NEON: LỊCH SỬ, ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC, RỦI RO, SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các neon là một nguyên tố hóa học mà được thể hiện bằng biểu tượng Né. Nó là một loại khí cao quý có tên trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là mới, một chất lượng mà nó có thể duy trì trong nhiều thập kỷ không chỉ vì sự lấp lánh khi phát hiện ra nó, mà còn bởi vì nó đã tô điểm cho các thành phố bằng ánh sáng khi họ phát triển hiện đại hóa.

Tất cả chúng ta đều đã từng nghe nói về đèn neon, thực ra chỉ tương ứng với màu đỏ cam; trừ khi chúng được trộn với các loại khí hoặc phụ gia khác. Ngày nay chúng có một không khí lạ so với các hệ thống chiếu sáng gần đây; tuy nhiên, neon không chỉ là một nguồn sáng hiện đại tuyệt đẹp.

Rồng làm bằng các ống chứa đầy neon và các khí khác, khi nhận dòng điện, nó sẽ ion hóa và phát ra ánh sáng và màu sắc đặc trưng. Nguồn: AndrewKeenanRichardson.

Khí này, thực tế bao gồm các nguyên tử Ne, không quan tâm đến nhau, đại diện cho chất trơ và cao quý nhất trong tất cả; Nó là nguyên tố trơ nhất trong bảng tuần hoàn, và hiện tại và về mặt hình thức, một hợp chất đủ bền vẫn chưa được biết đến. Nó thậm chí còn trơ hơn helium, nhưng cũng đắt hơn.

Chi phí cao của neon là do nó không được chiết xuất từ ​​lòng đất, như xảy ra với heli, mà từ quá trình hóa lỏng và chưng cất đông lạnh của không khí; ngay cả khi nó hiện diện trong bầu khí quyển với mức độ dồi dào đủ để tạo ra một khối lượng lớn đèn neon.

Việc chiết xuất heli từ các nguồn dự trữ khí đốt tự nhiên dễ hơn là hóa lỏng không khí và chiết xuất neon từ nó. Ngoài ra, mức độ phong phú của nó ít hơn so với heli, cả bên trong và bên ngoài Trái đất. Trong Vũ trụ, neon được tìm thấy trong các tiểu tân tinh và siêu tân tinh, cũng như ở các khu vực đủ đóng băng để ngăn nó thoát ra ngoài.

Ở dạng lỏng, nó là chất làm lạnh hiệu quả hơn nhiều so với heli và hydro lỏng. Tương tự như vậy, nó là một yếu tố hiện diện trong ngành công nghiệp điện tử liên quan đến laser và thiết bị phát hiện bức xạ.

Lịch sử

Cái nôi của argon

Lịch sử của neon có liên quan mật thiết đến lịch sử của các loại khí còn lại tạo nên không khí và những khám phá về chúng. Nhà hóa học người Anh, Sir William Ramsay, cùng với người cố vấn của ông là John William Strutt (Lord Rayleigh), đã quyết định vào năm 1894 để nghiên cứu thành phần của không khí thông qua các phản ứng hóa học.

Sử dụng một mẫu không khí, họ quản lý để khử oxy và khử nitơ, thu được và phát hiện ra khí argon cao quý. Niềm đam mê khoa học của ông cũng đưa ông đến với việc phát hiện ra heli, sau khi hòa tan khoáng chất cleveite trong môi trường axit và thu thập các đặc điểm của khí được giải phóng.

Sau đó, Ramsay nghi ngờ rằng có một nguyên tố hóa học nằm giữa heli và argon, cố gắng tìm kiếm chúng trong các mẫu khoáng vật không thành công. Cho đến cuối cùng, ông đã cân nhắc rằng argon nên được "giấu" các khí khác ít có trong không khí.

Vì vậy, các thí nghiệm dẫn đến việc phát hiện ra neon bắt đầu với argon ngưng tụ.

Khám phá

Trong công việc của mình, Ramsay, với sự hỗ trợ của đồng nghiệp Morris W. Travers, đã bắt đầu với một mẫu argon được tinh chế và hóa lỏng cao, sau đó ông phải chịu một loại chưng cất đông lạnh và phân đoạn. Do đó, vào năm 1898 và tại Đại học College London, cả hai nhà hóa học người Anh đã tìm cách xác định và cô lập ba loại khí mới: neon, krypton và xenon.

Đầu tiên trong số chúng là đèn neon, mà ông nhìn thấy khi thu thập nó trong một ống thủy tinh, nơi chúng được đặt một cú sốc điện; ánh sáng đỏ cam mãnh liệt của nó thậm chí còn nổi bật hơn màu sắc của krypton và xenon.

Đó là cách Ramsay đặt cho loại khí này cái tên 'neon', trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là 'mới'; một phần tử mới xuất hiện từ argon. Ngay sau đó, vào năm 1904 và nhờ công trình này, ông và Travers đã nhận được giải Nobel hóa học.

Đèn neon

Ramsay sau đó không liên quan nhiều đến các ứng dụng mang tính cách mạng của đèn neon liên quan đến ánh sáng. Năm 1902, kỹ sư điện và nhà phát minh, Georges Claude, cùng với Paul Delorme, thành lập công ty L'Air Liquide, chuyên bán khí hóa lỏng cho các ngành công nghiệp và công ty này đã sớm nhận ra tiềm năng phát sáng của đèn neon.

Claude, lấy cảm hứng từ phát minh của Thomas Edison và Daniel McFarlan Moore, đã chế tạo những chiếc ống đầu tiên chứa đầy đèn neon, ký bằng sáng chế vào năm 1910. Ông đã bán sản phẩm của mình trên thực tế theo tiền đề sau: đèn neon được dành riêng cho các thành phố và di tích vì chúng rất chói và hấp dẫn.

Kể từ đó, phần còn lại của lịch sử neon cho đến nay song hành với sự xuất hiện của các công nghệ mới; cũng như nhu cầu về các hệ thống đông lạnh có thể sử dụng nó như một chất lỏng làm mát.

Các tính chất vật lý và hóa học

- Xuất hiện

Lọ thủy tinh hoặc lọ có đèn neon kích thích bằng phóng điện. Nguồn: Hình ảnh độ phân giải cao của các nguyên tố hóa học

Neon là một chất khí không màu, không mùi, không vị. Tuy nhiên, khi phóng điện, các nguyên tử của nó bị ion hóa hoặc bị kích thích, phát ra các photon năng lượng đi vào quang phổ nhìn thấy dưới dạng một tia chớp đỏ cam (hình trên cùng).

Vì vậy, đèn neon có màu đỏ. Khí áp suất càng cao thì công suất tiêu thụ càng lớn và thu được màu đỏ hồng. Những ngọn đèn này chiếu sáng các con hẻm hoặc mặt tiền của các cửa hàng là rất phổ biến, đặc biệt là ở những nơi có khí hậu lạnh; vì, cường độ hơi đỏ đến mức nó có thể xuyên qua màn sương từ những khoảng cách đáng kể.

- Khối lượng phân tử

20,1797 g / mol.

- Số hiệu nguyên tử (Z)

10.

- Điểm nóng chảy

-248,59 ° C.

- Điểm sôi

-246,046 ° C.

- Tỉ trọng

-Dưới điều kiện bình thường: 0,9002 g / L.

-Từ chất lỏng, vừa ở điểm sôi: 1,207 g / mL.

- Mật độ hơi

0,6964 (so với không khí = 1). Nói cách khác, không khí đặc hơn đèn neon 1,4 lần. Sau đó, một quả bóng được bơm căng bằng đèn neon sẽ bay lên không trung; mặc dù ít nhanh hơn so với một cái được thổi phồng bằng heli.

- Áp suất hơi

0,9869 atm ở 27 K (-246,15 ° C). Lưu ý rằng ở nhiệt độ thấp như vậy neon đã tạo ra một áp suất tương đương với khí quyển.

- Nhiệt của nhiệt hạch

0,335 kJ / mol.

- Nhiệt hóa hơi

1,71 kJ / mol.

- Nhiệt dung mol

20,79 J / (mol · K).

- Năng lượng ion hóa

-Thứ nhất: 2080,7 kJ / mol (Ne ^{+ ở thể} khí).

-Thứ hai: 3952,3 kJ / mol ( khí Ne ²⁺ ).

-Thứ ba: 6122 kJ / mol (Ne ^{3+ ở thể} khí).

Năng lượng ion hóa của neon đặc biệt cao. Điều này là do khó loại bỏ một trong các điện tử hóa trị của nó khỏi nguyên tử rất nhỏ của nó (so với các nguyên tố khác cùng chu kỳ).

- Số ôxy hóa

Số lý thuyết và số lý thuyết hoặc trạng thái oxy hóa duy nhất cho neon là 0; nghĩa là, trong các hợp chất giả định của nó, nó không thu được hoặc mất đi các electron, mà tương tác như một nguyên tử trung hòa (Ne ⁰ ).

Điều này là do phản ứng rỗng của nó như một khí quý, không cho phép nó nhận được các electron do thiếu một quỹ đạo có sẵn về mặt năng lượng; và nó cũng không thể bị mất khi có số oxi hóa dương, do khó vượt qua điện tích hạt nhân hiệu dụng của mười proton của nó.

- Khả năng phản ứng

Điều đã nói ở trên giải thích tại sao một chất khí cao quý không phản ứng mạnh. Tuy nhiên, trong số tất cả các khí cao quý và các nguyên tố hóa học, neon là chủ nhân của vương miện thực sự của sự cao quý; Nó không thừa nhận electron theo bất kỳ cách nào hoặc từ bất kỳ ai, và nó không thể chia sẻ của riêng mình vì hạt nhân của nó ngăn cản nó và do đó, không hình thành liên kết cộng hóa trị.

Neon ít phản ứng hơn (cao hơn) so với heli bởi vì, mặc dù bán kính nguyên tử của nó lớn hơn, nhưng điện tích hạt nhân hiệu dụng của mười proton của nó vượt quá hai proton trong hạt nhân heli.

Khi một người đi xuống qua nhóm 18, lực này giảm đi vì bán kính nguyên tử tăng lên đáng kể; Và đó là lý do tại sao các khí quý khác (đặc biệt là xenon và krypton) có thể tạo thành các hợp chất.

Các hợp chất

Cho đến nay, không có hợp chất nào ổn định từ xa của neon được biết đến. Tuy nhiên, sự tồn tại của các cation đa nguyên tử như: ⁺ , WNe ³⁺ , RhNe ²⁺ , MoNe ²⁺ , ⁺ và ⁺ đã được xác minh bằng các nghiên cứu quang phổ và khối phổ .

Tương tự như vậy, có thể đề cập đến các hợp chất Van der Walls của nó, trong đó mặc dù không có liên kết cộng hóa trị (ít nhất là không chính thức), các tương tác không cộng hóa trị cho phép chúng duy trì liên kết trong các điều kiện nghiêm ngặt.

Một số hợp chất Van der Walls như vậy cho neon là, ví dụ: Ne ₃ (trimer), I ₂ Ne ₂ , NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , NeC ₂₀ H ₂₀ (phức chất fullerene nội tiếp ), Vân vân. Và cũng cần lưu ý rằng các phân tử hữu cơ cũng có thể “kề vai sát cánh” với chất khí này trong những điều kiện rất đặc biệt.

Chi tiết của tất cả các hợp chất này là chúng không ổn định; hơn nữa, hầu hết đều bắt nguồn ở giữa một điện trường rất mạnh, nơi các nguyên tử kim loại ở thể khí được kích thích trong công ty của neon.

Ngay cả với một liên kết cộng hóa trị (hoặc ion), một số nhà hóa học không bận tâm đến việc coi chúng là các hợp chất thực sự; và do đó, neon tiếp tục là một nguyên tố cao quý và trơ được nhìn từ mọi khía cạnh "bình thường".

Cấu trúc và cấu hình điện tử

Tương tác tương tác

Nguyên tử neon có thể được hình dung như một quả cầu gần như nhỏ gọn do kích thước nhỏ của nó và điện tích hạt nhân hiệu dụng lớn của mười điện tử của nó, tám trong số đó là hóa trị, theo cấu hình điện tử của chúng:

1s ² 2s ² 2p ⁶ hoặc 2s ² 2p ⁶

Do đó, nguyên tử Ne tương tác với môi trường của nó bằng cách sử dụng các obitan 2s và 2p. Tuy nhiên, chúng hoàn toàn chứa đầy electron, tuân theo octet hóa trị nổi tiếng.

Nó không thể thu được thêm electron vì quỹ đạo 3s không có sẵn năng lượng; Bên cạnh đó, nó cũng không thể làm mất chúng vì bán kính nguyên tử nhỏ và khoảng cách "hẹp" ngăn cách chúng với mười proton trong hạt nhân. Do đó, nguyên tử hay khối cầu Ne này rất bền vững, không thể tạo liên kết hóa học với bất kỳ nguyên tố nào trên thực tế.

Chính các nguyên tử Ne này xác định pha khí. Rất nhỏ, đám mây điện tử của nó đồng nhất và nhỏ gọn, khó phân cực và do đó, để thiết lập các mômen lưỡng cực tức thời gây ra các mômen khác trong các nguyên tử lân cận; nghĩa là lực phân tán giữa các nguyên tử Ne rất yếu.

Chất lỏng và thủy tinh

Đó là lý do tại sao nhiệt độ phải giảm xuống -246 ºC để neon có thể chuyển từ trạng thái khí sang thể lỏng.

Khi ở nhiệt độ này, các nguyên tử Ne đủ gần để lực phân tán liên kết chúng lại với nhau trong một chất lỏng; rằng mặc dù rõ ràng nó không ấn tượng bằng chất lỏng lượng tử của helium và tính siêu lỏng của nó, nó có công suất làm mát lớn hơn 40 lần.

Điều này có nghĩa là hệ thống làm mát bằng neon lỏng hiệu quả hơn 40 lần so với hệ thống làm mát bằng heli lỏng; nguội nhanh hơn và duy trì nhiệt độ lâu hơn.

Nguyên nhân có thể là do, ngay cả khi nguyên tử Ne nặng hơn He, nguyên tử nguyên phân tách và phân tán dễ dàng (nóng lên) hơn nguyên tử sau; nhưng tương tác của chúng rất yếu trong khi va chạm hoặc chạm trán, đến nỗi chúng lại chậm lại (nguội dần) nhanh chóng.

Khi nhiệt độ giảm hơn nữa, đến -248 ° C, lực phân tán trở nên mạnh hơn và có hướng hơn, hiện có khả năng sắp xếp các nguyên tử He kết tinh thành một tinh thể lập phương tâm mặt (fcc). Tinh thể helium fcc này ổn định dưới mọi áp suất.

Tìm và lấy ở đâu

Siêu tân tinh và môi trường băng giá

Trong quá trình hình thành siêu tân tinh, các tia sáng neon rải rác tạo nên những đám mây sao này và đi đến các vùng khác của Vũ trụ. Nguồn: Pxhere.

Neon là nguyên tố hóa học phong phú thứ năm trong toàn bộ Vũ trụ. Do không có khả năng phản ứng, áp suất hơi cao và khối lượng nhẹ, nó thoát ra khỏi bầu khí quyển của Trái đất (mặc dù ở mức độ thấp hơn heli), và ít tan trong biển. Đó là lý do tại sao ở đây, trong không khí của Trái đất, nó hầu như không có nồng độ 18,2 ppm theo thể tích.

Để nồng độ neon tăng lên, cần phải hạ nhiệt độ xuống vùng lân cận của độ không tuyệt đối; điều kiện chỉ có thể có trong Vũ trụ, và ở một mức độ thấp hơn, trong bầu khí quyển băng giá của một số khí khổng lồ như Sao Mộc, trên bề mặt đá của thiên thạch, hoặc trong ngoại quyển của Mặt trăng.

Tuy nhiên, nồng độ lớn nhất của nó nằm ở các tân tinh hoặc siêu tân tinh phân bố khắp Vũ trụ; cũng như trong các ngôi sao mà chúng bắt nguồn, khổng lồ hơn mặt trời của chúng ta, bên trong đó các nguyên tử neon được tạo ra do kết quả của sự tổng hợp hạt nhân giữa carbon và oxy.

Hóa lỏng không khí

Mặc dù nồng độ của nó chỉ là 18,2 ppm trong không khí của chúng ta, nhưng nó đủ để thu được vài lít neon từ bất kỳ không gian gia đình nào.

Vì vậy, để sản xuất nó, cần phải để không khí hóa lỏng và sau đó thực hiện chưng cất phân đoạn đông lạnh. Bằng cách này, các nguyên tử của nó có thể được tách ra khỏi pha lỏng bao gồm oxy lỏng và nitơ.

Đồng vị

Đồng vị ổn định nhất của Neon là ²⁰ Ne, với độ phong phú là 90,48%. Nó cũng có hai đồng vị khác cũng ổn định, nhưng kém phong phú hơn: ²¹ Ne (0,27%) và ²² Ne (9,25%). Phần còn lại là các đồng vị phóng xạ, và hiện tại đã biết tổng cộng mười lăm trong số chúng ( ^15-19 Ne và ^23-32 Ne ).

Rủi ro

Neon là một loại khí vô hại từ hầu hết mọi khía cạnh có thể. Do phản ứng hóa học vô hiệu, nó hoàn toàn không can thiệp vào bất kỳ quá trình trao đổi chất nào, và ngay khi xâm nhập vào cơ thể, nó sẽ rời khỏi cơ thể mà không bị đồng hóa. Do đó, nó không có tác dụng dược lý tức thì; mặc dù, nó có liên quan đến tác dụng gây mê có thể xảy ra.

Đó là lý do tại sao nếu có rò rỉ đèn neon, nó không phải là một báo động đáng lo ngại. Tuy nhiên, nếu nồng độ các nguyên tử của nó trong không khí rất cao, nó có thể chiếm chỗ của các phân tử oxy mà chúng ta hít thở, dẫn đến ngạt thở và một loạt các triệu chứng kèm theo.

Tuy nhiên, neon lỏng có thể gây bỏng lạnh khi tiếp xúc, vì vậy không nên chạm trực tiếp vào nó. Ngoài ra, nếu áp suất trong bình chứa của bạn rất cao, một vết nứt đột ngột có thể gây nổ; không phải bởi sự hiện diện của ngọn lửa mà bởi lực của chất khí.

Neon cũng không phải là mối nguy hiểm đối với hệ sinh thái. Hơn nữa, nồng độ của nó trong không khí rất thấp và không có vấn đề gì khi hít thở nó. Và quan trọng nhất: nó không phải là khí dễ cháy. Do đó, nó sẽ không bao giờ cháy cho dù nhiệt độ cao đến đâu.

Các ứng dụng

sự chiếu sáng

Như đã nói, đèn neon đỏ có mặt ở hàng nghìn cơ sở. Lý do là chỉ cần một áp suất khí thấp (~ 1/100 atm) để nó có thể tạo ra, khi phóng điện, ánh sáng đặc trưng của nó, cũng đã được đặt trong các loại quảng cáo (quảng cáo, bảng hiệu của đường bộ, v.v.).

Các ống chứa đầy neon có thể được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, và có đủ loại hình dạng.

Công nghiệp điện

Neon là một loại khí rất quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử. Nó được sử dụng để sản xuất đèn huỳnh quang và đèn sưởi; thiết bị phát hiện bức xạ hoặc điện áp cao, kính truyền hình, bộ đếm Geyser và buồng ion hóa.

Laser

Cùng với heli, bộ đôi Ne-He có thể được sử dụng cho các thiết bị laser, chiếu một chùm ánh sáng đỏ.

Clathrate

Mặc dù đúng là neon không thể hình thành bất kỳ hợp chất nào, nhưng người ta đã phát hiện ra rằng dưới áp suất cao (~ 0,4 GPa) các nguyên tử của nó bị giữ lại trong băng để tạo thành clathrate. Trong đó, các nguyên tử Ne bị giới hạn trong một loại kênh giới hạn bởi các phân tử nước, và trong đó chúng có thể di chuyển dọc theo tinh thể.

Mặc dù hiện tại không có nhiều ứng dụng tiềm năng cho đèn neon clathrate này, nhưng nó có thể là một giải pháp thay thế cho việc lưu trữ trong tương lai; hoặc đơn giản hơn, đóng vai trò như một mô hình để hiểu sâu hơn về các vật liệu đông lạnh này. Có lẽ, trên một số hành tinh, neon bị mắc kẹt trong khối băng.

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ . (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
2. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (2019). Đèn neon. Cơ sở dữ liệu PubChem. CID = 23987. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. J. de Smedt, WH Keesom và HH Mooy. (Năm 1930). Trên cấu trúc tinh thể của Neon. Phòng thí nghiệm Vật lý tại Leiden.
4. Xiaohui Yu & col. (2014). Cấu trúc tinh thể và động lực học bao bọc của nước đá có cấu trúc II neon hydrat. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
5. Wikipedia. (2019). Đèn neon. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 22 tháng 12 năm 2018). 10 Sự kiện Neon - Nguyên tố Hóa học. Phục hồi từ: thinkco.com
7. Tiến sĩ Doug Stewart. (2019). Sự kiện về nguyên tố Neon. Hóa chất. Phục hồi từ: chemicool.com
8. Wikipedia. (2019). Hợp chất neon. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
9. Nicola McDougal. (2019). The Element Neon: Lịch sử, Sự kiện & Sử dụng. Học. Phục hồi từ: study.com
10. Jane E. Boyd và Joseph Rucker. (Ngày 9 tháng 8 năm 2012). A Blaze of Crimson Light: Câu chuyện về Neon. Viện Lịch sử Khoa học. Phục hồi từ: sciencehistory.org