Неон

Неон — элемент главной подгруппы восьмой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 10. Обозначается символом Ne (Neon). Пятый по распространённости элемент во Вселенной (после водорода, гелия, кислорода и углерода). Простое вещество неон (CAS-номер: 7440-01-9) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Схема атома неона

Происхождение названия

Название происходит от греч. νέος — новый.

Существует легенда, согласно которой название элементу дал тринадцатилетний сын Рамзая — Вилли, который спросил у отца, как тот собирается назвать новый газ, заметив при этом, что хотел бы дать ему имя novum (лат. — новый). Его отцу понравилась эта идея, однако он посчитал, что название neon, образованное от греческого синонима, будет звучать лучше.

Распространение

Земная кора

Из всех элементов второго периода неон — самый малочисленный на Земле. В рамках восьмой группы неон по содержанию в земной коре занимает третье место — после аргона и гелия. Газовые туманности и некоторые звезды содержат неона во много раз больше, чем его находится на Земле.

На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82·10⁻³% по объему, а его общие запасы оцениваются в 7,8·10¹⁴ м³. В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится только 5,2 см³ гелия). Среднее содержание неона в земной коре мало − 7·10⁻⁹% по массе. Всего на нашей планете около 6,6·10¹⁰ т неона. В изверженных породах находится около 10⁹ т этого элемента. По мере разрушения пород газ улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды.

Причину неоновой бедности нашей планеты ученые усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов, которые не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете.

Определение

Качественно неон определяют по спектрам испускания (характеристические линии 585,25 нм и 540,05 нм), количественно — масс-спектрометрическими и хроматографическими методами анализа.

Физические свойства

• Благородные газы — бесцветные одноатомные газы без цвета и запаха.
• Инертные газы обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими газами и при прохождении через них тока ярко светятся, в частности неон огненно-красным светом, так как самые яркие его линии лежат в красной части спектра.

Эмиссионный спектр неона (слева направо: от ультрафиолетовых до инфракрасных линий, показанных белым цветом)

• Насыщенный характер атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же молекулярным весом.

Химические свойства

Все благородные газы имеют завершенную электронную оболочку, поэтому они химически инертны. Химическая инертность неона исключительна, в этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения. Даже так называемые клатратные соединения неона с водой (Ne·6Н₂О), гидрохиноном и другими веществами (подобные соединения тяжелых благородных газов — радона, ксенона, криптона и даже аргона — широко известны) получить и сохранить очень трудно.

Однако, с помощью методов оптической спектроскопии и масс-спектрометрии установлено существование ионов Ne⁺, (NeAr)⁺, (NeH)⁺, и (HeNe)⁺.

Изотопы неона

Существует три стабильных изотопа неона: ²⁰Ne (изотопная распространённость 90,48 %), ²¹Ne (0,27 %) и ²²Ne (9,25 %)^[10]. Повсеместно преобладает легкий ²⁰Ne.

Во многих альфа-активных минералах относительное содержание тяжелых ²¹Ne и ²²Ne в десятки и сотни раз больше содержания их в воздухе. Это вызвано тем, что основными механизмами образования этих изотопов являются ядерные реакции, происходящие при бомбардировке ядер алюминия, натрия, магния и кремния продуктами распада ядер тяжёлых элементов. Кроме того, подобные реакции происходят в земной коре и атмосфере под воздействием космического излучения.

Зафиксирован также ряд малопродуктивных ядерных реакций, при которых образуются ²¹Ne и ²²Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжелого кислорода ¹⁸О и фтора ¹⁹F:

Источник преобладающего на Земле лёгкого нуклида ²⁰Ne до сих пор не установлен.

Считается, что в космическом пространстве неон также преимущественно представлен лёгким нуклидом ²⁰Ne. В метеоритах обнаруживают немало ²¹Ne и ²²Ne, но эти нуклиды предположительно образуются в самих метеоритах под воздействием космических лучей за время странствий во Вселенной.

Кроме трех стабильных нуклидов неона, существует еще шестнадцать нестабильных.

Получение

Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Разделение гелия и неона осуществляется за счет адсорбции и конденсации. Адсорбционный метод основан на способности неона в отличие от гелия адсорбироваться активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом.

Неон извлекают из воздуха в аппаратах двукратной ректификации жидкого воздуха. Газообразные неон и гелий скапливаются в верхней части колонны высокого давления, то есть в конденсаторе-испарителе, откуда под давлением около 0.55 МПа подаются в трубное пространство дефлегматора, охлаждаемое жидким N₂. Из дефлегматора обогащенная смесь Ne и Не направляется для очистки от N₂ в адсорберы с активированным углем, из которых после нагревания поступает в газгольдер (содержание Ne + He до 70 %); степень извлечения смеси газов 0.5-0.6. Последнюю очистку от N₂ и разделение Ne и Не можно осуществлять либо селективной адсорбцией при температуре жидкого N₂, либо конденсационными методами — с помощью жидких Н₂ или Ne. При использовании жидкого водорода дополнительно проводят очистку от примеси водорода с помощью CuO при 700 °С. В результате получают неон 99,9%-ной чистоты по объему.

Применение

Неоновая вывеска

Жидкий неон используют в качестве охладителя в криогенных установках. Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном.

Символ элемента, выполненный из неоновых трубок

Неоном наполняют газоразрядные лампы, сигнальные лампы в радиотехнической аппаратуре, фотоэлементы, выпрямители.

Смесь неона и гелия используют как рабочую среду в газовых лазерах (гелий-неоновый лазер).

Трубки, заполненные смесью неона и азота, при пропускании через них электрического разряда дают красно-оранжевое свечение, в связи с чем они широко используются в рекламе.

Неоновые лампы используют для сигнальных целей на маяках и аэродромах, так как их красный цвет очень мало рассеивается туманом и мглой.

Биологическая роль

Неон не играет никакой биологической роли.

Физиологическое действие

Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм. Наркотическое воздействие неона (как и гелия) при нормальном давлении в опытах не регистрируется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД).

В связи с этим, наряду с гелием, неон в составе неоно-гелиевой смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза. Преимущество смеси в том, что она меньше охлаждает организм, так как теплопроводность неона меньше, чем гелия.

Лёгкий неоно-гелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.

Содержание неона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии.

Интересные факты

«Неоновые огни» оправдывают своё название только в случае свечения красного цвета. Для получения других цветов используют ртуть и фосфор в определённых пропорциях или другие благородные газы.

Неон, Neon, Nе (10)
Химический элемент неон был открыт Рамзаем и Траверсом в 1898 г., через несколько дней после открытия криптона. Ученые отобрали первые пузырьки газа, образующегося при испарении жидкого аргона, и установили, что спектр этого газа указывает на присутствие нового элемента. Рамзай так рассказывает о выборе названия для этого элемента: «Когда мы впервый раз рассматривали его спектр, при этом находился мой 12-летний сын.»

Отец, — сказал он — как называется этот красивый газ?
Это еще не решено — ответил я.
Он новый? — полюбопытствовал сын.
Новооткрытый — возразил я.
Почему бы в таком случае не назвать его Novum, отец?
Это не подходит, потому что novum не греческое слово — ответил я.

Мы назовем его неоном, что по гречески значит новый, таким то образом газ получил свое название.