Что такое неон? Особенности химического элемента и его свойства как простого вещества.

Нео́н (лат. Neon; обозначается символом Ne) - элемент главной подгруппы восьмой группы, второго периода периодической системы химических элементов , с атомным номером 10. 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 и запаха.

История

Неон открыли в июне 1898 года шотландский химик Уильям Рамзай и английский химик Морис Траверс. Они выделили этот инертный газ «методом исключения», после того, как кислород, азот, и все более тяжёлые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый». В декабре 1910 года французский изобретатель Жорж Клод сделал газоразрядную лампу, заполненную неоном.

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.

Распространённость

Во Вселенной
В мировой материи неон распределен неравномерно, однако в целом по распространенности во Вселенной он занимает пятое место среди всех элементов - около 0,13 % по массе. Наибольшая концентрация неона наблюдается на Солнце и других горячих звездах, в газовых туманностях, в атмосфере внешних планет Солнечной системы - Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. В атмосфере многих звезд неон занимает третье место после водорода и гелия.

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 7,8×10 14 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 6,6×10 10 т неона. В изверженных породах находится около 10 9 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.

Физические свойства

1. Благородные газы - бесцветные одноатомные газы без вкуса и запаха.
2. 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.
3. 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·6Н 2 О), 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) + .

Химический элемент неон широко распространен во Вселенной, а вот на Земле он считается довольно редким. Тем не менее, его научились получать и без визитов в открытый космос, и теперь его применяют в промышленности, для изготовления радио- и фототехники, а также для глубоководного дайвинга. Что такое неон? Какими свойствами и особенностями он обладает? Об этом мы и поговорим.

Что такое неон?

В Периодической таблице Менделеева этот элемент располагается в восьмой группе под номером десять. Он обозначается символом Ne. В качестве простого вещества он представляет собой одноатомный газ, который не имеет запаха, цвета и вкуса.

Он существует в виде трех изотопов 20 Ne, 21 Ne и 22 Ne, стабильных по своей природе. Чаще всего встречается именно нуклид 20 Ne. В атмосфере нашей планеты его распространенность составляет почти 90%, а то время как у изотопа 22 Ne - 9,25 %, а у изотопа 21 Ne - только 0,27 %. Последние два изотопа образуются в основном благодаря космическому излучению, которое воздействует на ядра натрия, кремния, алюминия и других элементов. Именно поэтому на Земле они чаще всего присутствуют в воздухе, а не в воде или земной коре. Источник образования на нашей планете Неона-20 до сих пор не известен. Кроме этих изотопов, известно выделяют около 16 нестабильных нуклидов с периодом распада от 9 зептосекунд до 3,38 минуты.

История открытия

О том, что такое неон, стало известно только в конце XIX века. До этого наука открыла лишь два инертных газа - аргон и гелий, занимающих первый и третий периоды таблицы Менделеева. При этом место второго периода оставалось пустым, поэтому исследователи предполагали о существовании в природе, как минимум еще одного подобного вещества. В 1997 году шотландский химик Рамзай даже посвятил ему доклад, который так и назывался «Неоткрытый газ». А уже в следующем году ему посчастливилось обнаружить недостающий элемент.

Чтобы найти его, ученый анализировал гелий и арагон, изучал состав минералов, но успех пришел, когда тот обратился к воздуху. Он сжижал и медленно испарял газовую смесь, а затем по фракциям пропускал ее через специальную разрядную трубку с электрическим током. Неоткрытое вещество должно было иметь свойства близкие к гелию, поэтому Рамзай надеялся обнаружить его в самой легкой фракции, которая испарится раньше всего.

Так и произошло. Взаимодействуя с электронами в трубке, первая фракция воздуха начала светиться, и рядом со спектром гелия и аргона ученый увидел и другие линии. Они стали подтверждением того, что существования ранее неизвестного газа. Открытому элементу Рамзай дал греческое название «неон», что в переводе означает «новый».

Свойства

О том, что такое неон, лучше всего судить исходя из его физических и химических свойств. Этот газ является одним из самых легких. Его плотность составляет 0,0089999 г/см³. Закипает он при температуре −246,05 °C, а плавится при −248,6 °C.

Неон практически не реагирует с другими веществами. Он с трудом отдает или присоединяет к себе электроны, поэтому его относят к благородным газам. По инертности с ним может сравниться только гелий. До сих пор не удалось получить ни одного его валентного соединения. Он слабо растворяется в воде, но неплохо адсорбируется активированным углем.

Как и другие благородные газы, он обладает хорошей электропроводностью. Если провести через него ток высокого напряжения - он начнет светиться. В спектре газа насчитывается около 900 линий разных цветов, но самые яркие из них - красные и оранжевые. Такое свойство неона нашло широкое применение в сфере наружной рекламы. Уже через двенадцать лет после его открытия на улицах стали появляться красные светящиеся вывески с названиями магазинов и кафе. Первый патент на них оформила компания Claude Neon Lights Inc.

Распространение в природе

Неон, или Ne, можно назвать внеземным газом, ведь в открытом космосе и на других астрономических объектах его гораздо больше, чем на нашей планете. Особенно много его в атмосфере Урана, Нептуна, Сатурна, Юпитера, в туманностях и очень горячих звездах. Кроме того, он содержится в метеоритах и других космических телах.

Во всей Вселенной газ занимает пятое место по распространенности, уступая пальму первенства водороду, гелию, кислороду и углероду. Его содержание по массе составляет примерно 0,13 % по массе.

На Земле он считается редким элементом. В земной коре его содержится около 7·10 −9 %, примерно 2·10 −8 % - в водах океана и соленых водоемах. Наибольшая концентрация этого химического элемента наблюдается в атмосфере планеты, там его содержание составляет 1,82·10 −3 % по объему.

Как его получают?

Из-за небольшой распространенности неона в горных породах и воде, его основным источником является атмосферный воздух. Из него газ получают при помощи сильного охлаждения. При температуре жидкого азота неон кристаллизуется и легко отделяется от гелия, который при этом остается в газообразном состоянии.

Его также получают в качестве побочного продукта, во время добычи из воздуха азота и кислорода. В таком случае, для отделения газа используют адсорбции активированным углем. Для определения неона обычно применяется спектральное излучение или хроматографический анализ.

Сферы использования

Химический элемент неон до сих пор применяется в вывесках и рекламных баннерах, при этом для получения разных цветов его смешивают и с другими веществами. Вместе с гелием он используется при изготовлении лазеров, самостоятельно - для производства фотоаппаратуры.

Жидкий неон обладает лучшей теплоемкостью, чем гелий, и стоит гораздо дешевле. Вместе с водородом его применяют в качестве хладагента для различных холодильных установок. Криогенные камеры на основе этих газов необходимы в медицине для замораживания живых тканей. Смесь неона и гелия используется для облегчения состояния пациентов с затруднением дыхания, для этого ее распространяют в комнатах которые наполняют безазотным воздухом.

Неон (лат. Neonum), Ne, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева, относится к инертным газам, атомный номер 10, атомная масса 20,179. На Земле присутствует главным образом в атмосфере, содержание Неона в которой оценивается в 7,1·10 11 т. В 1 м 3 воздуха находится около 16 см 3 Неона. Атмосферный Неон состоит из смеси трех стабильных изотопов: 20 Ne, 21 Ne и 22 Ne; преобладает 20 Ne (90,92%). Неон открыт в 1898 году английскими учеными У. Рамзаем и M. Траверсом при исследовании легколетучей фракции жидкого воздуха; название происходит от греческого neos - новый.

При обычных условиях Неон - газ без цвета и запаха. При 0°C и 760 мм рт. ст. (101 кн/м 2) плотность Неона 0,900 г/л, t пл -248,6 °C, t кип (при 101 кн/м 2) -245,9 °C, растворимость в воде 10,4 мл/л; кристаллическая решетка твердого Неона кубическая; параметр а элементарной ячейки равен 4,52 Å при -253 °C. Молекула Неон одноатомна. Внешняя электронная оболочка атома Неона содержит 8 электронов и очень устойчива; химические соединения Неон еще не синтезированы.

Получают Неон при разделении воздуха. Применение Неона связано главным образом с электротехнической промышленностью. Лампы, заполненные Неоном, дающие красное свечение, используют в портах, на аэродромах и т. д. Жидкий Неон начинают применять для получения низких температур.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Неон - десятый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Ne от латинского «neon». Расположен во втором периоде, VIIIА группе. Относится к группе инертных (благородных) газов. Заряд ядра равен 10.

Неон представляет собой бесцветный, трудносжижаемый газ. Содержание неона в воздухе составляет 0,0015% (об.). Он практически не растворяется в воде,плохо растворяется в этаноле. Образует клатрат состава 8Ne×46Н 2 О. Химически инертный, не реагирует со всеми другими веществами (простыми и сложными).

Атомная и молекулярная масса неона

Относительная молекулярная масса M r - это молярная масса молекулы, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С). Это безразмерная величина.

Относительная атомная масса A r - это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С).

Поскольку в свободном состоянии неон существует в виде одноатомных молекул Ne, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 20,1797.

Изотопы неона

Неон может находиться в виде трех изотопов 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) и 22 Ne (9,25%). Их массовые числа равны 20, 21 и 22 соответственно. Ядро атома изотопа неона 20 Ne содержит десять протонов и десять нейтронов, а изотопов 21 Ne и 22 Ne- такое же количество протонов, одиннадцать и двенадцать нейтронов соответственно.

Существует также шестнадцать не стабильных изотопов неона.

Ионы неона

Как и гелий при сильном возбуждении атомов неон образует молекулярные ионы типа Ne 2 + :

σ s 2 σ s * σ z 2 π 4 x,y π *4 x,y σ z *1 .

Молекула и атом неона

В свободном состоянии неон существует в виде одноатомных молекул Ne.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1