Неон

{{#if: | }} Шаблон:Карточка химического элементаШаблон:Элемент периодической системы Нео́н (химический символ — Ne, от лат. Neon) — 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<ref>Шаблон:Статья</ref>. 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<ref>Шаблон:Книга</ref>.

Распространённость

Во Вселенной

В мировой материи неон распределён неравномерно, однако в целом по распространённости во Вселенной он занимает пятое место среди всех элементов — около Шаблон:Nobr<ref name="webelements2">Шаблон:Cite web</ref> 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<ref name="ХЭ"/>. В атмосфере многих звёзд неон занимает третье место после водорода и гелия<ref name="filkenstein3">Шаблон:Книга</ref>.

Земная кора

Из всех стабильных элементов второго периода неон — один из самых малораспространённых на Земле<ref name="abundance">Шаблон:Cite web</ref>. В 18-й группе неон по содержанию в земной коре занимает третье место после аргона и гелия<ref name="abundance"/>. В газовых туманностях и некоторых звёздах неона во много раз больше, чем на Земле.

На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — Шаблон:Nobr<ref name="ХЭ"/><ref name="filkenstein1">Шаблон:Книга</ref> по объёму, а его общие запасы оцениваются в 7,8Шаблон:E м³<ref name="ХЭ"/>. В Шаблон:Nobr воздуха содержится около Шаблон:Nobr неона (и, для сравнения, лишь Шаблон:Nobr гелия)<ref name="filkenstein1"/>. Среднее содержание неона в земной коре мало — Шаблон:Nobr по массе<ref name="ХЭ"/>. Всего в атмосфере Земли около Шаблон:Nobr неона<ref>Шаблон:БРЭ</ref>. В изверженных породах находится около Шаблон:Nobr этого элемента<ref name="filkenstein2">Шаблон:Книга</ref>. 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 Шаблон:Nobr и Шаблон:Nobr количественно — масс-спектрометрическими и хроматографическими методами анализа<ref name="ХЭ"/>.

Физические свойства

Файл:Neon emission.png Эмиссионный спектр неона (слева направо: от ультрафиолетовых до инфракрасных линий. Линии, находящиеся в невидимых глазом участках спектра, изображены белым цветом)

Файл:NeTube.jpg Свечение электрического разряда в газоразрядной трубке заполненной неоном.

Файл:Face-centered cubic.svg

Твёрдый неон кристаллизуется в плотнейшей кубической гранецентрированной кристаллической решётке с параметром решётки а = 443 пм<ref>K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. In: Acta Crystallographica. 30, 1974, S. 193–204; doi:10.1107/S0567740874002469.</ref>

• 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 эмиссионные спектральные линии лежат в красной и зелёной частях видимого спектра.
• Свойственная инертным газам заполненность внешних электронных оболочек обусловливает более низкие температуры кипения и плавления, чем у других газов с близкими молекулярными массами. При атмосферном давлении неон сжижается при 27 К (-246 °С) и кристаллизуется при 24,57 К (-248,59 °С) и имеет самый узкий температурный диапазон среди всех известных веществ, в котором он находится в жидком состоянии.
• Давление и температура тройной точки неона 24,56 К и 43,37 кПа<ref>Eintrag zu Neon (Phase change data). In: P. J. Linstrom, W. G. Mallard (Hrsg.): NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, abgerufen am 17. November 2019.</ref>. Температура, давление и плотность неона в критической точке 44,4 К, 265,4 кПа и 0,483 г/см³<ref>Eintrag zu Neon. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 19. Juni 2014.

Errol G. Lewars: Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer Verlag, 2008, ISBN 978-1-4020-6972-7, S. 69–80.</ref>.

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·6Н₂О), гидрохиноном и другими веществами (подобные соединения тяжёлых 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

Шаблон:Main Существует три стабильных изотопа неона: ²⁰Ne (изотопная распространённость Шаблон:Nobr ²¹Ne Шаблон:Nobr и ²²Ne Шаблон:Nobr<ref name="isotopes">Шаблон:Cite web</ref>.

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

Во многих минералах с повышенным содержанием альфа-активных элементов относительное содержание тяжёлых ²¹Ne и ²²Ne 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<ref name="filkenstein4">Шаблон:Книга</ref>, при которых образуются ²¹Ne и ²²Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжёлого стабильного изотопа кислорода ¹⁸О и природного фтора ¹⁹F:

<chem>^18_8O + ^4_2He -> ^21_10Ne + ^1_0n,</chem>

<chem>^19_9F + ^4_2He -> ^22_10Ne + ^1_1H</chem>.

Источник преобладающего на Земле лёгкого нуклида ²⁰Ne 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:

<chem>^16_8O + ^4_2He -> ^20_10Ne + \gamma</chem>.

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 ²⁰Ne. В метеоритах обнаруживают немало ²¹Ne и ²²Ne, 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 Шаблон:Nobr подаются в трубное пространство дефлегматора, охлаждаемое жидким N₂. Из дефлегматора обогащённая смесь Ne и Не направляется для очистки от N₂ в адсорберы с активированным углём, из которых после нагревания поступает в газгольдер (содержание Ne + He до Шаблон:Nobr степень извлечения смеси газов 0,5—0,6. Последнюю очистку от N₂ и разделение Ne и Не можно осуществлять либо селективной адсорбцией при температуре жидкого N₂, либо конденсационными методами — с помощью жидких Н₂ или Ne. При использовании жидкого водорода дополнительно проводят очистку от примеси водорода с помощью CuO при Шаблон:Nobr В результате получают неон 99,9 % чистоты по объёму<ref name="ХЭ"/>.

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 Шаблон:Nobr до Шаблон:Nobr (в зависимости от режима работы установки). В верхней части колонны, из-под крышки конденсатора, отбирается гелий с примесью до Шаблон:Nobr 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 Шаблон:Nobr

Стабильный изотоп неон-20, также может быть получен из стабильного натрия-23, в ходе протон-гелиевой реакции ²³Na(p,α)²⁰Ne<ref>Шаблон:Cite web</ref>:

<math>\ ^{23}_{11}{\rm{Na}} + p^+ \rightarrow ^{20}_{10}{\rm{Ne}} + \alpha \ (^4_2 {\rm{He}}).</math>

Промышленные установки по очистке неона на Украине на двух заводах — «Ингаз» и «Айсблик»Шаблон: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.<ref>Российский неон больше не нужен. Крупнейший поставщик микросхем придумал, как обойтись без него Шаблон:Wayback // CNews, 11 Ноября 2022</ref>

Применение

Файл:Neon.JPG

«Неоновая» вывеска

Жидкий неон используют в качестве охладителя в криогенных установках. 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.

Биологическая роль

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)<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

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<ref>Шаблон:Книга</ref>.

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<ref name="lenntech">Шаблон:Cite web</ref><ref name="inchem">Шаблон:Cite web</ref>.

Ссылки

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3
4
5
6
7