно производится путем криогенной фракционной перегонки сжиженного воздуха. [2]

17 августа 2015 года, на основе исследований с атмосферой Lunar и пыли окружающей среды Проводник (LADEE) космических аппаратов, ученые НАСА сообщили об обнаружении неона в экзосфере на Луне . [38]

Химия

Кристаллическая структура клатратного гидрата Ne [39]

Неон - это первый благородный газ с p-блоком и первый элемент с истинным октетом электронов. Он инертен : как и в случае с его более легким аналогом гелием , прочно связанные нейтральные молекулы, содержащие неон , не обнаружены. В ионы [Ne Ar ] + , [Н Н ] + и [He - Ne] + наблюдались от оптических и масс - спектрометрических исследований. [2] Твердый гидрат клатрата неона был получен из водяного льда и неонового газа при давлении 0,35–0,48 ГПа и температуре около -30 ° C. [40]Атомы Ne не связаны с водой и могут свободно перемещаться через этот материал. Их можно извлечь, поместив клатрат в вакуумную камеру на несколько дней, получив лед XVI , наименее плотную кристаллическую форму воды. [39]

Знакомая шкала электроотрицательности Полинга основана на энергиях химических связей, но такие значения, очевидно, не измерялись для инертного гелия и неона. Шкала электроотрицательности Аллена , которая основывается только на (измеряемой) атомной энергии, определяет неон как наиболее электроотрицательный элемент, за которым следуют фтор и гелий.

Приложения

Неон часто используется в знаках и излучает безошибочно яркий красновато-оранжевый свет. Хотя ламповые лампы других цветов часто называют «неоновыми», они используют разные благородные газы или флуоресцентное освещение разных цветов .

Неон используется в электронных лампах , высоковольтных индикаторах, молниеотводах , трубках измерителя волн , телевизионных трубках и гелий-неоновых лазерах . Сжиженный неон коммерчески используется в качестве криогенного хладагента в приложениях, не требующих более низкого диапазона температур, достижимого при более экстремальном охлаждении жидким гелием.

Неон, как жидкость или газ, относительно дорог - в небольших количествах цена жидкого неона может быть более чем в 55 раз выше стоимости жидкого гелия. Расходы на неон - это редкость неона, который, в отличие от гелия, можно получить только из воздуха.

Температура тройной точки неона (24,5561 К) является определяющей фиксированной точкой Международной температурной шкалы 1990 года . [41]

Смотрите также

  • Коэффициент расширения
  • Неоновая вывеска
  • Неоновая лампа

Рекомендации

  1. ^ Мейджа, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ а б в г Хэммонд, CR (2000). Элементы в 81-м издании Справочника по химии и физике (PDF) . CRC Press. п. 19. ISBN  0849304814.
  3. ^ Престон-Томас, Х. (1990). «Международная температурная шкала 1990 г. (ITS-90)» . Метрология . 27 (1): 3–10. Bibcode : 1990Metro..27 .... 3P . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 27/1/002 .
  4. ^ а б Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.122. ISBN 1439855110.
  5. ^ Shuen-Чен Хван, Роберт Д. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Благородные газы". в Энциклопедии химической технологии Кирка Отмера , страницы 343–383. Вайли. DOI : 10.1002 / 0471238961.0701190508230114.a01.pub2
  6. ^ Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений , в Lide, DR, ed. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  7. ^ Weast, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике . Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  8. ^ Рамзи, Уильям ; Трэверс, Моррис В. (1898). «О товарищах Аргона». Труды Лондонского королевского общества . 63 (1): 437–440. DOI : 10,1098 / rspl.1898.0057 .
  9. ^ «Неон: История» . Softciências . Проверено 27 февраля 2007 .
  10. ^ Группа 18 относится к современной нумерации таблицы Менделеева. В более старых нумерациях редкие газы обозначались как Группа 0 или Группа VIIIA (иногда сокращенная до 8). См. Также группу (таблица Менделеева) .
  11. ^ Уилсон, Хью Ф .; Милитцер, Буркхард (март 2010 г.), «Секвестрация благородных газов в недрах гигантских планет», Physical Review Letters , 104 (12): 121101, arXiv : 1003.5940 , Bibcode : 2010PhRvL.104l1101W , doi : 10.1103 / PhysRevLett.104.12110123 , PMID 204.1211023 , S2CID 9850759 , 121101.  
  12. ^ Койл, Гарольд П. (2001). Project STAR: Вселенная в ваших руках . Кендалл Хант. п. 464. ISBN 978-0-7872-6763-6.
  13. ^ Kohmoto, Kohtaro (1999). «Люминофоры для ламп» . В Шионоя, Шигео; Йен, Уильям М. (ред.). Справочник по люминофору . CRC Press. п. 940. ISBN 978-0-8493-7560-6.
  14. ^ Рамзи, Уильям , Трэверс, Моррис В. (1898). «О товарищах Аргона». Труды Лондонского королевского общества . 63 (1): 437–440. DOI : 10,1098 / rspl.1898.0057 . S2CID 98818445 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ^ «Неон: История» . Softciências. Архивировано из оригинала на 2007-03-14 . Проверено 27 февраля 2007 .
  16. ^ Недели, Мэри Эльвира (2003). Открытие Стихий: Третье издание (перепечатка) . Kessinger Publishing. п. 287. ISBN. 978-0-7661-3872-8. Архивировано 22 марта 2015 года.
  17. ^ a b Рамзи, сэр Уильям (12 декабря 1904 г.). «Нобелевская лекция - Редкие газы атмосферы» . nobelprize.org . Nobel Media AB. Архивировано 13 ноября 2015 года . Проверено 15 ноября 2015 года .
  18. ^ Рамзи, Уильям; Трэверс, Моррис В. (1898). «О товарищах Аргона». Труды Лондонского королевского общества . 63 (1): 437–440. DOI : 10,1098 / rspl.1898.0057 . ISSN 0370-1662 . S2CID 98818445 .  
  19. ^ Mangum, Ая (8 декабря 2007). «Неон: Краткая история» . New York Magazine . Архивировано 15 апреля 2008 года . Проверено 20 мая 2008 .
  20. ^ Golec, Michael J. (2010). «Logo / Local Intensities: Lacan, Discourse of Other, and the Soliciting to« Enjoy » ». Дизайн и культура . 2 (2): 167–181. DOI : 10.2752 / 175470710X12696138525622 . S2CID 144257608 . 
  21. Вулф, Том (октябрь 1968 г.). «Электро-графическая архитектура». Архитектура Канады .
  22. ^ Дикин, Алан П. (2005). «Неон» . Радиогенная изотопная геология . п. 303. ISBN 978-0-521-82316-6.
  23. ^ Ресурсы по изотопам. Таблица Менделеева - Неон. Архивировано 23 сентября 2006 г. в Wayback Machine . объяснение нуклеогенных источников Ne-21 и Ne-22. USGS.gov.
  24. ^ "Неон: Изотопы" . Softciências. Архивировано из оригинала на 2012-11-15 . Проверено 27 февраля 2007 .
  25. ^ Андерсон, Дон Л. «Гелий, неон и аргон» . Mantleplumes.org. Архивировано 28 мая 2006 года . Проверено 2 июля 2006 .
  26. ^ "NASSMC: Бюллетень новостей" . 30 декабря 2005 года Архивировано из оригинального 13 февраля 2007 года . Проверено 5 марта 2007 .
  27. ^ Mukhopadhyay, Mamata (2012). Основы криогенной инженерии . п. 195. ISBN 9788120330573. Архивировано 16 ноября 2017 года.
  28. ^ "Плазма" . Архивировано из оригинала на 2007-03-07 . Проверено 5 марта 2007 .
  29. ^ Бауманн, Эдвард (1966). Применение неоновых ламп и газоразрядных трубок . Карлтон Пресс.
  30. ^ Майерс, Роберт Л. (2002). Интерфейсы дисплея: основы и стандарты . Джон Уайли и сыновья. С. 69–71. ISBN 978-0-471-49946-6. Архивировано 29 июня 2016 года. Плазменные дисплеи тесно связаны с простой неоновой лампой.
  31. ^ Вебер, Ларри Ф. (апрель 2006 г.). «История плазменной панели». IEEE Transactions по науке о плазме . 34 (2): 268–278. Bibcode : 2006ITPS ... 34..268W . DOI : 10.1109 / TPS.2006.872440 . S2CID 20290119 .  Платный доступ.
  32. ^ "Таблица съемки световых труб ANSI" (PDF) . Американский национальный институт стандартов (ANSI). Архивировано (PDF) из оригинала 06.02.2011 . Проверено 10 декабря 2010 . Воспроизведение схемы в каталоге осветительной компании в Торонто; исходная спецификация ANSI не приводится.
  33. ^ Клейтон, Дональд (2003). Справочник изотопов в космосе: от водорода до галлия . Издательство Кембриджского университета. С. 106–107. ISBN 978-0521823814.
  34. ^ Райан, Шон G .; Нортон, Эндрю Дж. (2010). Звездная эволюция и нуклеосинтез . Издательство Кембриджского университета . п. 135. ISBN 978-0-521-13320-3.
  35. ^ Асплунд, Мартин; Гревесс, Николас; Соваль, А. Жак; Скотт, Пэт (2009). «Химический состав Солнца». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 47 (1): 481–522. arXiv : 0909.0948 . Bibcode : 2009ARA & A..47..481A . DOI : 10.1146 / annurev.astro.46.060407.145222 . S2CID 17921922 . 
  36. ^ Gallagher, R .; Инграм, П. (19 июля 2001 г.). Химия для высшего уровня . University Press. п. 282. ISBN. 978-0-19-914817-2.
  37. Морс, Дэвид (26 января 1996 г.). "Научный результат зонда Галилео" . Проект Галилео. Архивировано 24 февраля 2007 года . Проверено 27 февраля 2007 .
  38. ^ Steigerwald, Уильям (17 августа 2015). «Космический корабль НАСА LADEE обнаруживает неон в лунной атмосфере» . НАСА . Архивировано 19 августа 2015 года . Проверено 18 августа 2015 года .
  39. ^ a b Фаленти, Анджей; Hansen, Thomas C .; Кухс, Вернер Ф. (2014). «Образование и свойства льда XVI, полученного при опорожнении клатратного гидрата типа sII». Природа . 516 (7530): 231–3. Bibcode : 2014Natur.516..231F . DOI : 10,1038 / природа14014 . PMID 25503235 . S2CID 4464711 .  
  40. ^ Yu, X .; Zhu, J .; Ду, С .; Xu, H .; Vogel, SC; Han, J .; Germann, TC; Zhang, J .; Jin, C .; Франциско, JS; Чжао, Ю. (2014). «Кристаллическая структура и динамика инкапсуляции неонового гидрата со структурой льда II» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (29): 10456–61. Bibcode : 2014PNAS..11110456Y . DOI : 10.1073 / pnas.1410690111 . PMC 4115495 . PMID 25002464 .  
  41. ^ "Интернет-ресурс Международной температурной шкалы 1990 г." . Архивировано из оригинала на 2009-08-15 . Проверено 7 июля 2009 .

внешняя ссылка

  • Неон в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
  • WebElements.com - Неон .
  • Это элементаль - Неон
  • Периодическая таблица USGS - Неон
  • Атомный спектр неона
  • Неоновый музей, Лас-Вегас