Содержание
Введение ……………………. …………………………………………………..3
1 Общие сведения ……………………………… ………………….…..………4
2 Строение химического элемента ……………. ………………….…..………6
3 Физические свойства ………………………… ….…………………..………9
4 Химические свойства ……………………………. ……………………...10
5 Получение …………………………………….. ………...…………...……...12
6 Применение ……………………………. ……………………………..…….13
7 Влияние химического элемента и его производства на состояние окружающей среды …………………………….. ………………...……...…...14
Заключение …………………………………….....…………………..……….16
Список использованных источников ………………... ………............……...17
Введение
К благородным, или инертным, газам относятся: гелий Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn. Они относятся к VIII группе, главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Одноатомные газы без цвета и запаха. Внешняя электронная оболочка молекул заполнена (s2p6), благодаря чему при нормальных условиях благородные газы моноатомны и химически инертны. Входят в состав земной атмосферы: наиболее распространен аргон (0,934% по объему), наименее распространен ксенон (0,86•10-5%). В небольших количествах содержатся в некоторых минералах, природных газах, в растворенном виде - в воде.
Неон (обозначается символом Ne) — элемент главной подгруппы восьмой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 10. Пятый по распространённости элемент во Вселенной (после водорода, гелия, кислорода и углерода). Простое вещество неон — инертный одноатомный газ без цвета и запаха.
Общие сведения об элементе
Это пятый по распространённости элемент во Вселенной - после водорода, гелия, кислорода, азота и углерода. Его существование предсказали дважды. Он был назван «в честь» греческого слова neos, что значит «новый». И еще - без этого газа наша жизнь вряд ли была бы такой яркой, как сегодня.
В 1898 году в Старом Свете при исследовании с помощью спектроскопа первых порций газа, испаряющихся из жидкого воздуха, шотландский химик Уильям Рамзай (Рэмзи) совместно с Моррисом Уильямом Трейвером обнаружили в них новый газ Неон (Ne 6) - инертный газ, содержащийся в воздухе в микроскопических количествах. Это был уже третий инертный газ, открытый учёными, - после аргона и гелия.
В 1897 г. Рамзай выступил в Торонто с докладом под названием «Неоткрытый газ». В докладе он предсказал существование простого газа с плотностью по водороду 10, атомным весом 20 и иными, промежуточными между Не и Ar константами. Двумя годами раньше, правда, не столь детально, существование газообразного элемента с атомным весом 20 предсказал французский химик Лекок де Буабодран. Но где искать этот дважды предсказанный элемент?
Вначале Рамзай и его сотрудники занялись минералами, природными водами, даже метеоритами. Результаты анализов неизменно оказывались отрицательными. Между тем – теперь мы это знаем – новый газ в них был. Но методами, существовавшими в конце прошлого века, эти «микроследы» не улавливались.
Исследователи обратились к воздуху. Воздух сжижали, а затем начинали медленно испарять, собирая и исследуя различные фракции. Одним из методов поиска был спектральный анализ: газ помещали в разрядную трубку, подключали ток и по линиям спектра определяли «кто есть кто».
Когда в разрядную трубку поместили первую, самую легкую и низкокипящую фракцию воздуха, то в спектре наряду с известными линиями азота, гелия и аргона были обнаружены новые линии. Из них особенно яркими были красные и оранжевые. Они придавали свету в трубке огненную окраску.
Есть у неона черта, резко выделяющая его среди других благородных газов. Это – ярко-красный цвет излучения, причем интенсивность и оттенки свечения неона сильно зависят от напряжения тока, создающего электрический разряд, и примесей других газов.
Строение атома
Неон — одноатомный газ без цвета и запаха.
У атома неона замкнутая электронная оболочка: на двух энергетических уровнях находятся соответственно 2 и 8 электронов (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема атома неона
Радиус нейтрального атома неона 0,160 нм. Электронная конфигурация нейтрального невозбужденного атома 1s22s2p6.
Энергии последовательной ионизации нейтрального атома равны, соответственно, 21,564, 41,08, 63, 97 и 126 эВ.
Таблица 1 -
| Параметр | Значение |
| Атомная масса (молярная масса) | 20,1797 а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [He] 2s 2p |
| Радиус атома | ? (38) пм |
Химическая инертность неона исключительна. В этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения.
Природный атмосферный неон состоит из трех стабильных нуклидов: 20Ne (90,92% по объему), 21Ne (0,257%) и 22Ne (8,82%).
Физические свойства
Неон бесцветный, без запаха и вкуса благородный газ. Его символ – Ne, атомный номер 10. Характеризуется своей удивительной способностью излучать красновато-оранжевые свечения, в результате которых он широко используется в производстве рекламы. Это второй из легких благородных газов. При комнатной температуре, неон находится в газообразном состоянии. Он имеет плотность 0,9002 г/л. Таким образом, 1 литровая бутылка полного неонового газа будет весить менее 1 грамма. Температура плавления для неона 24,56 K (что составляет -415,46 ° F), а его температура кипения 27,07 K (что составляет -410,94 ° F).
Плотность твердого 1,444 г/см3 (24,66 К), жидкого 1,24 г/см3 (25,0 К), газа 0,9002 кг/м3 (273 К, 0,1 МПа);
Температура критическая 44,4 К, ркрит2,65 МПа, dкрит0,484 г/см3;
Теплопроводность 0,0443 Вт/(м.К) при 273 К и 0,1 МПа; л 2,93-10-5 Па*с (273 К, 0,1 МПа);
Диамагнитен, магнитная восприимчивость — 7,2.10-6;
Твердый неон кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке, а = 0,667 нм (4,3 К), z = 4, пространств. группа Fm3m.
Выделенный материал лучше представить в виде таблицы
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.
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.
Неон – легкий газ: он легче воздуха в 1,44 раза, аргона - почти в 2 раза, но тяжелее гелия в 5 раз. По комплексу свойств он ближе к гелию, чем к аргону, и вместе с гелием составляет подгруппу легких инертных газов.
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)+. Первоначально считалось, что неон инертен и не может вступать в реакции с другими химическими элементами. Однако недавние исследования показали, что в сочетании с фтором он может образовывать новые соединения. Кроме того, он также имеет тенденцию формирования ионов в сочетании с другими благородными газами. Неоновый газ также имеет возможность формирования неустойчивых гидратов.
Все эти свойства неона газ делают его одним из наиболее важных благородных газов в периодической таблице. Один из самых интересных фактов о неоне, - это пятый самый распространенный химический элемент во Вселенной. Однако когда дело касается Земли, то это один из самых редких химических элементов. Его концентрация в атмосфере:— 0,00182% по объему.
«Неоновые огни» оправдывают своё название только в случае свечения красного цвета. Для получения других цветов используют ртуть и фосфор в определённых пропорциях или другие благородные газы.
Растворимость в воде и способность к адсорбции у неона малы. В 100 г воды при 20°C растворяется всего 1,75 см3, или 1,56 мг неона. Все же адсорбция неона на активированном угле при температуре жидкого воздуха уже достаточна, чтобы с ее помощью, многократно повторяя процесс, разделить смесь гелия и неона. При температуре жидкого водорода из смеси этих веществ выпадают кристаллы чистого неона, а газообразный гелий отгоняется. Технике это дало второй – конденсационный способ разделения гелия и неона.
Неон химически инертен. Для него известны только соединения включения, например Ne6H2O, и экси-мерные молекулы, напр. Ne2*, NeF*, на переходах которых из метастабильного состояния в несвязанное генерируется лазерное излучение (105 нм для NeF*).
Получение???
Воздух — единственный реальный источник неона. В процессе разделения воздуха низкотемпературной ректификацией самые летучие его компоненты — гелий и неон — уходят в первую фракцию. Ее отбирают из-под крышки-конденсатора воздухоразделительного аппарата.
В этой первичной смеси неона с гелием — от трех до десяти процентов (остальное — азот) это вполне естественно, ведь в 1000 литрах воздуха неона только 18,2 см3, а гелия 5 см3. Смесь направляют в дефлегматор, где большая часть азота конденсируется, и содержание неона и гелия в смеси повышается до 35—40%. В другом аппарате — дефлегматоре-адсорбере, где конденсация азота сочетается с адсорбцией, удается почти полностью освободиться от азота. В зависимости от степени очистки получаемая неоногелиевая смесь содержит 30—75% Ne и 10—25% He.
В СССР баллоны с неоногелиевой смесью окрашивали в светло-коричневый цвет с белой надписью, а баллоны с одним неоном — в черный цвет с желтой полосой.
Техника обычно довольствуется неоногелиевой смесью, но иногда нужен и чистый неон. Поэтому смесь легких инертных газов разделяют адсорбционно-термическим методом на угле при глубоком холоде или замораживают неон до твердого состояния.
В Тбилиси в Институте стабильных изотопов диффузионными методами получают индивидуальные изотопы неона. Они нужны для научных экспериментов. Так, в Дубне с помощью ионов 22Ne были синтезированы 102-й и 104-й элементы. Это, можно сказать, самая современная профессия неона. Но далеко не единственная.
Неоном снаряжают лампы, когда газ в них нельзя заменить более дешевым аргоном. Большинство ламп наполняется не чистым неоном, а неоногелиевой смесью с небольшой добавкой аргона, чтобы понизить напряжение зажигания. Поэтому свечение ламп имеет оранжево-красный цвет. Оно видно на далекие расстояния, его невозможно спутать с другими источниками света, туман ему не помеха.
Эти качества делают газосветные неоновые лампы незаменимыми для сигнальных устройств разнообразного назначения. Неон светит на маяках, неоновыми лампами обозначают вершины высотных зданий и телевизионных башен, границы аэродромов, водных и воздушных трасс.
Очевидно, что со временем производители вывесок полностью прекратят использовать неон в качестве внутренней подсветки для объемных букв, и эта ниша будет полностью занята светодиодами. Тем не менее, газосветным трубкам – классическому источнику света в наружной рекламе – еще долгие годы не будет альтернативы в производстве эксклюзивных изделий высокохудожественного дизайна и в вывесках, в которых используется открытый неон.
Неон и тяжелые инертные газы присутствуют в газонаполненных фотоэлементах, ими заполнены тиратроны – электровакуумные ионные приборы, служащие быстродействующими реле и имеющие ряд других назначений.
Содержание неона в атмосфере 1,82.10-3% по объему, в земной коре 7•10-5 г/т; запасы неона оцениваются в 7,8*1014 м3. Неон представлен в горячих звездах - красных гигантах, газовых туманностях, атмосфере Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Считают, что в космосе преобладает 20Ne.
Применение
Жидкий неон взрывобезопасен. При температурах жидкого неона хранят ракетное топливо. В жидком неоне замораживают свободные радикалы, консервируют животные ткани и имитируют условия космического пространства в термобарокамерах. Неоногелиевой смесью дышат океанавты, водолазы, вообще люди, работающие при повышенных давлениях, чтобы избежать азотной эмболии и азотного наркоза. Легкий неоногелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.
Еще несколько лет назад электровакуумная промышленность и научные лаборатории были единственными потребителями неона. Их нужды могли удовлетворить отделения неоногелиевой смеси воздухоразделительных установок малой и средней мощности.
В последние годы положение стало меняться. На неон как хладагент предъявляет спрос интенсивно развивающаяся криогенная техника, и ей нужно куда больше неона, чем традиционным потребителям. Впрочем, понятие о количествах тут относительное. Даже на установке, перерабатывающей в час 170000 м3 воздуха, за сутки получают всего восемь сорокалитровых баллонов неона (под давлением 150 атмосфер). Сегодня спрос на неон превышает его производство.
Какие качества неона привлекли к нему внимание криогенщиков? Определенную роль играет нехватка гелия, - что заставило искать заменяющие его холодные жидкости. Сжиженный неон создает холод на уровне 43—24° абсолютной шкалы. Этого достаточно для криогенной радиоэлектроники (детекторы инфракрасного излучения, мазеры, лазеры) и отраслей электротехники, которые используют в качестве сверхпроводников сплавы с высокими критическими температурами перехода. Правда, такой и даже более сильный холод может дать более дешевый жидкий водород, но его применение чревато опасностью взрывов.
Неон тяжелее воды, его скрытая теплота испарения в два раза больше, чем у водорода, и раз в двадцать больше, чем у гелия. Оттого малы потери неона; в современных криостатах он хорошо сохраняется в течение многих месяцев. Неон отводит в 3,3 раза больше тепла, чем такое же по объему количество жидкого водорода, а если пользоваться твердым неоном, то еще на 20% больше.
В неоновом криостате можно с большой точностью регулировать температуру. Для этого достаточно только поддерживать заданное давление: даже при малых изменениях температуры резко меняется упругость паров над жидким неоном.
В неоновых криостатах безопасно проводить такие деликатные, не терпящие тепла реакции, как прямой синтез Н2О2 из жидкого озона и атомарного водорода или получение окислов фтора (O2F2, О3F2 и O4F2).
Подвижность неона, малая его растворимость в жидкостях организма позволяют заменять гелий в искусственном безазотном воздухе неоногелиевой смесью. Таким воздухом дышат океанавты, водолазы, вообще люди, работающие при повышенных давлениях, чтобы избежать азотной эмболии и азотного наркоза. Легкий неоногелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания. У неоногелиевого воздуха есть одно преимущество перед воздухом, в котором азот заменен чистым гелием,— он меньше охлаждает организм, так как теплопроводность его меньше.
И напоследок — о традиционном.
Неоном снаряжают те лампы, в которых нельзя заменить его более дешевым аргоном. Большинство ламп наполняется не чистым неоном, я неоногелиевой смесью с небольшой добавкой аргона, чтобы понизить напряжение зажигания. Поэтому свечение ламп имеет оранжево-красный цвет. Оно видно на далекие расстояния, невозможно спутать его с другими источниками света, туман ему не помеха.
Эти качества делают газосветные неоновые лампы незаменимыми для сигнальных устройств разнообразного назначения. Неон светит на маяках, неоновыми лампами обозначают вершины высотных зданий и телевизионных башен, границы аэродромов, водных и воздушных трасс.
В газоразрядных светильниках неон разрежен, так как:
Интенсивность света, вначале нарастающая с давлением, далее начинает падать. Давление неона в трубках 2— 5 мм, а в лампах тлеющего свечения 5—20 мм ртутного столба.
Замечательная особенность неонового тлеющего свечения — его весьма малая инерционность. Это значит, что свечение мгновенно и чувствительно усиливается или ослабляется при изменении силы тока. Поэтому неоновые лампы применяют при устройстве сигнальных панелей и щитов радиотелевизионной аппаратуры, в коммутаторах телефонных станций, в приборах самого разнообразного назначения.
Неоновая лампа тлеющего свечения чаще всего играет роль индикатора напряжения. Ее вспышка дает сигнал о том, что электрическая цепь, в которую включена лампа, оказалась под напряжением, более высоким, чем напряжение зажигания разряда в лампе. А последнее легко регулируется конструкцией лампы. Неоновая лампа может также служить стабилизатором и делителем напряжения. Лампы с неоном применяют в качестве маломощных выпрямителей, осциллографов, генераторов колебаний.
Советский ученый Л. Н, Кораблев ввел в неоновую лампу управляющий сетчатый анод, что позволило заменить ею громоздкие электронные лампы во многих приборах и аппаратах импульсной техники.
Неон и тяжелые инертные газы присутствуют в газонаполненных фотоэлементах, ими заполнены тиратроны — электровакуумные ионные приборы, служащие быстродействующими реле и имеющие ряд других назначений.
С недавнего времени миниатюрные газоразрядные приборы с неоном (величиной в четверть спичечной коробки) находят применение в электронно-вычислительных машинах, заменяя радиолампы и полупроводники. Перед первыми они имеют преимущество долговечности и малого расхода электроэнергии, перед вторыми — нечувствительность к резким колебаниям температуры.
Вот что значит для нас сегодня неон — газ инертный, редкий и очень нужный.
Смесь неона и гелия используют как рабочую среду в газовых лазерах (гелий-неоновый лазер).