Neon - Neon

Neon,  10 Ne
Tubo a scarica al neon.jpg
Neon
Aspetto esteriore gas incolore che mostra un bagliore rosso-arancione quando posto in un campo elettrico
Peso atomico standard A r, std (Ne) 20.1797(6)
Neon nella tavola periodica
Idrogeno Elio
Litio Berillio Boro Carbonio Azoto Ossigeno Fluoro Neon
Sodio Magnesio Alluminio Silicio Fosforo Zolfo Cloro Argon
Potassio Calcio Scandio Titanio Vanadio Cromo Manganese Ferro da stiro Cobalto Nichel Rame Zinco Gallio Germanio Arsenico Selenio Bromo Krypton
Rubidio Stronzio Ittrio Zirconio Niobio Molibdeno tecnezio Rutenio rodio Palladio D'argento Cadmio indio Lattina Antimonio Tellurio Iodio Xeno
Cesio Bario Lantanio Cerio praseodimio Neodimio promezio Samario europio gadolinio Terbio disprosio Olmio Erbio Tulio Itterbio lutezio Afnio tantalio Tungsteno renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Tallio Condurre Bismuto Polonio astato Radon
Francio Radio Attinio Torio protattinio Uranio Nettunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einsteinio Fermio Mendelevio Nobelio Lorenzo Rutherfordio dubnio Seaborgio Bohrium hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copernicium Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Lui

Ne

Ar
fluoroneonsodio
Numero atomico ( Z ) 10
Gruppo gruppo 18 (gas nobili)
Periodo periodo 2
Bloccare   p-blocco
Configurazione elettronica [ Lui ] 2s 2 2p 6
Elettroni per guscio 2, 8
Proprietà fisiche
Fase STP gas
Punto di fusione 24,56  K (-248,59 ° C, -415,46 ° F)
Punto di ebollizione 27,104 K (-246.046 ° C, -410.883 ° F)
Densità (a STP) 0,9002 g/litro
quando liquido (a  bp ) 1.207 g/cm 3
Punto triplo 24.556 K, ​43,37 kPa
Punto critico 44.4918 K, 2.7686 MPa
Calore di fusione 0,335  kJ/mol
Calore di vaporizzazione 1,71 kJ/mol
Capacità termica molare 20,79 J/(mol·K)
Pressione del vapore
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T  (K) 12 13 15 18 21 27
Proprietà atomiche
Stati di ossidazione 0
Energie di ionizzazione
raggio covalente 58  pm
Raggio di Van der Waals 154 pm
Linee di colore in una gamma spettrale
Linee spettrali di neon
Altre proprietà
Evento naturale primordiale
Struttura di cristallo cubico a facce centrate (FCC)
Struttura cristallina cubica a facce centrate per neon
Velocità del suono 435 m/s (gas, a 0 °C)
Conduttività termica 49,1×10 -3  W/(m⋅K)
Ordine magnetico diamagnetico
Suscettibilità magnetica molare -6,74 × 10 -6  cm 3 / mol (298 K)
Modulo di massa 654 GPa
Numero CAS 7440-01-9
Storia
Predizione William Ramsay (1897)
Scoperta e primo isolamento William Ramsay e Morris Travers (1898)
Principali isotopi del neon
Isotopo Abbondanza Emivita ( t 1/2 ) Modalità di decadimento Prodotto
20 Ne 90,48% stabile
21 Ne 0,27% stabile
22 Ne 9,25% stabile
Categoria Categoria: Neon
| Riferimenti

Il neon è un elemento chimico con il simbolo Ne e numero atomico 10. È un gas nobile . Il neon è un gas monoatomico incolore, inodore e inerte in condizioni standard , con circa due terzi della densità dell'aria. Fu scoperto (insieme a krypton e xenon ) nel 1898 come uno dei tre rari elementi inerti residui rimasti nell'aria secca, dopo la rimozione di azoto , ossigeno , argon e anidride carbonica . Il neon è stato il secondo di questi tre gas rari ad essere scoperto ed è stato immediatamente riconosciuto come un nuovo elemento dal suo spettro di emissione rosso brillante . Il nome neon deriva dalla parola greca, νέον , forma singolare neutra di νέος ( neos ), che significa nuovo. Il neon è chimicamente inerte e non sono noti composti di neon non carichi. I composti del neon attualmente conosciuti includono molecole ioniche, molecole tenute insieme da forze di van der Waals e clatrati .

Durante la nucleogenesi cosmica degli elementi, grandi quantità di neon vengono accumulate dal processo di fusione di cattura alfa nelle stelle. Sebbene il neon sia un elemento molto comune nell'universo e nel sistema solare (è il quinto in abbondanza cosmica dopo l' idrogeno , l' elio , l' ossigeno e il carbonio ), è raro sulla Terra. Compone circa 18,2 ppm di aria in volume (questo è circa lo stesso della frazione molecolare o molare) e una frazione più piccola nella crosta terrestre. La ragione della relativa scarsità di neon sulla Terra e sui pianeti interni (terrestri) è che il neon è altamente volatile e non forma composti per fissarlo ai solidi. Di conseguenza, è fuggito dai planetesimi sotto il calore del Sole appena acceso nel primo Sistema Solare. Anche l'atmosfera esterna di Giove è in qualche modo impoverita di neon, anche se per un motivo diverso.

Il neon emette un distinto bagliore rosso-arancio quando viene utilizzato in lampade a incandescenza al neon a bassa tensione , tubi a scarica ad alta tensione e insegne pubblicitarie al neon . La linea di emissione rossa del neon provoca anche la ben nota luce rossa dei laser elio-neon . Il neon viene utilizzato in alcune applicazioni di tubi al plasma e refrigeranti, ma ha pochi altri usi commerciali. È estratto commercialmente dalla distillazione frazionata di aria liquida . Poiché l'aria è l'unica fonte, è notevolmente più costosa dell'elio.

Storia

Neon lampade a scarica di gas che forma il simbolo per neon

Il neon fu scoperto nel 1898 dai chimici britannici Sir William Ramsay (1852–1916) e Morris Travers (1872–1961) a Londra . Il neon è stato scoperto quando Ramsay ha raffreddato un campione d'aria fino a farlo diventare un liquido, quindi ha riscaldato il liquido e ha catturato i gas mentre evaporavano. I gas azoto , ossigeno e argon erano stati identificati, ma i gas rimanenti furono isolati approssimativamente nel loro ordine di abbondanza, in un periodo di sei settimane a partire dalla fine di maggio 1898. Il primo ad essere identificato fu il krypton . Il successivo, dopo che il krypton era stato rimosso, era un gas che emetteva una luce rossa brillante sotto scarica spettroscopica. Questo gas, identificato a giugno, è stato chiamato "neon", l'analogo greco del latino novum ("nuovo") suggerito dal figlio di Ramsay. Il caratteristico colore rosso-arancio brillante emesso dal neon gassoso quando eccitato elettricamente è stato notato immediatamente. Travers in seguito scrisse: "la vampata di luce cremisi del tubo raccontava la sua storia ed era uno spettacolo su cui soffermarsi e non dimenticare mai".

Insieme al neon è stato segnalato anche un secondo gas, avente approssimativamente la stessa densità dell'argon ma con uno spettro diverso: Ramsay e Travers lo hanno chiamato metargon . Tuttavia, successive analisi spettroscopiche hanno rivelato che si trattava di argon contaminato da monossido di carbonio . Infine, la stessa squadra scoprì lo xeno con lo stesso processo, nel settembre 1898.

La scarsità di neon precludeva la sua pronta applicazione per l'illuminazione sulla falsariga dei tubi di Moore , che utilizzavano l' azoto e che furono commercializzati nei primi anni del 1900. Dopo il 1902, la società Air Liquide di Georges Claude produceva quantità industriali di neon come sottoprodotto della sua attività di liquefazione dell'aria. Nel dicembre 1910 Claude dimostrò una moderna illuminazione al neon basata su un tubo sigillato di neon. Claude ha provato brevemente a vendere tubi al neon per l'illuminazione domestica di interni, a causa della loro intensità, ma il mercato è fallito perché i proprietari di case si sono opposti al colore. Nel 1912, il socio di Claude iniziò a vendere tubi a scarica al neon come insegne pubblicitarie accattivanti e ebbe immediatamente più successo. I tubi al neon furono introdotti negli Stati Uniti nel 1923 con due grandi insegne al neon acquistate da un concessionario di automobili Packard di Los Angeles. Il bagliore e il colore rosso accattivante hanno reso la pubblicità al neon completamente diversa dalla concorrenza. Il colore intenso e la vivacità del neon identificavano la società americana dell'epoca, suggerendo un "secolo di progresso" e trasformando le città in nuovi ambienti sensazionali pieni di pubblicità radianti e "architetture elettrografiche".

Il neon ha svolto un ruolo nella comprensione di base della natura degli atomi nel 1913, quando JJ Thomson , come parte della sua esplorazione della composizione dei raggi del canale , ha incanalato flussi di ioni di neon attraverso un campo magnetico ed elettrico e ha misurato la deflessione del flussi con una lastra fotografica. Thomson osservò due chiazze di luce separate sulla lastra fotografica (vedi immagine), che suggerivano due diverse parabole di deflessione. Thomson alla fine concluse che alcuni degli atomi nel gas neon erano di massa maggiore rispetto al resto. Sebbene non compresa all'epoca da Thomson, questa fu la prima scoperta di isotopi di atomi stabili . Il dispositivo di Thomson era una versione rozza dello strumento che oggi chiamiamo spettrometro di massa .

isotopi

La prima prova degli isotopi di un elemento stabile fu fornita nel 1913 da esperimenti su plasma al neon. Nell'angolo in basso a destra della lastra fotografica di JJ Thomson ci sono i segni di impatto separati per i due isotopi neon-20 e neon-22.

Il neon è il secondo gas inerte più leggero. Il neon ha tre isotopi stabili : 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) e 22 Ne (9,25%). Ne 21 e Ne 22 sono in parte primordiali e in parte nucleogeni (cioè prodotti da reazioni nucleari di altri nuclidi con neutroni o altre particelle nell'ambiente) e le loro variazioni nell'abbondanza naturale sono ben comprese. Al contrario, 20 Ne (il principale isotopo primordiale prodotto nella nucleosintesi stellare ) non è noto per essere nucleogenico o radiogeno . Le cause della variazione del 20 Ne nella Terra sono state quindi oggetto di accesi dibattiti.

Le principali reazioni nucleari che generano isotopi nucleogenici del neon partono da 24 Mg e 25 Mg, che producono rispettivamente 21 Ne e 22 Ne, dopo la cattura di neutroni e l'emissione immediata di una particella alfa . I neutroni che producono le reazioni sono prodotti principalmente da reazioni secondarie spallazione da particelle alfa , a sua volta derivato da uranio -serie catene di disintegrazione . Il risultato netto produce una tendenza verso rapporti 20 Ne/ 22 Ne più bassi e più alti 21 Ne/ 22 Ne osservati nelle rocce ricche di uranio come i graniti . Il Ne 21 può anche essere prodotto in una reazione nucleogenica, quando il Ne 20 assorbe un neutrone da varie sorgenti naturali di neutroni terrestri.

Inoltre, l'analisi isotopica delle rocce terrestri esposte ha dimostrato la produzione cosmogenica (raggi cosmici) di 21 Ne. Questo isotopo è generato da reazioni di spallazione su magnesio , sodio , silicio e alluminio . Analizzando tutti e tre gli isotopi, la componente cosmogenica può essere risolta dal neon magmatico e dal neon nucleogenico. Ciò suggerisce che il neon sarà uno strumento utile per determinare le età di esposizione cosmica delle rocce superficiali e dei meteoriti .

Simile allo xeno , il contenuto di neon osservato nei campioni di gas vulcanici è arricchito in 20 Ne e 21 Ne nucleogenico rispetto al contenuto di 22 Ne. Il contenuto isotopico del neon di questi campioni derivati ​​dal mantello rappresenta una fonte di neon non atmosferica. I 20 componenti arricchiti di Ne sono attribuiti a componenti primordiali esotici di gas rari nella Terra, che potrebbero rappresentare il neon solare . Elevate abbondanze di 20 Ne si trovano nei diamanti , suggerendo ulteriormente un serbatoio solare-neon nella Terra.

Caratteristiche

Il neon è il secondo gas nobile più leggero, dopo l' elio . Si illumina di rosso-arancio in un tubo di scarico sottovuoto . Inoltre, il neon ha la gamma di liquidi più ristretta di qualsiasi elemento: da 24,55 a 27,05 K (da -248,45 ° C a -245,95 ° C o da -415,21 ° F a -410,71 ° F). Ha oltre 40 volte la capacità frigorifera (per unità di volume) dell'elio liquido e tre volte quella dell'idrogeno liquido . Nella maggior parte delle applicazioni è un refrigerante meno costoso dell'elio.

Spettro del neon con linee ultraviolette (a sinistra) e infrarosse (a destra) mostrate in bianco

Il plasma al neon ha la scarica di luce più intensa a tensioni e correnti normali di tutti i gas nobili. Il colore medio di questa luce per l'occhio umano è rosso-arancio a causa di molte linee in questa gamma; contiene anche una forte linea verde, che è nascosta, a meno che le componenti visive non siano disperse da uno spettroscopio.

Sono di uso comune due tipi di illuminazione al neon abbastanza diversi . Le lampade a incandescenza al neon sono generalmente minuscole, con la maggior parte che funziona tra 100 e 250 volt . Sono stati ampiamente utilizzati come indicatori di accensione e nelle apparecchiature di collaudo dei circuiti, ma ora dominano i diodi a emissione di luce (LED). Questi semplici dispositivi al neon furono i precursori dei display al plasma e degli schermi televisivi al plasma . Le insegne al neon in genere funzionano a tensioni molto più elevate (2-15 kilovolt ) e i tubi luminosi sono generalmente lunghi metri. Il tubo di vetro è spesso formato in forme e lettere per la segnaletica, nonché per applicazioni architettoniche e artistiche.

Evento

Insegna al neon in un Hamden, Connecticut , fioraio

Gli isotopi stabili del neon sono prodotti nelle stelle. L'isotopo più abbondante del neon 20 Ne (90,48%) è creato dalla fusione nucleare di carbonio e carbonio nel processo di combustione del carbonio della nucleosintesi stellare . Ciò richiede temperature superiori a 500 megakelvin , che si verificano nei nuclei di stelle di più di 8 masse solari.

Il neon è abbondante su scala universale; è il quinto elemento chimico più abbondante nell'universo per massa, dopo l'idrogeno, l'elio, l'ossigeno e il carbonio (vedi elemento chimico ). La sua relativa rarità sulla Terra, come quella dell'elio, è dovuta alla sua relativa leggerezza, all'elevata pressione di vapore a temperature molto basse e all'inerzia chimica, tutte proprietà che tendono a impedirgli di rimanere intrappolato nei gas condensanti e nelle nuvole di polvere che hanno formato il pianeti solidi più piccoli e più caldi come la Terra. Il neon è monoatomico, il che lo rende più leggero delle molecole di azoto biatomico e ossigeno che formano la maggior parte dell'atmosfera terrestre; un pallone pieno di neon si alzerà in aria, anche se più lentamente di un pallone ad elio.

L'abbondanza di Neon nell'universo è di circa 1 parte su 750; nel Sole e presumibilmente nella nebulosa del sistema proto-solare, circa 1 parte su 600. La sonda d' ingresso atmosferica della sonda Galileo ha rilevato che anche nell'alta atmosfera di Giove, l'abbondanza di neon è ridotta (esaurita) di circa un fattore 10 , ad un livello di 1 parte su 6.000 in massa. Ciò potrebbe indicare che anche i planetesimi- ghiaccio , che portavano il neon in Giove dal sistema solare esterno, si formassero in una regione troppo calda per trattenere la componente atmosferica del neon (abbondanze di gas inerti più pesanti su Giove sono parecchie volte quelle che si trovano nel Sole).

Il neon comprende 1 parte su 55.000 nell'atmosfera terrestre , o 18,2 ppm in volume (questo è circa lo stesso della molecola o frazione molare), o 1 parte su 79.000 di aria in massa. Comprende una frazione più piccola nella crosta. Viene prodotto industrialmente per distillazione frazionata criogenica di aria liquefatta.

Il 17 agosto 2015, sulla base di studi con la navicella spaziale Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), gli scienziati della NASA hanno segnalato il rilevamento di neon nell'esosfera della luna .

Chimica

Struttura cristallina del Ne clatrato idrato

Il neon è il primo gas nobile del blocco p e il primo elemento con un vero ottetto di elettroni. È inerte : come nel caso del suo analogo più leggero, l' elio , non sono state identificate molecole neutre fortemente legate contenenti neon . Gli ioni [Ne Ar ] + , [Ne H ] + e [HeNe] + sono stati osservati da studi ottici e spettrometrici di massa . L' idrato di neon clatrato solido è stato prodotto da ghiaccio d'acqua e gas neon a pressioni di 350-480 MPa e temperature di circa -30 ° C. Gli atomi di Ne non sono legati all'acqua e possono muoversi liberamente attraverso questo materiale. Possono essere estratti ponendo il clatrato in una camera a vuoto per diversi giorni, ottenendo il ghiaccio XVI , la forma cristallina meno densa di acqua.

La familiare scala di elettronegatività di Pauling si basa sulle energie dei legami chimici, ma tali valori ovviamente non sono stati misurati per l'elio inerte e il neon. La scala dell'elettronegatività di Allen , che si basa solo su energie atomiche (misurabili), identifica il neon come l'elemento più elettronegativo, seguito da vicino da fluoro ed elio.

Applicazioni

Neon è spesso usato in segni e produce un brillante rosso-arancio chiaro inconfondibile. Sebbene le luci a tubo con altri colori siano spesso chiamate "neon", utilizzano diversi gas nobili o vari colori di illuminazione fluorescente .

Il neon viene utilizzato nei tubi a vuoto , negli indicatori di alta tensione, negli scaricatori di fulmini , nei tubi del misuratore d'onda , nei tubi televisivi e nei laser elio-neon . Il neon liquefatto viene utilizzato commercialmente come refrigerante criogenico in applicazioni che non richiedono l'intervallo di temperatura inferiore ottenibile con una refrigerazione a elio liquido più estrema.

Il neon, come liquido o gas, è relativamente costoso: per piccole quantità, il prezzo del neon liquido può essere più di 55 volte quello dell'elio liquido. A farne le spese è la rarità del neon, che, a differenza dell'elio, può essere ottenuto solo in quantità utilizzabili filtrandolo dall'atmosfera.

La temperatura del punto triplo del neon (24,5561 K) è un punto fisso determinante nella scala internazionale della temperatura del 1990 .

Guarda anche

Riferimenti

link esterno