Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

---

<< Ftor | Oglavlenie | Natrii >>

Neon

Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002

Neon byl otkryt Ramzaem v 1898 g. V istorii elementov etoi podgruppy poslednee desyatiletie proshlogo veka - eto vremya, chrezvychaino nasyshennoe otkrytiyami. Sredi ih avtorov mnogo izvestnyh uchenyh, prichem ne tol'ko himikov. No dva imeni dolzhny byt' nazvany v pervuyu ochered' - imena angliiskih estestvoispytatelei Releya i Ramzaya.

"Ne kazhetsya li vam, chto est' mesto dlya gazoobraznyh elementov v konce pervoi kolonny periodicheskoi sistemy, t.e. mezhdu galogenami i shelochnymi metallami?" Eto slova iz pis'ma Ramzaya Releyu. Pis'mo bylo napisano, kogda iz vseh inertnyh gazov nauke byli izvestny lish' gelii i argon. Mesto geliya oboznachilos' v konce pervogo perioda. Argon zaklyuchil tretii. A vtoroi?

V 1897 g. Ramzai vystupil v Toronto s dokladom pod nazvaniem "Neotkrytyi gaz". Pol'zuyas' "metodom nashego uchitelya Mendeleeva", kak vyrazilsya uchenyi, on predskazal sushestvovanie prostogo gaza s plotnost'yu po vodorodu 10, atomnym vesom 20 i inymi, promezhutochnymi mezhdu Ne i Ar konstantami. Dvumya godami ran'she, pravda ne stol' detal'no, sushestvovanie gazoobraznogo elementa s atomnym vesom 20 predskazal, takzhe ishodya iz zakona Mendeleeva, francuzskii himik Lekok de Buabodran. No gde iskat' etot dvazhdy predskazannyi element?

Vnachale Ramzai i ego sotrudniki zanyalis' mineralami, prirodnymi vodami, dazhe meteoritami. Rezul'taty analizov neizmenno okazyvalis' otricatel'nymi. Mezhdu tem - teper' my eto znaem - novyi gaz v nih byl. No metodami, sushestvovavshimi v konce proshlogo veka, eti "mikrosledy" ne ulavlivalis'.

Issledovateli obratilis' k vozduhu. Vozduh szhizhali, a zatem nachinali medlenno isparyat', sobiraya i issleduya razlichnye frakcii. Odnim iz metodov poiska byl spektral'nyi analiz: gaz pomeshali v razryadnuyu trubku, podklyuchali tok i po liniyam spektra opredelyali "kto est' kto".

Kogda v razryadnuyu trubku pomestili pervuyu, samuyu legkuyu i nizkokipyashuyu frakciyu vozduha, to v spektre naryadu s izvestnymi liniyami azota, geliya i argona byli obnaruzheny novye linii, iz nih osobenno yarkimi byli krasnye i oranzhevye. Oni pridavali svetu v trubke ognennuyu okrasku.

V moment, kogda Ramzai nablyudal spektr tol'ko chto poluchennogo gaza, v laboratoriyu voshel ego dvenadcatiletnii syn, uspevshii stat' "bolel'shikom" otcovyh rabot. Uvidev neobychnoe svechenie, on voskliknul: "new one!" Tak vozniklo nazvanie gaza "neon", chto po-drevnegrecheski znachit "novyi".

Mezhdu argonom i geliem

U atoma neona zamknutaya elektronnaya obolochka: na dvuh energeticheskih urovnyah nahodyatsya sootvetstvenno 2 i 8 elektronov. Himicheskaya inertnost' neona isklyuchitel'na. V etom s nim mozhet konkurirovat' tol'ko gelii. Poka ne polucheno ni odnogo ego valentnogo soedineniya. Dazhe tak nazyvaemye klatratnye soedineniya neona s vodoi, gidrohinonom i drugimi veshestvami (podobnye soedineniya tyazhelyh blagorodnyh gazov - radona, ksenona, kriptona i dazhe argona - shiroko izvestny) poluchit' i sohranit' ochen' trudno.

V obshem-to, neon - legkii gaz: on legche vozduha v 1,44 raza, legche argona pochti v 2 raza, no tyazhelee geliya v 5 raz. Po kompleksu svoistv on blizhe k geliyu, chem k argonu, i vmeste s geliem sostavlyaet podgruppu legkih inertnyh gazov.

Neon szhizhaetsya pri temperature - 245,98^oC. A tochka plavleniya neona otstoit ot tochki kipeniya vsego na 2,6^oC - rekordno malyi diapazon, svidetel'stvuyushii o slabosti sil mezhmolekulyarnogo vzaimodeistviya v neone. Blagodarya etomu tverdyi neon poluchaetsya bez osobogo truda: dostatochno nedolgo otkachivat' pary nad zhidkim neonom, chtoby on otverdel.

Rastvorimost' v vode i sposobnost' k adsorbcii u neona maly; v 100 g vody pri 20^oC rastvoryaetsya vsego 1,75 sm³, ili 1,56 mg neona. Vse zhe adsorbciya neona na aktivirovannom ugle pri temperature zhidkogo vozduha uzhe dostatochna, chtoby s ee pomosh'yu, mnogokratno povtoryaya process, razdelit' smes' geliya i neona. Pri temperature zhidkogo vodoroda iz smesi etih veshestv vypadayut kristally chistogo neona, a gazoobraznyi gelii otgonyaetsya. Tehnike eto dalo vtoroi - kondensacionnyi sposob razdeleniya geliya i neona.

Radius atoma neona - 1,62  - dostatochno mal, chtoby etot gaz mog v tysyachi raz bystree bol'shinstva gazov diffundirovat' skvoz' tonkie peregorodki iz kvarcevogo ili borosilikatnogo stekla (esli poslednie nagrety do 300...400^oC, a po obe storony imeetsya sushestvennyi perepad davleniya). Skvoz' takie peregorodki neon pronikaet primerno v 50 raz huzhe, chem gelii, no v sotni tysyach raz luchshe, chem argon, azot i kislorod. Imenno poetomu diffuzionnyi sposob pozvolyaet ochishat' neon ot bolee tyazhelyh gazov.

Izvestno, chto tyazhelye inertnye gazy okazyvayut na organizm cheloveka i zhivotnogo narkoticheskoe deistvie. Neonu eto svoistvo takzhe prisushe, no v ochen' maloi stepeni, tak kak mala rastvorimost' neona v zhirah, krovi, limfe i drugih zhidkostyah organizma.

Chtoby poyavilis' pervye simptomy narkoza, neobhodimo vdyhat' smes' neona s kislorodom pod davleniem ne men'she 25 atm.

Dlya neona harakterny takzhe vysokaya elektricheskaya provodimost' i yarkoe svechenie pri propuskanii elektricheskih razryadov.

Est' u neona cherta, rezko vydelyayushaya ego sredi drugih blagorodnyh gazov. Eto - yarko-krasnyi cvet izlucheniya, prichem intensivnost' i ottenki svecheniya neona sil'no zavisyat ot napryazheniya toka, sozdayushego elektricheskii razryad, i primesei drugih gazov.

Spektr neona bogat, v nem vydeleno bolee 900 linii. Naibolee yarkie linii sostavlyayut puchok v krasnoi, oranzhevoi i zheltoi chastyah spektra na volnah ot 6599 do 5400 . Eti luchi znachitel'no men'she pogloshayutsya i rasseivayutsya vozduhom i vzveshennymi v nem chasticami, chem luchi korotkih voln - golubye, sinie, fioletovye. Ottogo svet neonovyh lamp viden luchshe i dal'she, chem svet inyh istochnikov, i slovosochetanie "neonovyi svet reklam" stalo izbitym gazetnym shtampom.

Kak rabotaet gazosvetnaya lampa i pochemu svetitsya trubka s neonom? Pod deistviem elektricheskogo polya razrezhennyi neon prevrashaetsya v smes' atomov, ionov i elektronov. Polozhitel'nye iony - glavnym obrazom Ne⁺ - dvizhutsya k anodu, a elektrony - k katodu, chto sozdaet elektricheskii tok. Stalkivayas' s atomami, bystro dvizhushiesya elektrony vozbuzhdayut ih; otsyuda i svechenie gaza - rezul'tat otdachi vozbuzhdennymi atomami chasti svoei energii v vide fotonov sveta.

U nas i v kosmose

Neon nahodyat povsyudu - "na Zemle, v nebesah i na more. Naibol'shaya koncentraciya ego v atmosfere - 0,00182% po ob'emu. A vsego na nashei planete okolo 6,6^.10¹⁰ t neona. U elementa N 10 tri stabil'nyh izotopa: ²⁰Ne, ²¹Ne i ²²Ne. Povsemestno preobladaet legkii ²⁰Ne. V vozdushnom neone ego 90,92%, na dolyu ²¹Ne prihoditsya 0,257%, a na dolyu ²²Ne -8,82%.

Srednee soderzhanie neona v zemnoi kore malo - vsego 7^.10^-5 g/t. V izverzhennyh porodah, sostavlyayushih osnovnuyu massu litosfery, okolo 3 mlrd t neona. Otsyuda, po mere razrusheniya porod, neon uletuchivaetsya v atmosferu. V men'shei mere atmosferu snabzhayut neonom i prirodnye vody.

Kak vidno iz diagramm, pomeshennyh na stranice 32, neon - samyi malochislennyi obitatel' Zemli iz vseh elementov svoego perioda. Eto harakterno dlya vseh inertnyh gazov, nesmotrya na to, chto elementam s chetnymi nomerami obychno prisusha bol'shaya rasprostranennost'. "Zemnaya" diagramma rezko kontrastiruet s "kosmicheskoi": v gazovyh tumannostyah i nekotoryh zvezdah neona v milliony raz bol'she, chem na Zemle.

Koncentraciya neona v mirovoi materii neravnomerna, v celom zhe po rasprostranennosti vo Vselennoi on zanimaet pyatoe ili shestoe mesto sredi vseh elementov. Neon obil'no predstavlen v goryachih zvezdah - krasnyh gigantah, v gazovyh tumannostyah, v atmosfere vneshnih planet solnechnoi sistemy - Yupitera, Saturna, Urana, Neptuna. V 1974 g. amerikanskii astronom M. Hart ustanovil, chto atmosfera dalekogo Plutona v nizhnih sloyah primerno tak zhe plotna, kak zemnaya. Uchityvaya nizkuyu temperaturu atmosfery Plutona (okolo 40^oK). Hart vychislil, chto v etoi atmosfere preobladaet neon.

Prichinu neonovoi bednosti nashei planety uchenye usmatrivayut v tom, chto nekogda Zemlya poteryala svoyu pervichnuyu atmosferu, kotoraya i unesla s soboi osnovnuyu massu inertnyh gazov. Oni ved' ne mogli, kak kislorod i drugie gazy, himicheski svyazat'sya s drugimi elementami v mineraly i tem samym zakrepit'sya na planete.

Do sih por tochno ne vyyasnen istochnik glavenstvuyushego na Zemle legkogo izotopa ²⁰Ne. Vo mnogih al'fa-aktivnyh mineralah otnositel'noe soderzhanie tyazhelyh ²¹Ne i ²²Ne v desyatki i sotni raz bol'she soderzhaniya ih v vozduhe. Uzhe odno kolebanie soderzhaniya izotopov neona v mineralah ubezhdaet, chto po men'shei mere chast' neona-21 i neona-22 voznikla v glubinah Zemli; obrazovalis' eti izotopy v yadernyh prevrasheniyah. Odno iz nih dokazano bessporno: eto zahvat al'fa-chastic yadrami tyazhelogo kisloroda ¹⁸O:

¹⁸₈O + ⁴₂Ne  ²¹₁₀Ne + ¹₀n.

Veroyatno i neon, podobno vodorodu i geliyu, no tol'ko ochen' medlenno, otletaet iz atmosfery v kosmos. Odnako sushestvuyushie metody issledovaniya nedostatochno tonki, chtoby eksperimental'no podtverdit' eto polozhenie; polagayut, chto sloi atomarnogo kisloroda i geliya v verhnei atmosfere Zemli soderzhat primes' neona.

Schitaetsya, chto v kosmose, kak i na Zemle, preobladaet legkii izotop ²⁰Ne. Pravda, v meteoritah nahodyat nemalo ²¹Ne i ²²Ne, no predpolagayut, chto eti izotopy obrazovalis' v samih meteoritah, pokuda te stranstvovali vo Vselennoi pod obstrelom kosmicheskih luchei.

Iz chego voznik mirovoi neon? Etot vopros - chast' obshei problemy proishozhdeniya himicheskih elementov vo Vselennoi. Fiziki podschitali, chto yadro neona-20, kak i yadra drugih legkih elementov s massovymi chislami, kratnymi chetyrem, legche vsego poluchaetsya pri sliyanii yader geliya na goryachih zvezdah, gde temperatura dostigaet 150 millionov gradusov i davleniya kolossal'ny...

Kak poluchayut neon

Vozduh - edinstvennyi real'nyi istochnik neona. V processe razdeleniya vozduha nizkotemperaturnoi rektifikaciei samye letuchie ego komponenty - gelii i neon - uhodyat v pervuyu frakciyu. Ee otbirayut iz-pod kryshki kondensatora vozduhorazdelitel'nogo apparata.

V etoi pervichnoi smesi neona s geliem - ot 3 do 10% (ostal'noe - azot). Eto vpolne estestvenno, ved' v 1000 l vozduha neona tol'ko 18,2 sm³, a geliya 5 sm³. Smes' napravlyayut v deflegmator, gde bol'shaya chast' azota kondensiruetsya, i soderzhanie neona i geliya v smesi povyshaetsya do 35...40%. V drugom apparate - deflegmatore-adsorbere, gde kondensaciya azota sochetaetsya s adsorbciei, udaetsya pochti polnost'yu osvobodit'sya ot azota. V zavisimosti ot stepeni ochistki poluchaemaya neono-gelievaya smes' soderzhit 30...75% Ne i 10...25% Ne.

V SSSR ballony s neonogelievoi smes'yu okrashivayut v svetlo-korichnevyi cvet s beloi nadpis'yu, a ballony s odnim neonom - v chernyi cvet s zheltoi polosoi.

Tehnika obychno dovol'stvuetsya neonogelievoi smes'yu, no inogda nuzhen i chistyi neon. Poetomu smes' legkih inertnyh gazov razdelyayut adsorbcionno-termicheskim metodom na ugle pri glubokom holode ili zamorazhivayut neon do tverdogo sostoyaniya.

V Tbilisi v Institute stabil'nyh izotopov diffuzionnymi metodami poluchayut individual'nye izotopy neona. Oni nuzhny dlya nauchnyh eksperimentov. Tak, v Dubne s pomosh'yu ionov ²²Ne byli sintezirovany 102-i i 104-i elementy. Eto, mozhno skazat', samaya sovremennaya professiya neona. No daleko ne edinstvennaya.

Dlya chego nuzhen neon

Eshe nedavno elektrovakuumnaya promyshlennost' i nauchnye laboratorii byli edinstvennymi potrebitelyami neona. Ih nuzhdy mogli udovletvorit' otdeleniya neonogelievoi smesi ustanovok maloi i srednei moshnosti.

V poslednie gody polozhenie stalo menyat'sya. Na neon kak hladagent pred'yavlyaet spros intensivno razvivayushayasya kriogennaya tehnika; i ei nuzhno kuda bol'she neona, chem tradicionnym potrebitelyam. Vprochem, ponyatie o kolichestvah tut otnositel'noe. Dazhe na ustanovke, pererabatyvayushei v chas 170 tys. m³ vozduha, za sutki poluchayut vsego vosem' sorokalitrovyh ballonov neona (pod davleniem 150 atm.). Segodnya spros na neon prevyshaet ego proizvodstvo.

Kakie kachestva neona privlekli k nemu vnimanie kriogenshikov? Opredelennuyu rol' igraet nehvatka geliya, chto zastavilo iskat' zamenyayushie ego holodnye zhidkosti. Szhizhennyi neon sozdaet holod na urovne 43...27^o absolyutnoi shkaly. Etogo dostatochno dlya kriogennoi radioelektroniki (detektory infrakrasnogo izlucheniya, mazery, lazery) i otraslei elektrotehniki, kotorye ispol'zuyut v kachestve sverhprovodnikov splavy s vysokimi kriticheskimi temperaturami perehoda. Pravda, takoi i dazhe bolee sil'nyi holod mozhet dat' i zhidkii vodorod, no ego primenenie chrevato opasnost'yu vzryvov.

Zhidkii neon vzryvobezopasen, i, krome togo, u nego est' sugubo individual'nye dostoinstva. On tyazhelee vody, ego skrytaya teplota ispareniya v dva raza bol'she, chem u vodoroda, i raz v dvadcat' bol'she, chem u geliya. Ottogo maly poteri neona; v sovremennyh kriostatah on horosho sohranyaetsya v techenie mnogih mesyacev. Neon otvodit v 3,3 raza bol'she tepla, chem takoe zhe po ob'emu kolichestvo zhidkogo vodoroda, a esli pol'zovat'sya tverdym neonom, to eshe na 20% bol'she.

V neonovom kriostate mozhno s bol'shoi tochnost'yu regulirovat' temperaturu. Dlya etogo dostatochno tol'ko podderzhivat' zadannoe davlenie: dazhe pri malyh izmeneniyah temperatury rezko menyaetsya uprugost' parov nad zhidkim peonom.

Pri temperaturah zhidkogo neona hranyat raketnoe toplivo. V zhidkom neone zamorazhivayut svobodnye radikaly, konserviruyut zhivotnye tkani i imitiruyut usloviya kosmicheskogo prostranstva v termobarokamerah. V neonovyh kriostatah bezopasno provodit' takie delikatnye, ne terpyashie tepla reakcii, kak pryamoi sintez N₂O₂a iz zhidkogo ozona i atomarnogo vodoroda ili poluchenie ftoridov kisloroda (O₂F₂, O₃F₂ i O₄F₂).

Podvizhnost' neona, malaya ego rastvorimost' v zhidkostyah organizma pozvolyayut zamenyat' gelii v iskusstvennom bezazotnom vozduhe neonogelievoi smes'yu. Takim vozduhom dyshat okeanavty, vodolazy, voobshe lyudi, rabotayushie pri povyshennyh davleniyah, chtoby izbezhat' azotnoi embolii i azotnogo narkoza. Legkii neonogelievyi vozduh oblegchaet takzhe sostoyanie bol'nyh, stradayushih rasstroistvami dyhaniya. U neonogelievogo vozduha est' odno preimushestvo pered vozduhom, v kotorom azot zamenen chistym geliem, - on men'she ohlazhdaet organizm, tak kak teploprovodnost' ego men'she.

I naposledok - o tradicionnom.

Neon - gaz priborov i svetil'nikov

Neonom snaryazhayut te lampy, v kotoryh nel'zya zamenit' ego bolee deshevym argonom. Bol'shinstvo lamp napolnyaetsya ne chistym neonom, a neonogelievoi smes'yu s nebol'shoi dobavkoi argona, chtoby ponizit' napryazhenie zazhiganiya. Poetomu svechenie lamp imeet oranzhevo-krasnyi cvet. Ono vidno na dalekie rasstoyaniya, nevozmozhno sputat' ego s drugimi istochnikami sveta, tuman emu ne pomeha.

Eti kachestva delayut gazosvetnye neonovye lampy nezamenimymi dlya signal'nyh ustroistv raznoobraznogo naznacheniya. Neon svetit na mayakah, neonovymi lampami oboznachayut vershiny vysotnyh zdanii i televizionnyh bashen, granicy aerodromov, vodnyh i vozdushnyh trass.

V gazorazryadnyh svetil'nikah neon razrezhen, tak kak intensivnost' sveta, vnachale narastayushaya s davleniem, dalee nachinaet padat'. Davlenie neona v trubkah 2...5, a v lampah tleyushego svecheniya 5...20 mm rtutnogo stolba.

Zamechatel'naya osobennost' neonovogo tleyushego svecheniya - ego ves'ma malaya inercionnost'. Eto znachit, chto svechenie mgnovenno i chuvstvitel'no usilivaetsya ili oslablyaetsya pri izmenenii sily toka. Poetomu neonovye lampy primenyayut pri ustroistve signal'nyh panelei i shitov radiotelevizionnoi apparatury, v kommutatorah telefonnyh stancii, v priborah samogo raznoobraznogo naznacheniya.

Neonovaya pampa tleyushego svecheniya chashe vsego igraet rol' indikatora napryazheniya. Ee vspyshka daet signal o tom, chto elektricheskaya cep', v kotoruyu vklyuchena lampa, okazalas' pod napryazheniem, bolee vysokim, chem napryazhenie zazhiganiya razryada v lampe. A poslednee legko reguliruetsya konstrukciei lampy. Neonovaya lampa mozhet takzhe sluzhit' stabilizatorom i delitelem napryazheniya. Lampy s neonom primenyayut v kachestve malomoshnyh vypryamitelei, oscillografov, generatorov kolebanii.

Sovetskii uchenyi L.N. Korablev vvel v neonovuyu lampu upravlyayushii setchatyi anod, chto pozvolilo zamenit' eyu gromozdkie elektronnye lampy vo mnogih priborah i apparatah impul'snoi tehniki.

Neon i tyazhelye inertnye gazy prisutstvuyut v gazonapolnennyh fotoelementah, imi zapolneny tiratrony - elektrovakuumnye ionnye pribory, sluzhashie bystrodeistvuyushimi rele i imeyushie ryad drugih naznachenii.

S nedavnego vremeni miniatyurnye gazorazryadnye pribory s neonom (velichinoi v chetvert' spichechnoi korobki) nahodyat primenenie v elektronno-vychislitel'nyh mashinah, zamenyaya radiolampy i poluprovodniki. Pered pervymi oni imeyut preimushestvo dolgovechnosti i malogo rashoda elektroenergii, pered vtorymi - nechuvstvitel'nost' k rezkim kolebaniyam temperatury.

Vot chto znachit dlya nas segodnya neon - gaz inertnyi, redkii i ochen' nuzhnyi.

Vechno vtoroi

Eti slova polnost'yu opredelyayut polozhenie neona v sem'e blagorodnyh gazov. On vtoroi po legkosti, temperature plavleniya i kipeniya posle geliya. Po rasprostranennosti na Zemle, v ee atmosfere, on tozhe vtoroi, no uzhe posle argona.

Neon i nauka

Element N 10 okazalsya soprichasten, kak minimum, k dvum vazhnym nauchnym otkrytiyam. Imenno na primere neona v 1913 g. Dzh. Tomson vpervye ustanovil sushestvovanie izotopov v stabil'nom elemente. A v 1964 g. s pomosh'yu neona byl vpervye poluchen i otkryt element N 104 - kurchatovii. V chreve bol'shogo dubnenskogo ciklotrona proishodila reakciya

²⁴²₉₄Pu + ²²₁₀Ne ²⁶⁰₁₀₄Ku + 4¹₀n.

---

<< Ftor | Oglavlenie | Natrii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Sm. takzhe: Proishozhdenie himicheskih elementov Konferenciya v chest' 150-letiya tablicy Mendeleeva Otkuda poyavilis' himicheskie elementy? Otkuda proizoshli himicheskie elementy? Stepeni desyatki Ostatok sverhnovoi Kassiopeya A v rentgenovskih luchah Tumannost' Rozetka v svete atomov vodoroda, kisloroda, sery Vse publikacii na tu zhe temu >>