Нео́н ( химический символ — Ne , от лат. Ne on ) — химический элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы, VIIIA) второго периода периодической системы Д. И. Менделеева , с атомным номером 10.

Пятый по распространённости элемент Вселенной после водорода , гелия , кислорода и углерода .

Простое вещество неон — это инертный одноатомный газ без цвета и запаха . Обнаружен (наряду с ксеноном и криптоном ) в 1898 году в виде остатка после извлечения из жидкого воздуха азота , кислорода , водорода , аргона и углекислого газа .

История

Неон открыли в июне 1898 года английские химики Уильям Рамзай и Морис Траверс . Они выделили этот инертный газ «методом исключения» после того, как кислород, азот , аргон и все более тяжёлые компоненты воздуха были сжижены. В декабре 1910 года французский изобретатель Жорж Клод изобрёл 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 распределён 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 звёздах , в газовых туманностях , в атмосфере планет-гигантов , находящихся в Солнечной системе : Юпитера , Сатурна , Урана , Нептуна . В атмосфере многих звёзд неон занимает третье место после водорода и гелия .

Земная кора

Из всех стабильных элементов второго периода неон — один из самых малораспространённых на Земле . В 18-й группе неон по содержанию в земной коре занимает третье место после аргона и гелия . В и некоторых звёздах неона во много раз больше, чем на Земле.

На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82⋅10 ⁻³ % по объёму, а его общие запасы оцениваются в 7,8⋅10 ¹⁴ м³ . В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (и, для сравнения, лишь 5,2 см³ гелия) . Среднее содержание неона в земной коре мало — 7⋅10 ⁻⁹ % по массе . Всего в атмосфере Земли около 6,5⋅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 в атмосферу неон выделяется из природных вод.

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

• Неон, как и все благородные газы — бесцветный одноатомный газ без вкуса и запаха.
• Инертные газы обладают более высокой электропроводностью в электрическом разряде по сравнению с другими газами и при прохождении через них электрического тока светятся, в частности, неон — оранжево-красным светом, так как его самые интенсивные спектральные линии лежат в красной части спектра.

• Свойственная инерным газам заполненность внешних электронных оболочек обусловливает более низкие температуры кипения и плавления, чем у других газов с близкими молекулярными массами.

Химические свойства

Как и все благородные газы неон имеет завершённую электронную оболочку , поэтому химически инертен. Неон по химической инертности уступает лишь гелию. Пока не получено ни одного валентного соединения неона. 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 — известны и устойчивы) получить, выделить и охарактеризовать очень трудно. С помощью методов оптической спектроскопии и масс-спектрометрии установлено существование молекулярных ионов (NeAr) ⁺ , (NeH) ⁺ , и (HeNe) ⁺ .

Изотопы

Существует три стабильных изотопа неона: ²⁰ Ne ( изотопная распространённость 90,48 %), ²¹ Ne (0,27 %) и ²² Ne (9,25 %) .

Кроме трёх стабильных нуклидов неона, существует ещё 16 нестабильных изотопов. На Земле преобладает лёгкий изотоп ²⁰ Ne.

Во многих минералах с повышенным содержанием альфа-активных элементов относительное содержание тяжелых ²¹ Ne и ²² Ne 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 .

Известен также ряд ядерных реакций с малой вероятностью протекания , при которых образуются ²¹ Ne и ²² Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжёлого стабильного изотопа кислорода ¹⁸ О и природного фтора ¹⁹ F:

${\displaystyle {\ce {^18_8O + ^4_2He -> ^21_10Ne + ^1_0n,}}}$

${\displaystyle {\ce {^19_9F + ^4_2He -> ^22_10Ne + ^1_1H}}}$ .

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

Обычно Неон-20 образуется в звёздах вследствие альфа-процесса , при котором альфа-частица поглощается ядром атома кислорода-16 с образованием неона-20 и излучением гамма-кванта :

${\displaystyle {\ce {^16_8O + ^4_2He -> ^20_10Ne + \gamma}}}$ .

Однако этот процесс требует температуры более 100 миллионов градусов и массы звезды более трёх солнечных.

Вполне возможно, что источником этого изотопа была сверхновая, после взрыва которой образовалось газопылевое облако , из части которого сформировалась Солнечная система.

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

Получение

Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта при сжижении и разделении воздуха на крупных промышленных установках. Разделение неоно–гелиевой смеси осуществляется несколькими способами за счёт адсорбции , конденсации и низкотемпературной ректификации .

Адсорбционный метод основан на том, что неон, в отличие от гелия, способен адсорбироваться активированным углём , охлаждаемым жидким азотом . Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом. Ректификационный способ основан на разнице температур кипения гелия и азота.

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 N ₂ . Из дефлегматора обогащенная смесь Ne и Не направляется для очистки от N ₂ 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 N ₂ и разделение Ne и Не можно осуществлять либо селективной адсорбцией при температуре жидкого N ₂ , либо конденсационными методами — с помощью жидких Н ₂ или Ne. При использовании жидкого водорода дополнительно проводят очистку от примеси водорода с помощью CuO при 700 °C . В результате получают неон 99,9 % чистоты по объёму .

Основным промышленным способом получения неона (в последнее десятилетие) является разделение неоно–гелиевой смеси путём низкотемпературной ректификации. Смесь неона и гелия предварительно очищают от примеси азота и водорода (водород выжигают в печи, заполненной катализатором), а азот удаляют в низкотемпературных дефлегматорах и в блоке криогенных адсорберов , заполненных активированным углём (уголь охлаждается змеевиками с кипящим в них под вакуумом азотом). После удаления азота неоно–гелиевая смесь сжимается компрессором и поступает для разделения в ректификационную колонну, предварительно охлаждаемую до температуры кипящего под вакуумом азота. Для понижения температуры охлаждённая смесь дросселируется с 25 МПа до 0,2—0,3 МПа (в зависимости от режима работы установки). В верхней части колонны, из-под крышки конденсатора, отбирается гелий с примесью до 20 % неона, в нижней части колонны получается неон в жидком виде. В качестве холодильного цикла используется дроссельный холодильный цикл с рабочей средой-хладагентом из чистого неона. Ректификационный метод разделения неоно-гелиевой смеси позволяет получить неон чистотой до 99,9999 %.

Стабильный изотоп , также может быть получен из стабильного натрия-23 , в ходе протон-гелиевой реакции ²³ Na(p,α) ²⁰ Ne :

${\displaystyle \ _{11}^{23}{\rm {Na}}+p^{+}\rightarrow _{10}^{20}{\rm {Ne}}+\alpha \ (_{2}^{4}{\rm {He}}).}$

Промышленные установки по очистке неона на Украине на двух заводах — «Ингаз» и «Айсблик» ^{[ уточнить ]} ( Одесса , Москва ), также «Криоин» в Мариуполе (5 % мирового неона до войны 2022 года ) — суммарно 65 % мирового объёма неона (540 тонн) в 2020 г., 54 % в 2021; с февраля 2022 г. производство в стране полностью прекращено, высокочистый неон тут же подорожал на 600 %.
Остальные 50 % мирового объёма неона высокой степени очистки производят компании из других стран (в частности, Китай ) .
Россия намерена в течение года нарастить выпуск неона до 25 % мировых объёмов.

Применение

Жидкий неон используют в качестве охладителя в . Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном . 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. По традиции «неоновыми» часто называют и газоразрядные трубки других цветов, хотя в них используется свечение не неона, а других благородных газов или флуоресцирующего покрытия (см. справа). Для получения цветов, отличных от красного, используют либо электрический разряд в смеси других благородных газов , либо разряд в аргоне с добавкой небольших количеств паров ртути , при этом газоразрядную трубку изнутри покрывают люминофором , преобразующим ультрафиолетовое излучение разряда в видимый свет требуемого цвета.

Неоновые лампы применяются для сигнальных целей на маяках и аэродромах, так как их красный свет очень слабо рассеивается туманом и мглой.

С 1999 г. неон — важный элемент в производстве интегральных микросхем, где он используется в ультрафиолетовой фотолитографии при изготовлении схем с проектными нормами 180 нанометров и менее.

Физиологическое действие

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

В связи с этим, наряду с гелием, неон в составе кислород–азотной смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза . Преимущество дыхательных смесей с неоном в том, что они меньше охлаждают организм, так как теплопроводность неона меньше, чем гелия ^{[ источник не указан 15 дней ]} .

Лёгкая смесь неона и гелия облегчает состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.

Очень высокая концентрация неона во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии .

Примечания

Ссылки

• (неопр.) . 28 августа 2004 года.
• (неопр.) . 27 сентября 2007 года.