NEON: STORIA, PROPRIETÀ, STRUTTURA, RISCHI, USI - CHIMICA - 2024

Il neon è un elemento chimico rappresentato dal simbolo Ne. È un gas nobile il cui nome in greco significa nuovo, una qualità che ha saputo mantenere per decenni non solo per lo scintillio della sua scoperta, ma anche perché ha adornato le città con la sua luce man mano che si sviluppavano la loro modernizzazione.

Abbiamo tutti sentito parlare di luci al neon, che in realtà non corrispondono a nient'altro che rosso-arancio; a meno che non siano miscelati con altri gas o additivi. Oggi hanno un'aria bizzarra rispetto ai recenti sistemi di illuminazione; tuttavia, il neon è molto più di una semplice e moderna fonte di luce.

Drago fatto di tubi riempiti di neon e altri gas che, quando ricevono una corrente elettrica, ionizzano ed emettono luci e colori caratteristici. Fonte: AndrewKeenanRichardson.

Questo gas, costituito praticamente da atomi di Ne, indifferenti tra loro, rappresenta la sostanza più inerte e nobile di tutte; È l'elemento più inerte nella tavola periodica e attualmente e formalmente non è noto un composto sufficientemente stabile. È ancora più inerte dell'elio stesso, ma anche più costoso.

L'alto costo del neon è dovuto al fatto che non viene estratto dal sottosuolo, come accade con l'elio, ma dalla liquefazione e distillazione criogenica dell'aria; anche quando è presente nell'atmosfera in quantità sufficiente per produrre un enorme volume di neon.

È più facile estrarre l'elio dalle riserve di gas naturale che liquefare l'aria ed estrarne il neon. Inoltre, la sua abbondanza è inferiore a quella dell'elio, sia all'interno che all'esterno della Terra. Nell'universo, il neon si trova in novae e supernovae, così come in regioni sufficientemente congelate da impedirne la fuga.

Nella sua forma liquida, è un refrigerante molto più efficace dell'elio e dell'idrogeno liquidi. Allo stesso modo, è un elemento presente nell'industria elettronica per quanto riguarda i laser e le apparecchiature che rilevano le radiazioni.

Storia

La culla dell'argon

La storia del neon è strettamente correlata a quella del resto dei gas che compongono l'aria e alle loro scoperte. Il chimico inglese Sir William Ramsay, insieme al suo mentore John William Strutt (Lord Rayleigh), decise nel 1894 di studiare la composizione dell'aria attraverso reazioni chimiche.

Utilizzando un campione d'aria, sono riusciti a deossigenarla e denitrogenizzarla, ottenendo e scoprendo il gas nobile argon. La sua passione scientifica lo ha portato anche alla scoperta dell'elio, dopo aver sciolto il minerale cleveite in un mezzo acido e aver raccolto i gas caratterizzanti.

Quindi, Ramsay sospettava che ci fosse un elemento chimico situato tra l'elio e l'argon, dedicando tentativi infruttuosi di trovarli in campioni minerali. Fino a quando finalmente ha ritenuto che l'argon dovesse essere “nascosto” da altri gas meno abbondanti nell'aria.

Così, gli esperimenti che hanno portato alla scoperta del neon sono iniziati con l'argon condensato.

Scoperta

Nel suo lavoro, Ramsay, assistito dal collega Morris W. Travers, ha iniziato con un campione di argon altamente purificato e liquefatto, che ha successivamente sottoposto a una sorta di distillazione frazionata e criogenica. Così, nel 1898 e all'University College di Londra, entrambi i chimici inglesi riuscirono a identificare e isolare tre nuovi gas: neon, krypton e xenon.

Il primo di loro era il neon, che ha intravisto quando lo hanno raccolto in un tubo di vetro dove hanno applicato una scossa elettrica; la sua intensa luce rosso-arancio era ancora più sorprendente dei colori del krypton e dello xeno.

Fu in questo modo che Ramsay diede a questo gas il nome "neon", che in greco significa "nuovo"; un nuovo elemento è apparso dall'argon. Poco dopo, nel 1904 e grazie a questo lavoro, lui e Travers ricevettero il Premio Nobel per la chimica.

Luci al neon

Ramsay ha poi avuto poco a che fare con le rivoluzionarie applicazioni del neon per quanto riguarda l'illuminazione. Nel 1902, l'ingegnere elettrico e inventore Georges Claude, insieme a Paul Delorme, formò la società L'Air Liquide, dedicata alla vendita di gas liquefatti alle industrie e che presto vide il potenziale luminoso del neon.

Claude, ispirato dalle invenzioni di Thomas Edison e Daniel McFarlan Moore, costruì i primi tubi pieni di neon, firmando un brevetto nel 1910. Vendeva il suo prodotto praticamente con la seguente premessa: le luci al neon sono riservate a città e monumenti perché sono molto abbagliante e attraente.

Da allora, il resto della storia del neon fino ad oggi va di pari passo con la comparsa di nuove tecnologie; così come la necessità di sistemi criogenici che possano usarlo come liquido di raffreddamento.

Proprietà fisiche e chimiche

- Aspetto

Fiala di vetro o fiala con neon eccitato da una scarica elettrica. Fonte: immagini ad alta risoluzione di elementi chimici

Il neon è un gas incolore, inodore e insapore. Tuttavia, quando viene applicata una scarica elettrica, i suoi atomi vengono ionizzati o eccitati, emettendo fotoni di energia che entrano nello spettro visibile come un lampo rosso-arancio (immagine in alto).

Quindi le luci al neon sono rosse. Maggiore è la pressione del gas, maggiore è l'elettricità richiesta e il bagliore rossastro ottenuto. Queste luci che illuminano i vicoli o le facciate dei negozi sono molto comuni, soprattutto nei climi freddi; poiché l'intensità rossastra è tale da poter penetrare la nebbia da notevoli distanze.

- Massa molare

20,1797 g / mol.

- Numero atomico (Z)

10.

- Punto di fusione

-248,59 ° C.

- Punto di ebollizione

-246,046 ° C.

- Densità

-In condizioni normali: 0,9002 g / L.

-Dal liquido, proprio al punto di ebollizione: 1,207 g / mL.

- Densità del vapore

0,6964 (relativo all'aria = 1). In altre parole, l'aria è 1,4 volte più densa del neon. Quindi un palloncino gonfiato al neon salirà in aria; anche se meno rapidamente rispetto a uno gonfiato con elio.

- Pressione del vapore

0,9869 atm a 27 K (-246,15 ° C). Si noti che a una temperatura così bassa il neon esercita già una pressione paragonabile a quella atmosferica.

- Calore di fusione

0,335 kJ / mol.

- Calore di vaporizzazione

1,71 kJ / mol.

- Capacità termica molare

20,79 J / (mol · K).

- Energie di ionizzazione

-Primo: 2080,7 kJ / mol (Ne ⁺ gassoso).

-Secondo: 3952,3 kJ / mol (Ne ²⁺ gas).

-Terzo: 6122 kJ / mol (Ne ³⁺ gassoso).

Le energie di ionizzazione per il neon sono particolarmente elevate. Ciò è dovuto alla difficoltà di rimuovere uno dei suoi elettroni di valenza dal suo atomo molto piccolo (rispetto agli altri elementi del suo stesso periodo).

- numero di ossidazione

L'unico numero probabile e teorico o stato di ossidazione del neon è 0; cioè, nei suoi ipotetici composti non guadagna o perde elettroni, ma interagisce piuttosto come un atomo neutro (Ne ⁰ ).

Ciò è dovuto alla sua reattività nulla come gas nobile, che non gli consente di guadagnare elettroni per mancanza di un orbitale energeticamente disponibile; e neppure può essere perso avendo numeri di ossidazione positivi, a causa della difficoltà di superare l'effettiva carica nucleare dei suoi dieci protoni.

- Reattività

Quanto sopra spiega perché un gas nobile non è molto reattivo. Tuttavia, tra tutti i gas nobili e gli elementi chimici, il neon è il proprietario della vera corona della nobiltà; Non ammette elettroni in alcun modo e da nessuno, e non può condividere i propri perché il suo nucleo lo impedisce e, quindi, non forma legami covalenti.

Il neon è meno reattivo (più nobile) dell'elio perché, sebbene il suo raggio atomico sia maggiore, la carica nucleare effettiva dei suoi dieci protoni supera quella dei due protoni nel nucleo dell'elio.

Man mano che si scende attraverso il gruppo 18, questa forza diminuisce perché il raggio atomico aumenta considerevolmente; Ed è per questo che gli altri gas nobili (specialmente xeno e krypton) possono formare composti.

Composti

Ad oggi, non è noto alcun composto remotamente stabile del neon. Tuttavia, l'esistenza di cationi poliatomici quali: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ e ⁺ è stata verificata mediante studi di spettrometria ottica e di massa .

Allo stesso modo, si può menzionare i suoi composti Van der Walls, in cui sebbene non ci siano legami covalenti (almeno non formalmente), le interazioni non covalenti consentono loro di rimanere coesi in condizioni rigorose.

Alcuni di questi composti Van der Walls per neon sono, ad esempio: Ne ₃ (trimero), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (complesso fullerenico endoedrico ), eccetera. Inoltre, va notato che le molecole organiche possono anche "aderire" a questo gas in condizioni molto speciali.

Il dettaglio di tutti questi composti è che non sono stabili; inoltre, la maggior parte ha origine nel mezzo di un campo elettrico molto forte, dove gli atomi di metalli gassosi sono eccitati in compagnia del neon.

Anche con un legame covalente (o ionico), alcuni chimici non si preoccupano di pensarli come veri composti; e quindi, il neon continua ad essere un elemento nobile e inerte visto da tutti i lati "normali".

Struttura e configurazione elettronica

Interazioni di interazione

L'atomo di neon potrebbe essere visualizzato come una sfera quasi compatta a causa delle sue piccole dimensioni e della grande carica nucleare efficace dei suoi dieci elettroni, otto dei quali sono di valenza, secondo la loro configurazione elettronica:

1s ² 2s ² 2p ⁶ o 2s ² 2p ⁶

Pertanto, l'atomo di Ne interagisce con il suo ambiente utilizzando i suoi orbitali 2s e 2p. Tuttavia, sono completamente pieni di elettroni, conformi al famoso ottetto di valenza.

Non può guadagnare più elettroni perché l'orbitale 3s non è energeticamente disponibile; Inoltre, non può perderli neanche a causa del loro piccolo raggio atomico e la distanza "stretta" li separa dai dieci protoni nel nucleo. Pertanto, questo atomo o sfera di Ne è molto stabile, incapace di formare legami chimici con praticamente qualsiasi elemento.

Sono questi atomi di Ne che definiscono la fase gassosa. Essendo molto piccola, la sua nuvola elettronica è omogenea e compatta, difficile da polarizzare e, quindi, da stabilire momenti di dipolo istantanei che inducono altri in atomi vicini; cioè, le forze di dispersione tra gli atomi di Ne sono molto deboli.

Liquido e vetro

Ecco perché la temperatura deve scendere a -246 ºC in modo che il neon possa passare da uno stato gassoso a uno liquido.

Una volta a questa temperatura, gli atomi di Ne sono abbastanza vicini perché le forze di dispersione li leghino insieme in un liquido; che sebbene apparentemente non sia così impressionante come il fluido quantistico dell'elio liquido e della sua superfluidità, ha un potere di raffreddamento 40 volte maggiore di questo.

Ciò significa che un sistema di raffreddamento al neon liquido è 40 volte più efficiente di uno ad elio liquido; si raffredda più velocemente e mantiene la temperatura più a lungo.

Il motivo potrebbe essere dovuto al fatto che, anche con gli atomi di Ne più pesanti di He, i primi si separano e si disperdono più facilmente (si riscaldano) dei secondi; ma le loro interazioni sono così deboli durante le loro collisioni o incontri, che rallentano (raffreddano) di nuovo rapidamente.

Man mano che la temperatura scende ulteriormente, fino a -248 ° C, le forze di dispersione diventano più forti e più direzionali, ora in grado di ordinare agli atomi di He di cristallizzarsi in un cristallo cubico (fcc) centrato sulla faccia. Questo cristallo di elio fcc è stabile a tutte le pressioni.

Dove trovare e ottenere

Supernovae e ambienti ghiacciati

Nella formazione di una supernova, i getti al neon sono sparsi, che finiscono per comporre queste nuvole stellari e viaggiare verso altre regioni dell'Universo. Fonte: Pxhere.

Il neon è il quinto elemento chimico più abbondante dell'intero universo. A causa della sua mancanza di reattività, alta pressione di vapore e massa leggera, fuoriesce dall'atmosfera terrestre (sebbene in misura minore dell'elio) e si dissolve poco nei mari. Ecco perché qui, nell'aria terrestre, ha a malapena una concentrazione di 18,2 ppm in volume.

Affinché tale concentrazione di neon aumenti, è necessario abbassare la temperatura intorno allo zero assoluto; condizioni possibili solo nel Cosmo e, in misura minore, nelle gelide atmosfere di alcuni giganti gassosi come Giove, sulle superfici rocciose dei meteoriti o nell'esosfera della Luna.

La sua massima concentrazione, tuttavia, risiede nelle novae o supernove distribuite in tutto l'Universo; così come nelle stelle da cui si originano, più voluminose del nostro sole, all'interno delle quali si producono atomi di neon a seguito di una nucleosintesi tra carbonio e ossigeno.

Liquefazione dell'aria

Sebbene la sua concentrazione sia di soli 18,2 ppm nella nostra aria, è sufficiente per ottenere qualche litro di neon da qualsiasi spazio domestico.

Pertanto, per produrlo, è necessario sottoporre l'aria a liquefazione e quindi eseguire una distillazione frazionata criogenica. In questo modo i suoi atomi possono essere separati dalla fase liquida composta da ossigeno liquido e azoto.

Isotopi

L'isotopo più stabile di Neon è ²⁰ Ne, con un'abbondanza del 90,48%. Ha anche altri due isotopi anch'essi stabili, ma meno abbondanti: ²¹ Ne (0,27%) e ²² Ne (9,25%). I rimanenti sono radioisotopi, e al momento ne sono conosciuti in totale quindici ( ^15-19 Ne e ^23-32 Ne ).

rischi

Il neon è un gas innocuo da quasi ogni possibile aspetto. A causa della sua reattività chimica nulla, non interviene affatto con nessun processo metabolico, e così come entra nell'organismo lo lascia senza essere assimilato. Non ha quindi alcun effetto farmacologico immediato; sebbene sia stato associato a possibili effetti anestetici.

Ecco perché se c'è una perdita di neon, non è un allarme preoccupante. Tuttavia, se la concentrazione dei suoi atomi nell'aria è molto alta, può spostare le molecole di ossigeno che respiriamo, il che finisce per provocare il soffocamento e una serie di sintomi ad esso associati.

Tuttavia, il neon liquido potrebbe causare ustioni da freddo al contatto, quindi non è consigliabile toccarlo direttamente. Inoltre, se la pressione nei vostri contenitori è molto alta, una fessura improvvisa potrebbe essere esplosiva; non dalla presenza di fiamme ma dalla forza del gas.

Anche il neon non rappresenta un pericolo per l'ecosistema. Inoltre la sua concentrazione nell'aria è molto bassa e non ci sono problemi a respirarla. E soprattutto: non è un gas infiammabile. Pertanto, non brucerà mai, non importa quanto siano alte le temperature.

applicazioni

illuminazione

Come accennato, le luci al neon rosse sono presenti in migliaia di stabilimenti. Il motivo è che difficilmente è richiesta una bassa pressione del gas (~ 1/100 atm) per poter produrre, alla scarica elettrica, la sua luce caratteristica, che è stata posta anche in inserzioni di vario genere (pubblicità, insegne di strada, ecc.).

I tubi al neon possono essere realizzati in vetro o plastica e assumere tutti i tipi di forme o forme.

Industria elettronica

Il neon è un gas molto importante nell'industria elettronica. Viene utilizzato per la produzione di lampade fluorescenti e riscaldanti; dispositivi che rilevano radiazioni o alte tensioni, cinescopi televisivi, contatori geyser e camere di ionizzazione.

laser

Insieme all'elio, il duo Ne-He può essere utilizzato per dispositivi laser, che proiettano un fascio di luce rossastra.

Clathrate

Sebbene sia vero che il neon non può formare alcun composto, è stato scoperto che ad alte pressioni (~ 0,4 GPa) i suoi atomi sono intrappolati nel ghiaccio per formare clatrato. In esso, gli atomi di Ne sono confinati in una sorta di canale limitato dalle molecole d'acqua e all'interno del quale possono muoversi lungo il cristallo.

Sebbene al momento non ci siano molte potenziali applicazioni per questo clatrato di neon, potrebbe in futuro essere un'alternativa per la sua conservazione; o semplicemente, servono da modello per approfondire la comprensione di questi materiali congelati. Forse, su alcuni pianeti, il neon è intrappolato in masse di ghiaccio.

Riferimenti

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