Нео́н (химический символ — Ne; лат. Neon) — элемент восемнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы), второго периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 10. Инертный газ. Пятый по распространённости элемент Вселенной после водорода, гелия, кислорода и углерода. Простое вещество неон — инертный одноатомный газ без цвета и запаха. Обнаружен (наряду с ксеноном и аргоном) в 1898 году путём вывода из жидкого воздуха водорода, кислорода, аргона и углекислого газа.

История

Неон открыли в июне 1898 года английские химики Уильям Рамзай и Морис Траверс^[4]. Они выделили этот инертный газ «методом исключения» после того, как кислород, азот и все более тяжёлые компоненты воздуха были сжижены. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый». В декабре 1910 года французский изобретатель Жорж Клод создал 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^[5].

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 %^[6] 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^[3]. В атмосфере многих звезд неон занимает третье место после водорода и гелия^[7].

Земная кора

Из всех стабильных элементов второго периода неон — самый малораспространённый на Земле^[8]. В рамках восьмой группы неон по содержанию в земной коре занимает третье место — после аргона и гелия^[8]. Газовые туманности и некоторые звезды содержат неона во много раз больше, чем на Земле.

На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82·10⁻³%^[3][9] по объёму, а его общие запасы оцениваются в 7,8·10¹⁴ м³^[3]. В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (для сравнения: в том же объёме воздуха содержится только 5,2 см³ гелия)^[9]. Среднее содержание неона в земной коре мало − 7·10⁻⁹% по массе^[3]. Всего на нашей планете около 6,6·10¹⁰ т неона^{[источник не указан 2997 дней]}. В изверженных породах находится около 10⁹ т этого элемента^[10]. 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^{[источник не указан 2997 дней]}.

Определение

Качественно неон определяют по спектрам испускания (характеристические линии 585,25 нм и 540,05 нм), количественно — масс-спектрометрическими и хроматографическими методами анализа^[3].

Физические свойства

• Благородные газы — бесцветные одноатомные газы без вкуса и запаха.
• 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.

• Насыщенность внешних электронных оболочек атомов инертных газов обусловливает более низкие точки сжижения и отвердевания, чем у других газов с близкими молекулярными массами.

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·6Н₂О), 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)⁺.

Изотопы

Существует три стабильных изотопа неона: ²⁰Ne (изотопная распространённость 90,48 %), ²¹Ne (0,27 %) и ²²Ne (9,25 %)^[11].

Кроме трех стабильных нуклидов неона, существует ещё шестнадцать нестабильных изотопов. Повсеместно преобладает легкий ²⁰Ne.

Во многих альфа-активных минералах относительное содержание тяжелых 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.

Зафиксирован также ряд малопродуктивных ядерных реакций^[12], при которых образуются ²¹Ne и ²²Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжелого кислорода ¹⁸О и фтора ¹⁹F:

${\displaystyle \mathrm {{}_{8}^{18}O} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {{}_{10}^{21}Ne} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} }$

${\displaystyle \mathrm {{}_{9}^{19}F} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {{}_{10}^{22}Ne} +\mathrm {{}_{1}^{1}H} }$

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

Обычно, Неон-20 образуется в звездах вследствие альфа-процесса, при котором альфа-частица поглощается ядром атома кислорода

с излучением гамма-кванта:

${\displaystyle \mathrm {{}_{8}^{16}O} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} \rightarrow \mathrm {{}_{10}^{20}Ne} +\gamma {}}$;

Но этот процесс требует температуры более 100 млн. градусов и массы звезды более трех солнечных.

Волне возможно, источником изотопа являлась 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.

Скорее источником неона-20 является природный кислород в верхних слоях атмосферы и ионосферы, облучаемый альфа-частицами.

так как энергия космических лучей состоит на 23 % — из энергии альфа-частиц. При этом идёт реакция: ¹⁶O(α, γ)²⁰Ne;

Но там кулоновский барьер, и маловероятно попадание альфа-частицы прямо в ядро, скорее всего она отклонится,

как они отклонялись в опыте Резерфорда, но если прямиком залетит в ядро, её энергии должно было бы хватить для слияния.

Получение

Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха на крупных промышленных установках. Разделение «неоно-гелиевой» смеси осуществляется несколькими способами за счет адсорбции и конденсации и низкотемпературной ректификации.

Адсорбционный метод основан на способности неона, в отличие от гелия, адсорбироваться активированным углем, 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 N₂. Из дефлегматора обогащенная смесь Ne и Не направляется для очистки от N₂ 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 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 700 °C. В результате получают неон 99,9%-ной чистоты по объёму^[3].

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 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 в ректификационную колонну (предварительно охлаждаемая до температуры кипящего под вакуумом азота) для разделения. 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 в жидком виде получается неон. В качестве холодильного цикла используется дроссельный холодильный цикл с рабочей средой-хладагентом чистым неоном. Ректификационный метод разделения неоно-гелиевой смеси позволяет получить неон чистотой до 99,9999 %.

Промышленные установки по получению неона высокой чистоты построены и успешно эксплуатируются на Украине — г. Мариуполь (предприятие «Ингаз») и г. Одесса (предприятие «Айсблик»), в Российской Федерации — г. Москва.

Применение

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 также разрядные трубки других цветов, в реальности использующие свечение других благородных газов или флуоресцирующего покрытия (см. справа).

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

Физиологическое действие

Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их 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)^[13].

В связи с этим, наряду с гелием, неон в составе неоно-гелиевой смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза. Преимущество смеси в том, что она меньше охлаждает организм, так как теплопроводность неона меньше, чем гелия.

Лёгкий неоно-гелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.

Содержание неона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии^[14][15].

Интересные факты

• «Неоновые огни» оправдывают своё название только в случае свечения красного цвета. Для получения других цветов используют электрический разряд в парах ртути в газоразрядных трубках, изнутри покрытых люминофором нужного цвета свечения, преобразующих ультрафиолетовое излучение разряда в видимый свет, или разряд в смеси других благородных газов.