Неон

Неон (лат. Neon; позначається символом Ne) - елемент головної підгрупи восьмої групи, другого періоду періодичної системи хімічних елементів, з атомним номером 10. П'ятий за поширеністю елемент у Всесвіті (після водню, гелію, кисню та вуглецю). Проста речовина неон (CAS-номер: 7440-01-9) – інертний одноатомний газ без кольору та запаху.

Історія

Неон відкрили у червні 1898 року шотландський хімік Вільям Рамзай та англійський хімік Моріс Траверс. Вони виділили цей інертний газ «методом виключення», після того, як кисень, азот і все більш важкі компоненти повітря були перетворені на рідину. Елементу дали нехитру назву "неон", що в перекладі з грецької означає "новий". У грудні 1910 року французький винахідник Жорж Клод зробив газорозрядну лампу, заповнену неоном.

Походження назви

Назва походить від грецьк. νέος - новий. Існує легенда, за якою назву елементу дав тринадцятирічний син Рамзая — Віллі, який запитав у батька, як той збирається назвати новий газ, помітивши при цьому, що хотів би дати йому ім'я novum (лат. — новий). Його батькові сподобалася ця ідея, проте він вважав, що назва neon, утворена від грецького синоніма, звучатиме краще.

Поширеність

У Всесвіті У світовій матерії неон розподілений нерівномірно, проте загалом за поширеністю у Всесвіті він посідає п'яте місце серед усіх елементів - близько 0,13% за масою. Найбільша концентрація неону спостерігається на Сонці та інших гарячих зірках, у газових туманностях, в атмосфері зовнішніх планет Сонячної системи Юпітера, Сатурна, Урана, Нептуна. В атмосфері багатьох зірок неон посідає третє місце після водню та гелію.Земна кора З усіх елементів другого періоду неон — найменший на Землі. .На Землі найбільша концентрація неону спостерігається в атмосфері - 1,82×10 -3% об'єму, а його загальні запаси оцінюються в 7,8×10 14 м³. корі мало – 7×10 -9 % за масою. вивержених породах знаходиться близько 10 9 т цього елемента. У міру руйнування порід газ випаровується в атмосферу. з собою основну масу інертних газів, які не могли, як кисень та інші гази, хімічно зв'язатися з іншими елементами мінерали і тим самим закріпитися на планеті.

Фізичні властивості

1. Шляхетні гази — безбарвні одноатомні гази без смаку і запаху. у червоній частині спектра. 3. Насичений характер атомних молекул інертних газів позначається і у тому, що інертні гази мають нижчі точки зрідження та замерзання, ніж інші гази з тією самою молекулярною вагою.

Хімічні властивості

Усі благородні гази мають завершену електронну оболонку, тому вони хімічно інертні. Хімічна інертність неону виняткова, у цьому може конкурувати лише гелій. Поки що не отримано жодного його валентного з'єднання. Навіть так звані клатратні сполуки неону з водою (Ne·6Н₂О), гідрохіноном та іншими речовинами (подібні сполуки важких шляхетних газів – радону, ксенону, криптону і навіть аргону – широко відомі) отримати та зберегти дуже важко. Однак, за допомогою методів оптичної спектроскопії та мас-спектрометрії встановлено існування іонів Ne + , (NeAr) + , (NeH) + і (HeNe) + .

118 елементів. Глава 10: "νέον" означає "новий"

Історія відкриття 10-го елемента невідривно пов'язана з відкриттям всіх інших інертних газів одним-єдиним прізвищем. Шотландський хімік Вільям Рамзай увійшов в історію як єдина у світі людина, яка доклала руку до відкриття цілого стовпця в таблиці Менделєєва. Щоправда, гелій Рамзай виявив на Землі і зіставив зі знайденим на Сонці, аргон був відкритий разом з Вільямом Стреттом раніше, а радон — трохи пізніше за основну масу. Але факт залишається фактом: 1898 року Рамзай із колегою відкрили три елементи практично за півтора місяці.

Про історію відкриття гелію на Землі ми вже докладно писали у відповідному розділі. Про відкриття аргону ми розповімо пізніше, а зараз лише згадаємо, що після виділення гелію Рамзай зробив висновок, що їм відкрито нову групу Періодичної таблиці Менделєєва. Але тоді мають бути й інші елементи.

І тут йому на допомогу прийшов Моріс Вільям Треверс, який запропонував зовсім новий, оригінальний спосіб перевірити, чи є в повітрі, крім аргону, азоту та кисню, ще гази.

Потрібно було просто сильно охолодити повітря до рідкого стану, а потім зайнятися його фракційною перегонкою: поступово нагрівати та виділяти фракції за температурою кипіння. Кожна потім досліджувалась спектральним методом. Так у 1898 році за 42 дні було відкрито три нові елементи.

Першим став "прихований" - криптон. Потім ще один новий газ, назву якому за легендою дав тринадцятирічний син Рамзая, який сказав, що раз «новий», то нехай буде латиною, новум. Рамзай-старший погодився, але вирішив, що грецькою буде милозвучніше. Вийшов неон. А потім з'явився і "чужий" - ксенон.

П'ять нових елементів, нова група Менделєєва таблиці. Не дивно, що Нобелівську премію 1904 року Рамзай отримав саме з хімії.

Зробимо невелику примітку: Рамзай та Треверс повідомили про відкриття ще одного газу разом із неоном. Цей газ мав густину аргону, але інший спектр. Рамзай назвав його метаргоном, але відкриття зірвалося - виявилося, що в повітрі було трохи чадного газу.

Вже після Нобелівської премії Рамзая неон відіграв важливу роль у базовому розумінні природи атомів, коли в 1913 році Джозеф Джон Томсон у рамках свого дослідження складу анодних направив потоки іонів неону через магнітне та електричне поля та виміряв відхилення потоків фотографічною пластиною. Томсон спостерігав дві окремі світлові плями на фотопластинці, які говорили про два різні параболи відхилення.

Та сама фотопластинка Томсона

Зрештою Томсон дійшов висновку, деякі атоми в неоні мають більшу масу, ніж інші. Хоча тоді Томсон ще розумів цього, але він виявився першовідкривачем стабільних атомів. Того ж таки 1913 року Фредерік Содді відкрив радіоактивні ізотопи.До речі, пристрій Томсон був сирою версією приладу, який ми тепер називаємо мас-спектрометром.

Хімія неону, скажімо так, досі бідна. Як і гелій, неон має заповнену електронну оболонку і навідріз відмовляється приймати або віддавати електрони. Йому добре із самим собою.

Щоправда, сили Ван-дер-Ваальса здатні утримати атом неону поруч із іншим атомом. Відкриті молекули Ne₂, Ne₃, Ne₄, LiNe, CF₄Ne та CCl₄Ne, Ne₂Cl₂, Ne₃Cl₂, I₂Ne, I₂Ne₂, I₂Ne₃, I₂Ne₄… Одна біда: щойно температура виявляється досить високою, тепловий рух безжально рве ці зв'язки – і до побачення, неон знову один. "Досить високою" вважається будь-яка температура вище тієї, при якій неон являє собою тверде тіло. А за високого тиску можна й таку екзотику, як (N₂)₆Ne₇ отримати. Ну і, звичайно ж, не можна не згадати клатрати - з'єднання водного льоду під тиском, кристалічні грати якого включені атоми неону.

Із застосуванням нашого героя у побуті трохи легше. Є кілька додатків, де інертний газ таки знайшов себе.

Наприклад, цікаве застосування знайшла потрійна точка неону (точці сходження кривих двофазних рівноваг на діаграмі «тиск-температура», тобто точка, де речовина існує одночасно у трьох фазах). Ця точка (24.5561 К) стала однією з реперних точок Міжнародної температурної шкали 1990 року.

Ще одне цікаве застосування неону, яке стало можливим лише після Нобелівської премії Олександра Прохорова, Миколи Басова та Чарльза Таунса. Гелій-неоновий лазер з довжиною хвилі 632,8 нанометра (червона частина видимого спектру) використовує як робоче тіло суміш гелію і неону в пропорції 5 до 1.

Схема роботи гелій-неонового лазера

Але, звичайно ж, найвідоміше застосування неону, яке зробило назву цього елемента відомим всім – це неонова реклама.

Батько неонової реклами і «французький Едісон», Жорж Клод народився 1870 року і спочатку навіть не думав ні про неоні, ні про сяючі вивіски. Він закінчив Вищу школу промислової фізики та хімії в Парижі, після чого змінив багато постів: інспектора з електрики на кабельній фабриці, лабораторного менеджера з електричних робіт, видавця та автора журналу «Електрична іскра».

У 1898 році (як раз на рік відкриття неону) газосвітлі лампи, сконструйовані Даніелем МакФарланом Муром, службовцем фірми General Electric, були встановлені на каплицю на Медісон-сквер-гарден у Нью-Йорку. «Трубки Мура» були найвдалішим із експериментів із наповненням газосвітніх ламп: СО₂ всередині давав рівномірне свічення, а довжина такої лампи могла досягати шести метрів. Однак вся конструкція мала істотний недолік: вуглекислий газ також вступав у реакцію з речовинами електродів, і лампу потрібно часто заправляти.

Інертні гази, які були відходами виробництва Жоржа Клода, на те й інертні, щоб неохоче вступати в хімічні реакції. Паризький винахідник заради інтересу спробував наповнювати ними лампи під низьким тиском. Результат вразив його та його друзів: лампи починали світитися яскравими кольорами – залежно від газу. Так, аргон горів блакитним, а неон — червоно-жовтогарячим. Як з'ясувалося пізніше, усі благородні гази мали свій колір.

Неон у газорозрядній трубці

Знайомий Клода Жан Фонсекью, побачивши неонові вогні, запропонував використовувати подібні світильники як зовнішню рекламу.Першою публічною демонстрацією трубок, що світяться, стало освітлення на паризькому автомобільному шоу в грудні 1910 року, в 1911 році технологія була запатентована, а в 1912 році першою рекламою, що світиться, обзавелася невелика перукарня на бульварі Монмартр.

Ще через кілька років, у 1915 році, Клод запатентував нові електроди зі збільшеною опірністю корозії, які довше служили на вулиці. 1919 року синьо-червоними вогнями світилася Паризька Опера. Технологія виникла у найвдаліший для неї момент. Нові світильники, вироблені Клодом, використовувалися для реклами машинок Remington, сигарет Lucky Strike, батарейок Eveready, автомобілів Packard та інших великих клієнтів. Оскільки постачати скляні трубки з газом за океан було складно, Жорж Клод почав продавати ліцензії на виробництво неонової реклами.

Тож, незважаючи на свою нейтральність, «новий» елемент не лише знайшов свою нішу у використанні, а й кардинально змінив вигляд нічних міст, до якого ми так звикли. І нехай неонові вогні тепер повсюдно витісняють світлодіоди, реклама в масовій свідомості так і залишиться неоновою.

Текст: Олексій Паєвський за участю Катерини Міщенко