NEON: GESCHIEDENIS, EIGENSCHAPPEN, STRUCTUUR, RISICO'S, GEBRUIK - CHEMIE - 2025

De neon is een chemisch element dat wordt weergegeven door het symbool Ne. Het is een edelgas waarvan de naam in het Grieks nieuw betekent, een kwaliteit die het decennialang kon behouden, niet alleen vanwege de sprankeling van zijn ontdekking, maar ook omdat het steden met zijn licht versierde toen ze hun modernisering ontwikkelden.

We hebben allemaal wel eens gehoord van neonlichten, die eigenlijk niets meer zijn dan roodoranje; tenzij ze worden gemengd met andere gassen of additieven. Tegenwoordig hebben ze een vreemde uitstraling vergeleken met de recente verlichtingssystemen; neon is echter veel meer dan alleen een verbluffende moderne lichtbron.

Draak gemaakt van buizen gevuld met neon en andere gassen die, wanneer ze een elektrische stroom ontvangen, ioniseren en karakteristieke lichten en kleuren uitzenden. Bron: AndrewKeenanRichardson.

Dit gas, dat praktisch uit Ne-atomen bestaat, onverschillig ten opzichte van elkaar, vertegenwoordigt de meest inerte en edele substantie van allemaal; Het is het meest inerte element in het periodiek systeem en momenteel en formeel is er geen verbinding bekend die stabiel genoeg is. Het is zelfs nog inerter dan helium zelf, maar ook duurder.

De hoge kosten van neon zijn te wijten aan het feit dat het niet uit de ondergrond wordt gehaald, zoals gebeurt met helium, maar uit de liquefactie en cryogene destillatie van de lucht; zelfs als het in voldoende hoeveelheden in de atmosfeer aanwezig is om een ​​enorme hoeveelheid neon te produceren.

Het is gemakkelijker om helium uit aardgasreserves te halen dan om lucht vloeibaar te maken en er neon uit te halen. Bovendien is de overvloed ervan minder dan die van helium, zowel binnen als buiten de aarde. In het heelal wordt neon aangetroffen in novae en supernovae, maar ook in gebieden die voldoende bevroren zijn om te voorkomen dat het ontsnapt.

In vloeibare vorm is het een veel effectiever koelmiddel dan vloeibaar helium en waterstof. Evenzo is het een element dat aanwezig is in de elektronica-industrie met betrekking tot lasers en apparatuur die straling detecteren.

Geschiedenis

De bakermat van argon

De geschiedenis van neon is nauw verwant aan die van de rest van de gassen waaruit de lucht bestaat en hun ontdekkingen. De Engelse chemicus Sir William Ramsay, samen met zijn mentor John William Strutt (Lord Rayleigh), besloot in 1894 om de samenstelling van lucht te bestuderen door middel van chemische reacties.

Met behulp van een luchtmonster slaagden ze erin het deoxygeneren en denitrogeniseren, waardoor het edelgas argon werd verkregen en ontdekt. Zijn wetenschappelijke passie leidde hem ook tot de ontdekking van helium, na het oplossen van het mineraal cleveiet in een zuur medium en het verzamelen van het vrijgekomen gas.

Toen vermoedde Ramsay dat er een chemisch element tussen helium en argon zat, en wijdde hij onsuccesvolle pogingen om ze in mineraalmonsters te vinden. Totdat hij uiteindelijk van mening was dat argon andere gassen die minder overvloedig in de lucht aanwezig zijn, moet worden "verborgen".

Zo begonnen de experimenten die leidden tot de ontdekking van neon met gecondenseerd argon.

Ontdekking

In zijn werk begon Ramsay, bijgestaan ​​door zijn collega Morris W. Travers, met een sterk gezuiverd en vloeibaar gemaakt monster van argon, dat hij vervolgens onderwierp aan een soort cryogene en gefractioneerde destillatie. Zo slaagden beide Engelse chemici er in 1898 en aan het University College London in om drie nieuwe gassen te identificeren en te isoleren: neon, krypton en xenon.

De eerste was neon, waarvan hij een glimp opving toen ze het in een glazen buis verzamelden waar ze een elektrische schok toedienden; het intense roodoranje licht was zelfs nog opvallender dan de kleuren van krypton en xenon.

Op deze manier gaf Ramsay dit gas de naam 'neon', wat in het Grieks 'nieuw' betekent; een nieuw element verscheen uit argon. Kort daarna, in 1904, en dankzij dit werk, ontvingen hij en Travers de Nobelprijs voor scheikunde.

Neon lichten

Ramsay had toen wat verlichting betreft weinig te maken met de revolutionaire toepassingen van neon. In 1902 richtte de elektrotechnisch ingenieur en uitvinder Georges Claude, samen met Paul Delorme, het bedrijf L'Air Liquide op, dat zich toelegt op de verkoop van vloeibaar gemaakte gassen aan industrieën en dat al snel het lichtpotentieel van neon ziet.

Claude, geïnspireerd door de uitvindingen van Thomas Edison en Daniel McFarlan Moore, bouwde de eerste buizen gevuld met neon en ondertekende een patent in 1910. Hij verkocht zijn product praktisch onder de volgende premisse: neonlichten zijn gereserveerd voor steden en monumenten omdat ze zeer oogverblindend en aantrekkelijk.

Sindsdien gaat de rest van de geschiedenis van neon tot op heden hand in hand met de opkomst van nieuwe technologieën; evenals de behoefte aan cryogene systemen die het als koelvloeistof kunnen gebruiken.

Fysische en chemische eigenschappen

- Verschijning

Glazen flacon of flacon met neon opgewonden door een elektrische ontlading. Bron: hoge resolutie afbeeldingen van chemische elementen

Neon is een kleurloos, reukloos en smaakloos gas. Wanneer echter een elektrische ontlading wordt toegepast, worden de atomen geïoniseerd of geëxciteerd, waarbij fotonen van energie worden uitgezonden die het zichtbare spectrum binnenkomen als een roodachtig oranje flits (bovenste afbeelding).

Dus de neonlichten zijn rood. Hoe hoger de gasdruk, hoe hoger de benodigde elektriciteit en de verkregen roodachtige gloed. Deze lichten die de steegjes of de gevels van de winkels verlichten, zijn heel gebruikelijk, vooral in koude klimaten; aangezien de roodachtige intensiteit zodanig is dat het van aanzienlijke afstanden in de mist kan doordringen.

- Molaire massa

20,1797 g / mol.

- Atoomnummer (Z)

10.

- Smeltpunt

-248,59 ° C.

- Kookpunt

-246,046 ° C.

- Dichtheid

-Onder normale omstandigheden: 0.9002 g / L.

-Uit de vloeistof, net op het kookpunt: 1,207 g / ml.

- Dampdichtheid

0,6964 (ten opzichte van lucht = 1). Met andere woorden, lucht is 1,4 keer dichter dan neon. Dan stijgt een met neon opgeblazen ballon de lucht in; hoewel minder snel vergeleken met een met helium opgeblazen.

- Dampdruk

0,9869 atm bij 27 K (-246,15 ° C). Merk op dat neon bij zo'n lage temperatuur al een druk uitoefent die vergelijkbaar is met atmosferische druk.

- Warmte van fusie

0,335 kJ / mol.

- Warmte van verdamping

1,71 kJ / mol.

- Molaire warmtecapaciteit

20,79 J / (mol.K).

- Ionisatie-energieën

-Eerste: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ gasvormig).

-Tweede: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ gas).

-Derde: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ gasvormig).

De ionisatie-energieën voor neon zijn bijzonder hoog. Dit komt door de moeilijkheid om een ​​van zijn valentie-elektronen te verwijderen uit zijn zeer kleine atoom (vergeleken met de andere elementen van dezelfde periode).

- oxidatiegetal

Het enige waarschijnlijke en theoretische aantal of oxidatietoestand voor neon is 0; dat wil zeggen, in zijn hypothetische verbindingen wint of verliest het geen elektronen, maar werkt het samen als een neutraal atoom (Ne ⁰ ).

Dit komt door zijn nulreactiviteit als edelgas, waardoor het geen elektronen kan winnen vanwege het ontbreken van een energetisch beschikbare orbitaal; en evenmin kan het verloren gaan door positieve oxidatiegetallen, vanwege de moeilijkheid om de effectieve nucleaire lading van zijn tien protonen te overwinnen.

- Reactiviteit

Het bovenstaande verklaart waarom een ​​edelgas niet erg reactief is. Van alle edelgassen en chemische elementen is neon echter de eigenaar van de ware kroon van adel; Het laat op geen enkele manier of van wie dan ook elektronen toe, en het kan zijn eigen elektronen niet delen omdat zijn kern dit verhindert en daarom geen covalente bindingen vormt.

Neon is minder reactief (edeler) dan helium omdat, hoewel de atoomstraal groter is, de effectieve nucleaire lading van zijn tien protonen groter is dan die van de twee protonen in de heliumkern.

Als men door groep 18 afdaalt, neemt deze kracht af omdat de atoomstraal aanzienlijk toeneemt; En daarom kunnen de andere edelgassen (vooral xenon en krypton) verbindingen vormen.

Verbindingen

Tot op heden is er geen op afstand stabiele verbinding van neon bekend. Het bestaan ​​van polyatomaire kationen zoals: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ en ⁺ is echter geverifieerd door middel van optische en massaspectrometrische studies .

Evenzo kan melding worden gemaakt van zijn Van der Walls-verbindingen, waarin, hoewel er geen covalente bindingen zijn (althans niet formeel), de niet-covalente interacties ervoor zorgen dat ze cohesief blijven onder rigoureuze omstandigheden.

Enkele van dergelijke Van der Walls-verbindingen voor neon zijn bijvoorbeeld: Ne ₃ (trimeer), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (endohedraal fullereencomplex ), enzovoort. En er moet ook worden opgemerkt dat organische moleculen ook onder zeer speciale omstandigheden met dit gas kunnen "schuren".

Het detail van al deze verbindingen is dat ze niet stabiel zijn; bovendien vinden de meeste hun oorsprong in het midden van een zeer sterk elektrisch veld, waar gasvormige metaalatomen worden opgewekt in het gezelschap van neon.

Zelfs met een covalente (of ionische) binding, nemen sommige chemici niet de moeite om ze als echte verbindingen te beschouwen; en daarom blijft neon een nobel en inert element gezien vanaf alle "normale" kanten.

Structuur en elektronische configuratie

Interactie-interacties

Het neonatoom kan worden gevisualiseerd als een bijna compacte bol vanwege zijn kleine formaat en de grote effectieve nucleaire lading van zijn tien elektronen, waarvan er acht valentie zijn, afhankelijk van hun elektronische configuratie:

1s ² 2s ² 2p ⁶ of 2s ² 2p ⁶

Het Ne-atoom interageert dus met zijn omgeving met behulp van zijn 2s en 2p-orbitalen. Ze zijn echter volledig gevuld met elektronen, in overeenstemming met het beroemde valentie-octet.

Het kan niet meer elektronen krijgen omdat de 3s-orbitaal niet energetisch beschikbaar is; Bovendien kan het ze ook niet verliezen vanwege hun kleine atoomstraal en de "smalle" afstand die ze scheidt van de tien protonen in de kern. Daarom is dit Ne-atoom of -bol erg stabiel en kan het geen chemische bindingen vormen met praktisch elk element.

Het zijn deze Ne-atomen die de gasfase bepalen. Omdat hij erg klein is, is zijn elektronische wolk homogeen en compact, moeilijk te polariseren en daardoor onmiddellijke dipoolmomenten vast te stellen die andere in naburige atomen induceren; dat wil zeggen, de verstrooiingskrachten tussen de Ne-atomen zijn erg zwak.

Vloeistof en glas

Daarom moet de temperatuur dalen tot -246 ºC zodat neon van gasvormig naar vloeibaar kan gaan.

Eenmaal op deze temperatuur zijn de Ne-atomen zo dichtbij dat de dispersiekrachten ze in een vloeistof aan elkaar binden; dat hoewel het blijkbaar niet zo indrukwekkend is als de kwantumvloeistof van vloeibaar helium en zijn superfluïditeit, het een koelvermogen heeft dat 40 keer groter is dan dit.

Dit betekent dat een koelsysteem voor vloeibaar neon 40 keer efficiënter is dan een vloeibaar helium; koelt sneller af en houdt de temperatuur langer vast.

De reden kan te wijten zijn aan het feit dat, zelfs wanneer Ne-atomen zwaarder zijn dan Hij, de eerste zich gemakkelijker scheiden en verspreiden (opwarmen) dan de laatste; maar hun interacties zijn zo zwak tijdens hun botsingen of ontmoetingen, dat ze weer snel vertragen (afkoelen).

Naarmate de temperatuur nog verder daalt, tot -248 ° C, worden de dispersiekrachten sterker en gerichter, waardoor ze nu in staat zijn om He-atomen te laten kristalliseren tot een vlakgecentreerd kubisch (fcc) kristal. Dit helium-fcc-kristal is stabiel onder alle drukken.

Waar te vinden en te verkrijgen

Supernovae en ijzige omgevingen

Bij de vorming van een supernova worden neonstralen verstrooid, die uiteindelijk deze sterrenwolken samenstellen en naar andere delen van het heelal reizen. Bron: Pxhere.

Neon is het vijfde meest voorkomende chemische element in het hele universum. Vanwege zijn gebrek aan reactiviteit, hoge dampspanning en lichte massa ontsnapt het uit de atmosfeer van de aarde (hoewel in mindere mate dan helium) en lost het weinig op in de zeeën. Daarom heeft het hier, in de lucht van de aarde, amper een concentratie van 18,2 ppm in volume.

Om de neonconcentratie te laten toenemen, is het nodig om de temperatuur te verlagen tot in de buurt van het absolute nulpunt; omstandigheden die alleen mogelijk zijn in de kosmos, en in mindere mate in de ijzige atmosferen van sommige gasreuzen zoals Jupiter, op de rotsachtige oppervlakken van meteorieten, of in de exosfeer van de maan.

De grootste concentratie ervan ligt echter in de novae of supernovae die door het heelal verspreid zijn; evenals in de sterren waaruit ze afkomstig zijn, volumineuzer dan onze zon, waarbinnen neonatomen worden geproduceerd als gevolg van een nucleosynthese tussen koolstof en zuurstof.

Vloeibaar maken van lucht

Hoewel de concentratie slechts 18,2 ppm in onze lucht is, is het voldoende om een ​​paar liter neon uit elke huisruimte te krijgen.

Om het te produceren, is het dus noodzakelijk om de lucht vloeibaar te maken en vervolgens een cryogene gefractioneerde destillatie uit te voeren. Op deze manier kunnen de atomen worden gescheiden van de vloeibare fase die bestaat uit vloeibare zuurstof en stikstof.

Isotopen

De meest stabiele isotoop van Neon is ²⁰ Ne, met een overvloed van 90,48%. Het heeft ook twee andere isotopen die ook stabiel zijn, maar minder overvloedig: ²¹ Ne (0,27%) en ²² Ne (9,25%). De rest zijn radio-isotopen, en op dit moment zijn er in totaal vijftien bekend ( ^15-19 Ne en ^23-32 Ne ).

Risico's

Neon is in bijna elk mogelijk aspect een onschadelijk gas. Vanwege zijn nul chemische reactiviteit, grijpt het helemaal niet in met enig metabolisch proces, en net als het het lichaam binnenkomt, verlaat het het zonder te worden geassimileerd. Het heeft daarom geen onmiddellijk farmacologisch effect; hoewel het in verband is gebracht met mogelijke anesthetische effecten.

Dat is de reden waarom als er een neonlek is, dit geen verontrustend alarm is. Als de concentratie van zijn atomen in de lucht echter erg hoog is, kan het de zuurstofmoleculen die we inademen verplaatsen, wat leidt tot verstikking en een hele reeks symptomen die ermee samenhangen.

Vloeibaar neon kan echter koude brandwonden veroorzaken bij contact, dus het is niet aan te raden om het direct aan te raken. Ook als de druk in uw containers erg hoog is, kan een abrupte spleet explosief zijn; niet door de aanwezigheid van vlammen maar door de kracht van het gas.

Neon vormt ook geen gevaar voor het ecosysteem. Bovendien is de concentratie in de lucht erg laag en is het inademen geen probleem. En nog belangrijker: het is geen brandbaar gas. Daarom zal het nooit branden, hoe hoog de temperaturen ook zijn.

Toepassingen

verlichting

Zoals gezegd zijn er in duizenden etablissementen rode neonlichten aanwezig. De reden hiervoor is dat er nauwelijks een lage gasdruk nodig is (~ 1/100 atm) zodat het bij elektrische ontlading zijn karakteristieke licht kan produceren, dat ook in advertenties van verschillende soorten is geplaatst (reclame, tekens van weg, enz.).

Met neon gevulde buizen kunnen van glas of plastic zijn gemaakt en allerlei vormen aannemen.

Elektronische industrie

Neon is een heel belangrijk gas in de elektronica-industrie. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van fluorescentie- en verwarmingslampen; apparaten die straling of hoge spanningen detecteren, televisiekinescopen, geisertellers en ionisatiekamers.

Lasers

Samen met helium kan het Ne-He duo worden gebruikt voor laserapparaten, die een straal roodachtig licht projecteren.

Clathrate

Hoewel het waar is dat neon geen verbindingen kan vormen, is gebleken dat onder hoge drukken (~ 0,4 GPa) zijn atomen worden opgesloten in ijs om clathraat te vormen. Daarin zijn de Ne-atomen beperkt tot een soort kanaal dat wordt begrensd door watermoleculen en waarin ze langs het kristal kunnen bewegen.

Hoewel er momenteel niet veel mogelijke toepassingen zijn voor dit neonclathraat, zou het in de toekomst een alternatief kunnen zijn voor de opslag ervan; of simpelweg als model dienen om het begrip van deze bevroren materialen te verdiepen. Misschien zit neon op sommige planeten gevangen in ijsmassa's.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Neon. PubChem-database. CID = 23987. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom en HH Mooy. (1930). Over de kristalstructuur van Neon. Fysiek laboratorium te Leiden.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Kristalstructuur en inkapselingsdynamiek van ijs II-gestructureerd neonhydraat. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Neon. Hersteld van: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 december 2018). 10 neonfeiten - chemisch element. Hersteld van: thoughtco.com
7. Dr. Doug Stewart. (2019). Feiten over neonelementen. Chemicool. Hersteld van: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Neon verbindingen. Hersteld van: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). The Element Neon: History, Facts & Uses. Studie. Hersteld van: study.com
10. Jane E. Boyd en Joseph Rucker. (9 augustus 2012). A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon. Science History Institute. Hersteld van: sciencehistory.org