ניאון: היסטוריה, מאפיינים, מבנה, סיכונים, שימושים - כִּימִיָה - 2025

הניאון הוא יסוד כימי, כי הוא מיוצג על ידי הסמל Ne. זהו גז אצילי ששמו ביוונית פירושו חדש, תכונה שהצליחה לשמור עליו במשך עשרות שנים לא רק בגלל נצנוץ הגילוי שלו, אלא גם בגלל שהוא קישט ערים באוריה כשפיתחו את המודרניזציה שלה.

כולנו שמענו אי פעם על אורות ניאון, שמתאימים למעשה לא יותר מאשר אדום-כתום; אלא אם כן הם מעורבבים עם גזים או תוספים אחרים. בימינו יש אוויר מוזר בהשוואה למערכות התאורה האחרונות; עם זאת, ניאון הוא הרבה יותר מסתם מקור אור מודרני מהמם.

דרקון עשוי צינורות מלאים בניאון וגזים אחרים שכאשר הם מקבלים זרם חשמלי מייננים ופולטים אורות וצבעים אופייניים. מקור: AndrewKeenanRichardson.

גז זה, המורכב כמעט מאטומי Ne, אדיש זה לזה, מייצג את החומר האינרטיבי והאצילי מכולם; זהו המרכיב האינרטיבי ביותר בטבלה המחזורית, וכרגע ובאופן רשמי לא ידוע על תרכובת יציבה מספיק. הוא אפילו יותר אינרטי מאשר הליום עצמו, אך גם יקר יותר.

העלות הגבוהה של ניאון נובעת מהעובדה שהוא לא מופק מהקרקעית, כמו שקורה בהליום, אלא מהנזילה והזיקוק הקריוגני של האוויר; אפילו כאשר הוא נמצא באווירה בשפע מספיק כדי לייצר נפח עצום של ניאון.

קל יותר לחלץ הליום ממאגרי הגז הטבעי מאשר לאוויר נוזלי ולחלץ ממנו ניאון. בנוסף, שפעו הוא פחות מזה של הליום, בתוך כדור הארץ ומחוצה לו. ביקום, ניאון נמצא בנובות וסופרנובות, כמו גם באזורים קפואים מספיק כדי למנוע את בריחתו.

בצורתו הנוזלית, זהו קירור יעיל בהרבה מהליום ומימן נוזלי. כמו כן, זהו מרכיב הקיים בתעשיית האלקטרוניקה בכל הקשור בלייזרים וציוד המזהים קרינה.

הִיסטוֹרִיָה

עריסת ארגון

ההיסטוריה של הניאון קשורה קשר הדוק לזה של שאר הגזים המרכיבים את האוויר ותגליותיהם. הכימאי האנגלי סר ויליאם רמזי, יחד עם מורו ג'ון וויליאם סטרוט (לורד ריילי), החליטו בשנת 1894 ללמוד את הרכב האוויר באמצעות תגובות כימיות.

בעזרת דגימה של אוויר הם הצליחו לסלק את החמצון ולחלחל אותו, להשיג ולגלות את ארגון הגז האצילי. התשוקה המדעית שלו הובילה אותו גם לגילוי הליום, לאחר שהמיס את הקלביט המינרלי במדיום חומצי ואיסוף המאפיין את הגז המשוחרר.

ואז, חשד רמזי כי קיים יסוד כימי שנמצא בין הליום לארגון, והקדיש ניסיונות לא מוצלחים למצוא אותם בדגימות מינרליות. עד שלבסוף הוא חשב שצריך "להסתיר" את ארגון גזים אחרים שפחות נפוצים באוויר.

לפיכך, הניסויים שהובילו לגילוי ניאון החלו בארגון מרוכז.

תַגלִית

בעבודתו, רמזי, בסיוע עמיתו מוריס וו. טרברס, החל במדגם מטוהר ומנוזל מאוד של ארגון, אותו לאחר מכן הוטל במעין זיקוק שברירי וקריוגני. וכך, בשנת 1898 ובאוניברסיטת קולג 'בלונדון, שני הכימאים האנגלים הצליחו לזהות ולבודד שלושה גזים חדשים: ניאון, קריפטון וקסנון.

הראשון שבהם היה ניאון, שהוא הציץ כשאספו אותו בצינור זכוכית בו הם הפעילו הלם חשמלי; האור האדום-כתום העז שלו היה בולט עוד יותר מצבעי קריפטון וקסנון.

באופן זה העניק רמזי לדלק הזה את השם 'ניאון', שפירושו ביוונית 'חדש'; אלמנט חדש הופיע מארגון. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1904 ובזכות עבודה זו, הוא וטרברס קיבלו את פרס נובל לכימיה.

אורות נאון

לרמזי לא היה כל-כך קשר ליישומים המהפכניים של ניאון בכל הקשור לתאורה. בשנת 1902 הקים מהנדס החשמל והממציא, ז'ורז 'קלוד, יחד עם פול דלורמה את חברת L'Air Liquide, שהוקדשה למכירת גזים נוזלים לתעשיות ואשר במהרה ראתה את הפוטנציאל הזוהר של ניאון.

קלוד, בהשראת המצאותיהם של תומאס אדיסון ודניאל מקפרלן מור, בנה את הצינורות הראשונים המלאים בניאון, וחתם על פטנט בשנת 1910. הוא מכר את המוצר שלו כמעט תחת הנחת יסוד הבאה: אורות ניאון שמורים לערים ומונומנטים מכיוון שהם מאוד מסנוור ומושך.

מאז, שאר תולדות הניאון עד ימינו הולכים יד ביד עם הופעתן של טכנולוגיות חדשות; כמו גם הצורך במערכות קריוגניות שיכולות להשתמש בו כנוזל קירור.

תכונות פיזיקליות וכימיות

- מראה חיצוני

בקבוקון זכוכית או בקבוקון עם ניאון נרגש מפריקה חשמלית. מקור: תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים

ניאון הוא גז חסר צבע, חסר ריח וחסר טעם. עם זאת, כאשר מפעילים פריקה חשמלית, האטומים שלה מיוננים או מתרגשים, ופולטים פוטונים של אנרגיה שנכנסים לספקטרום הנראה כהבזק כתום-אדמדם (תמונה עליונה).

אז נורות הניאון אדומות. ככל שלחץ הגז גבוה יותר, כך נדרש החשמל וזוהר אדמדם המתקבל. אורות אלה המאירים את הסמטאות או את חזיתות החנויות נפוצים מאוד, במיוחד באקלים קר; מכיוון שהעוצמה האדמדמה היא כזו שיכולה לחדור לערפל ממרחקים ניכרים.

- מסה מולארית

20.1797 גרם / מול.

- מספר אטומי (Z)

10.

- נקודת התכה

-248.59 מעלות צלזיוס.

- נקודת רתיחה

-246.046 מעלות צלזיוס.

- צפיפות

-בתנאים רגילים: 0.9002 גרם / ל.

-נוזל, ממש בנקודת הרתיחה: 1.207 גרם / מ"ל.

- צפיפות אדים

0.6964 (יחסית לאוויר = 1). במילים אחרות, האוויר צפוף פי 1.4 מהניאון. ואז בלון מנופח עם ניאון יעלה לאוויר; אם כי פחות מהר בהשוואה לאחד מנופח עם הליום.

- לחץ אדים

0.9869 כספומט ב 27 K (-246.15 מעלות צלזיוס). שימו לב שבניאון בטמפרטורה כל כך נמוכה כבר מפעיל לחץ הדומה לאווירה.

- חום של היתוך

0.335 ק"ג / מול.

- חום האידוי

1.71 ק"ג / מול.

- קיבולת חום טוחנת

20.79 J / (mol · K).

- אנרגיות יינון

ראשונה: 2080.7 ק"ג / מול (Ne ⁺ גזי).

-שניה: 3952.3 קילוואט / מול ( דלק Ne ²⁺ ).

-שלישי: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ גזי).

אנרגיות היינון עבור ניאון גבוהות במיוחד. זה נובע מהקושי להוציא את אחד האלקטרונים הערכיים שלו מהאטום הקטן מאוד (בהשוואה לשאר האלמנטים באותה תקופה).

- מספר חמצון

המספר היחיד והמצב התיאורטי או מצב החמצון של ניאון הוא 0; כלומר, בתרכובות ההיפותטיות שלו הוא לא משיג או מאבד אלקטרונים, אלא מתקיים אינטראקציה כאטום ניטרלי (Ne ⁰ ).

זה נובע מתגובתיותו האפסית כגז אצילי, שאינו מאפשר לו להשיג אלקטרונים בגלל היעדר מסלול זמין אנרגטי; ולא ניתן לאבד אותו על ידי מספר חמצון חיובי, בגלל הקושי להתגבר על המטען הגרעיני היעיל של עשרת הפרוטונים שלו.

- תגובתיות

האמור מסביר מדוע גז אצילי אינו מגיב במיוחד. עם זאת, בין כל הגזים האצילים והיסודות הכימיים, ניאון הוא הבעלים של כתר האצולה האמיתי; הוא אינו מודה אלקטרונים בשום צורה או מאף אחד, והוא אינו יכול לחלוק את עצמו מכיוון שהגרעין שלו מונע זאת, ולכן אינו יוצר קשרים קוולנטיים.

הניאון פחות תגובתי (אצילי יותר) מהליום מכיוון שלמרות שהרדיוס האטומי שלו גדול יותר, המטען הגרעיני האפקטיבי של עשרת הפרוטונים שלו עולה על זה של שני הפרוטונים בגרעין ההליום.

ככל שיורד דרך קבוצה 18, כוח זה פוחת מכיוון שהרדיוס האטומי גדל במידה ניכרת; וזו הסיבה שאר הגזים האצילים (במיוחד קסנון וקריפטון) יכולים ליצור תרכובות.

תרכובות

נכון להיום, לא ידוע על שום תרכובת של ניאון יציבה מרחוק. עם זאת, קיומם של קטיונים פוליאטומיים כגון: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ ו- ⁺ אומת באמצעות מחקרים ספקטרומטריים אופטיים ומוניים .

כמו כן ניתן להזכיר את תרכובותיו של ואן דר וואלס, שלמרות שאין קשרים קוולנטיים (לפחות לא רשמית), האינטראקציות הלא קוולנטיות מאפשרות להם להישאר מגובשים בתנאים קפדניים.

כמה תרכובות ואן דר וולס כאלה לניאון הם, למשל: Ne ₃ (טרימר), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (מתחם פולרן אנדוהדרלי) ), וכו. בנוסף, יש לציין כי מולקולות אורגניות יכולות גם "להתחכך" בגז זה בתנאים מאוד מיוחדים.

הפרט של כל התרכובות הללו הוא שהם אינם יציבים; יתר על כן, רובם מקורם בשדה חשמלי חזק מאוד, בו אטומי המתכת הגזים נרגשים בחברת ניאון.

אפילו עם קשר קוולנטי (או יוני), ישנם כימאים שלא טורחים לחשוב עליהם כתרכובות אמיתיות; ולכן, ניאון ממשיך להיות מרכיב אצילי ואינרטי הנראה מכל הצדדים "הרגילים".

מבנה ותצורה אלקטרונית

אינטראקציות אינטראקציה

ניתן לדמיין את האטום הניאון ככדור כמעט קומפקטי בגלל גודלו הקטן, והמטען הגרעיני האפקטיבי הגדול של עשרת האלקטרונים שלו, שמונה מהם בעלי ערך, בהתאם לתצורתם האלקטרונית:

1s ² 2s ² 2p ⁶ או 2s ² 2p ⁶

לפיכך, אטום ה- Ne מקיים אינטראקציה עם סביבתו באמצעות 2s ו- 2p האורביטלים שלו. עם זאת, הם מלאים לחלוטין באלקטרונים, ומתאימים לאוקטטת הערכיות המפורסמת.

זה לא יכול להשיג יותר אלקטרונים מכיוון שמסלול הדור השלישי אינו זמין אנרגטית; חוץ מזה, זה לא יכול לאבד אותם גם בגלל הרדיוס האטומי הקטן שלהם והמרחק "הצר" מפריד ביניהם מעשר הפרוטונים בגרעין. לכן אטום או כדור Ne זה זה יציב מאוד, לא מסוגל ליצור קשרים כימיים עם כמעט כל יסוד.

אטומי ה- Ne האלה הם שמגדירים את שלב הגז. בהיותו קטן מאוד, הענן האלקטרוני שלו הוא הומוגני וקומפקטי, קשה לקטב ולכן קובע רגעים דיפוליים מיידיים המעוררים אחרים באטומים שכנים; כלומר כוחות הפיזור בין אטומי ה- Ne הם חלשים מאוד.

נוזל וזכוכית

לכן הטמפרטורה חייבת לרדת ל -246 מעלות צלזיוס כדי שהניאון יכול לעבור ממצב גזי לנוזל.

ברגע שטמפרטורה זו, אטומי ה- Ne קרובים מספיק בכדי שכוח הפיזור יחבר אותם יחד בנוזל; שלמרות שככל הנראה הוא אינו מרשים כמו הנוזל הקוונטי של הליום נוזלי והעודפות שלו, יש לו כוח קירור גדול פי 40 מזה.

משמעות הדבר היא שמערכת קירור ניאון נוזלית יעילה פי 40 מזו של הליום נוזלי; מתקרר מהר יותר ושומר על טמפרטורה לאורך זמן.

הסיבה יכולה להיות נובעת מהעובדה, שאפילו כאשר אטומי ה- Ne כבדים יותר ממנו, הראשון נפרד ומתפזר ביתר קלות (להתחמם) מאשר האחרון; אך האינטראקציות שלהם כל כך חלשות במהלך ההתנגשויות או המפגשים שלהם, שהם שוב מאטים (מתקררים) במהירות.

ככל שהטמפרטורה יורדת עוד יותר, ל -248 מעלות צלזיוס, כוחות הפיזור מתחזקים וכיוונים יותר, ומסוגלים כעת להורות לאטומים שלו להתגבש לקריסטל מעוקב מעוקב (fcc). גביש fcc הליום זה יציב תחת כל הלחצים.

היכן למצוא ולהשיג

סופרנובות וסביבות קרח

ביצירת סופרנובה מפוזרים מטוסי ניאון, שבסופו של דבר מרכיבים את העננים הכוכבים הללו ומטיילים לאזורים אחרים ביקום. מקור: Pxhere.

ניאון הוא היסוד החמישי השופע ביותר ביקום כולו. בגלל היעדר תגובתיות, לחץ אדים גבוה ומסת אור הוא בורח מהאטמוספרה של כדור הארץ (אם כי במידה פחותה מאשר הליום), ומעט מתמוסס בים. זו הסיבה שכאן, באוויר כדור הארץ, בקושי יש לו ריכוז של 18.2 ppm בנפח.

על מנת שריכוז הניאון האמור יגבר, יש צורך להוריד את הטמפרטורה לשכונה של אפס מוחלט; תנאים אפשריים רק בקוסמוס, ובמידה פחותה, באטמוספרות הקפואות של כמה ענקי גז כמו יופיטר, על המשטחים הסלעיים של מטאוריטים, או באקוספירה של הירח.

עם זאת, הריכוז הגדול ביותר שלה טמון בנובות או בסופרנובות המופצות ברחבי היקום; כמו גם בכוכבים שמהם מקורם, נפח יותר מהשמש שלנו, שבתוכו מיוצרים אטומי ניאון כתוצאה מגרעין בין פחמן לחמצן.

ניזוק אוויר

למרות שריכוזו 18.2 עמודים לדקה בלבד באוויר שלנו, זה מספיק כדי להשיג כמה ליטרים של ניאון מכל חלל ביתי.

לפיכך, כדי לייצר אותו, יש צורך להטיל את האוויר בנזילות ואז לבצע זיקוק שברירי קריוגני. בדרך זו ניתן להפריד את האטומים שלו מהשלב הנוזלי המורכב מחמצן נוזלי וחנקן.

איזוטופים

האיזוטופ הכי יציב של ניאון הוא ²⁰ Ne, עם שפע של 90.48%. יש לו גם שני איזוטופים אחרים שהם גם יציבים, אך פחות שופרים: ²¹ Ne (0.27%) ו- ²² Ne (9.25%). השאר הם רדיואיסוטופים, וכרגע חמישה עשר מהם ידועים בסך הכל ( ^15-19 Ne ו- ^23-32 Ne ).

סיכונים

ניאון הוא גז בלתי מזיק כמעט מכל היבט אפשרי. בשל התגובה הכימית האפסית שלו, הוא אינו מתערב כלל בתהליך מטבולי כלשהו, ​​וכשם שהוא נכנס לגוף, הוא עוזב אותו מבלי להיטמע בו. לפיכך אין לה השפעה תרופתית מיידית; אם כי, זה קשור להשפעות הרדמה אפשריות.

זו הסיבה שאם קיימת דליפת ניאון, זו אינה אזעקה מדאיגה. עם זאת, אם ריכוז האטומים שלו באוויר הוא גבוה מאוד, הוא יכול לעקוף את מולקולות החמצן שאנו נושמים, מה שבסופו של דבר גורם לחנק ושורה שלמה של סימפטומים הקשורים אליו.

עם זאת, ניאון נוזלי עלול לגרום לכוויות קרות במגע, ולכן לא כדאי לגעת בו ישירות. כמו כן, אם הלחץ במכולות שלך הוא גבוה מאוד, פיסול פתאומי עלול להיות נפיץ; לא בנוכחות להבות אלא בכוח הגז.

ניאון אינו מייצג אף סכנה למערכת האקולוגית. יתר על כן, ריכוזו באוויר נמוך מאוד ואין שום בעיה לנשום אותו. והכי חשוב: זה לא גז דליק. לכן זה לעולם לא יישרף לא משנה כמה הטמפרטורות גבוהות.

יישומים

תְאוּרָה

כאמור, אורות ניאון אדומים קיימים באלפי מפעלים. הסיבה היא שרק לחץ גז נמוך נדרש (~ 1/100 אטמוספירה) בכדי שיוכל לייצר, בפריקה חשמלית, את האור האופייני לו, אשר הוצב גם בפרסומות מסוגים שונים (פרסום, סימנים של דרך וכו ').

צינורות מלאי ניאון יכולים להיות עשויים זכוכית או פלסטיק, ולקבל מהם כל מיני צורות או צורות.

תעשיית האלקטרוניקה

ניאון הוא גז חשוב מאוד בתעשיית האלקטרוניקה. הוא משמש לייצור מנורות ניאון וחימום; מכשירים המזהים קרינה או מתח גבוה, קינסקופ טלוויזיוני, דלפקי גייזר ותאי יינון.

לייזרים

יחד עם הליום, ניתן להשתמש בצמד Ne-He למכשירי לייזר, המקרינים קרן אור אדמדמה.

Clathrate

אמנם נכון, כי ניאון אינו יכול ליצור תרכובות, אך נמצא כי תחת לחץ גבוה (~ 0.4 GPa) האטומים שלו נכלאים בקרח ליצירת clathrate. בתוכו, אטומי ה- Ne מוגבלים למעין תעלה המוגבלת על ידי מולקולות מים, ובתוכה הם יכולים לנוע לאורך הגביש.

למרות שכרגע אין הרבה יישומים פוטנציאליים לתווך ניאון זה, זה יכול בעתיד להוות אלטרנטיבה לאחסון שלה; או פשוט לשמש מודל להעמקת ההבנה של חומרים קפואים אלה. אולי בכמה כוכבי לכת, ניאון כלוא בהמוני קרח.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). נֵאוֹן. מאגר PubChem. CID = 23987. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. ג'יי דה סמט, ווה קיזום והה מוי. (1930). על מבנה הקריסטל של ניאון. מעבדה גופנית בליידן.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). מבנה גבישים ודינמיקת אנקפסולציה של ניאט הידראט מובנה בקרח II. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. ויקיפדיה. (2019). נֵאוֹן. התאושש מ: en.wikipedia.org
6. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 בדצמבר 2018). 10 עובדות ניאון - יסוד כימי. התאושש מ: thoughtco.com
7. ד"ר דאג סטיוארט. (2019). עובדות על ניאון. כימיקול. התאושש מ: chemicool.com
8. ויקיפדיה. (2019). תרכובות ניאון. התאושש מ: en.wikipedia.org
9. ניקולה מקדוגל. (2019). ניאון האלמנטים: היסטוריה, עובדות ושימושים. לימוד. התאושש מ: study.com
10. ג'יין א 'בויד וג'וזף רוקר. (9 באוגוסט 2012). להבה מאור ארגמן: סיפורו של ניאון. המכון להיסטוריה מדעית. התאושש מ: sciencehistory.org