Neon

Neon (grčki: νέον – nov) jeste hemijski element sa simbolom Ne i atomskim brojem 10. U periodnom sistemu stoji u 8. glavnoj grupi (18. grupa) i stoga se ubraja u plemenite gasove. Kao i ostali plemeniti gasovi, neon je bezbojni, izrazito nereaktivni, jednoatomni gas. Po mnogim osobinama kao što su tačka topljenja, ključanja i gustoća, stoji između lakšeg helija i težeg argona.

Neon,  ₁₀Ne

Neon u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Neon, Ne, 10
Serija	Plemeniti gasovi
Grupa, Perioda, Blok	18, 2, p
Izgled	bezbojni plin
Zastupljenost	5 · 10-7 %
Atomske osobine
Atomska masa	20,1797 u
Atomski radijus (izračunat)	(38) pm
Kovalentni radijus	58 pm
Van der Waalsov radijus	154 pm
Elektronska konfiguracija	[He]2s2 2p6
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8
1. energija ionizacije	2080,7 kJ/mol
2. energija ionizacije	3952,3 kJ/mol
3. energija ionizacije	6122 kJ/mol
4. energija ionizacije	9371 kJ/mol
5. energija ionizacije	12177 kJ/mol
6. energija ionizacije	15238 kJ/mol
7. energija ionizacije	19999,0 kJ/mol
8. energija ionizacije	23069,5 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	gas
Kristalna struktura	kubična plošno centrirana
Gustoća	0,9002 kg/m3
Magnetizam	dijamagnetičan ($\chi _{m}$ = −3,8 · 10−9)
Tačka topljenja	24,56 K (-248,59 °C)
Tačka ključanja	27,15 K (-246 °C)
Molarni volumen	(čvrst)13,23 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja	1,9 kJ/mol
Toplota topljenja	0,34 kJ/mol
Brzina zvuka	435 m/s
Specifična toplota	1031 J/(kg · K) kod 298 K
Toplotna provodljivost	0,0491 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	1, 0
Elektrodni potencijal	?
Elektronegativnost	- (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 17Ne sin 109,2 ms ε 14,530 17F 18Ne sin 1,67 s ε 4,446 18F 19Ne sin 17,34 ms ε 3,238 19F 20Ne 90,48 % Stabilan 21Ne 0,27 % Stabilan 22Ne 9,25 % Stabilan 23Ne sin 34,24 s β- 4,376 23Na 24Ne sin 3,38 min β- 2,470 24Na 25Ne sin 602 ms β- 7,300 25Na 26Ne sin 230 ms β- 7,330 26Na 27Ne sin 32 ms β- 12,670 27Na 28Ne sin 18,3 ms β- 12,310 28Na 29Ne sin 15,6 ms β- + n 9,170 29Na 30Ne sin 5,8 ms β- + n 30Na
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja Simbol nepoznat
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: nema oznaka upozorenja R S: 9-23
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

U svemiru, neon spada među najčešće elemente, ali je na Zemlji relativno rijedak, jer je poput helija, njegov najveći dio tokom vremena ispario u svemir. Uglavnom se nalazi u višim slojevima Zemljine atmosfere, a vrlo malehne količine su zarobljene u stijenama.

Kao i kripton i ksenon, neon su također otkrili William Ramsay i Morris William Travers 1898. godine frakcijskom destilacijom tečnog zraka. Najpoznatija upotreba ovog gasa ogleda se u svjetlećim cijevima, takozvanim neonskim lampama, u kojima se neon pomoću električnog pražnjenja dovodi do isijavanja tipične narandžasto-crvene svjetlosti.

Historija

Neon u cijevi, kroz koju se vrši električno pražnjenje

Prvi plemeniti gas koji je otkriven bio je argon, koga su 1894. otkrili lord Rayleigh i William Ramsay. Ramsay je godinu kasnije, 1895. je uspio izolirati helij iz uranijeve rude, gas koji je ranije bio poznat samo u Sunčevom spektru. Iz pravilnosti periodnog sistema, zaključio je da bi između helija i argona trebao postojati neki element sa atomskom masom od oko 20 u. Stoga je od 1896. počeo proučavati različite minerale i meteorite, te gasove koji se otpuštaju pri njihovim zagrijavanjem ili rastvaranjem. Ramsay, zajedno sa svojim saradnikom Traversom, nisu bili uspješni sa potragom, međutim uspjeli su izolirati helij i rijetki gas argon. Također, ni ispitivanja vrelih gasova iz Cauteretsa u Francuskoj i sa Islanda, nisu dovela do rezultata.

Napokon, nakon što je iz tečnog zraka izolirao 15 litara sirovog argona, počeo ga je ispitivati, te nakon što ga je preveo u tečno stanje, počeo je izdvajati druge supstance putem frakcijske destilacije. Pri tom postupku, prvo je izdvojio kripton, koji je dokazao u spektru plamena, a zatim 13. juna 1898. godine napokon su uspjeli izolirati lakše elemente iz frakcije sa nižom tačkom ključanja sirovog argona. Ramsay i Travers su taj element nazvali neon, iz grčkog naziva νέος neos „nov“. Ubrzo nakon tog otkrića, uspjelo im je iz frakcije koja je sadržavala kripton, izdvojiti još jedan element, ksenon.

Prvi vid upotrebe novootkrivenih gasova razvio je 1910. godine Francuz Georges Claude, koji je razvio neonsku lampu, napunivši staklenu cijev neonom te je propuštajući električnu struju visokog napona kroz nju, doveo neon do emitiranja svjetlosti.

Osobine

Fizičke

Kubična najgušća kuglasta kristalna struktura čvrstog neona, a = 443 pm

Linijski spektar električnog pražnjenja u neonu

Pri normalnim uslovima, neon je jednoatomni, bezbojni gas, bez ukusa i mirisa. Pri temperaturi od 27 K (−246 °C) kondenzira a pri temperaturi od 24,57 K (−248,59 °C) prelazi u čvrsto stanje, što znači da on ima najuži temperaturni opseg od svih elemenata u kojem je u tečnom stanju. Kao i drugi plemeniti gasovi, osim helija, neon se kristalizira u kubičnom gusto pakovanom kuglastom sistemu sa parametrom rešetke od a = 443 pm.

Kao i svi drugi plemeniti gasovi, neon također ima popunjene sve elektronske ljuske (konfiguracija plemenitog gasa). Zbog toga se može objasniti njegovo prisustvo kao jednoatomnog elementa i odsustvo bilo kakve reaktivnosti. Sa gustoćom od oko 0,9 kg/m³ pri temperaturi od 0 °C i pritisku 1013 hPa, neon je nešto lakši od zraka, te se diže gore. U faznom dijagramu trojna tačka se nalazi na 24,56 K i 43,37 kPa, a kritična tačka na 44,4 K, 265,4 kPa, dok kritična gustoća iznosi 0,483 g/cm³.

U vodi, neon je vrlo slabo rastvorljiv. U jednoj litri vode pri temperaturi od 20 °C može se rastvoriti najviše 10,5 ml neona. Kao i drugi plemeniti gasovi, pri električnom pražnjenju neon također pokazuje karakteristične spektarske linije. Pošto su te linije u vidljivom dijela spektra pretežno u crvenom i žutom području, pri takvom pražnjenju gas emitira tipičnu crveno-narandžastu boju.

Hemijske

Kao tipičan plemeniti gas, neon je izrazito nereaktivan, kao i helij, do danas nisu poznati njegovi spojevi. Čak i klatrati, koji su kod drugih plemenitih gasova fizički uklopljeni u druge spojeve, međutim nisu poznati kod neona. Prema teoretskim proračunima, neon je najmanje reaktivan element. Tako izračunata entalpija disocijacije za spojeve tipa NgBeO (gdje je Ng plemeniti gas), kod spojeva neona je najmanja. Utvrđeno je da, i pored najstabilnijeg spoja helija HHeF, koji je najbliži analog neona, nije potvrđeno postojanje sličnog spoja kod neona. Moguće objašnjenje za ovaj rezultat je da se između fluora i vodika nalazi najveći razmak u vezi te se stoga javlja vrlo slaba veza privlačenja iona HNe⁺ za razliku od helijevog iona, ili se javlja sila odbijanja u neonovim kationima zbog p-π izmjeničnog djelovanja.

Iz ispitivanja masenom spektrometrijom, poznati su neki ioni u kojima je zastupljen neon. U njih spadaju ion Ne⁺ i neki ioni elemenata poput ArNe⁺, HeNe⁺ i HNe⁺.

Izotopi

Postoji ukupno 18 poznatih izotopa neona između ¹⁶Ne i ³⁴Ne. Među njima, tri su stabilna: ²⁰Ne, ²¹Ne i ²²Ne i javljaju se u prirodi. Najčešći izotop je ²⁰Ne i ima udio u prirodnom neonu od 90,48%. Izotop ²¹Ne sa udjelom od 0,27% je najrjeđi na Zemlji, a na izotop ²²Ne u prirodnoj smjesi izotopa na Zemlji otpada 9,25%. Svi ostali izotopi imaju veoma kratka vremena poluraspada, od najviše 3,38 minuta kod izotopa ²⁴Ne.

S obzirom na gubljenje neona sa Zemlje u svemir i formiranje u nuklearnim reakcijama, izotopski omjer između neona ²⁰Ne/²²Ne i ²¹Ne/²²Ne, koji je zarobljen u stijenama i nema kontakt sa atmosferom, nije isti. Iz tog izotopskog omjera mogu se izvući zaključci o njegovom porijeklu i nastanku. Tako je udio neona ²¹Ne u stijenama, u kojima je on nastao u reakcijama spalacije, nešto povećan. U primordijalnom neonu, koji je bio zarobljen u stijenama i dijamantima prije gubitka većeg dijela neona, s druge strane, veći udio čini izotop ²⁰Ne.

Rasprostranjenost

U svemiru, neon se ubraja među najčešće i najrasprostranjenije elemente, samo su vodik, helij, kisik, ugljik i dušik više rasprostranjeni od njega. Međutim, na Zemlji, poput helija, je relativno rijedak, a njegov ukupan udio u Zemljinoj kori iznosi samo oko 0,005 dijelova na milion (ppm) (0,0000005%). Najveći dio neona nalazi se u atmosferi, sa prosječnim udjelom od oko 18,18 ppm, te je poslije argona, najčešći plemeniti gas na Zemlji. Na osnovu različitog udjela lakših i težih izotopa neona na Zemlji i na Suncu može se zaključiti da je od postanka Zemlje najveći dio neona napustio njenu atmosferu te su ostali teži izotopi ²¹Ne i ²²Ne.

U vrlo malehnim količinama, neon se javlja i u sastavu stijena. Dokazan je u sastavu granita, bazaltnih stijena, dijamanta i vulkanskih gasova. Zbog različitog udjela njegovih izotopa smatra se da ovaj neon ima tri različita izvora nastanka: primordijalni neon, čiji izotopni sastav odgovara onom na Suncu te je zarobljen u dijamantima ili u Zemljinom plaštu bez kontakta sa atmosferom, zatim atmosferski neon te neon koji je nastao putem reakcija spalacije kosmičkim zračenjem.

Na gasovitim planetama poput Jupitera, neon ne može pobjeći u svemiru zbog velike gravitacije, tako da tamo izotopski sastav neona odgovara onom iz vremena stvaranja planeta. Prema podacima sa svemirske sonde Galileo, odnos udjela izotopa ²⁰Ne prema ²²Ne odgovara onom na Suncu, što daje naznake o uslovima pri kojima su nastale planete.

Nukleosinteza

Neon, a prije svega njegov izotop ²⁰Ne, jeste važan međuproizvod u nukleosintezi koja se odvija u zvijezdama, a nastaje tek nakon nuklearnog "izgaranja" ugljika. Tokom nuklearnog sagorijevanja helija pri temperaturi od oko 200 · 10⁸ K ne nastaje izotop ²⁰Ne zbog malehnog presjeka hvatanja alfa čestica kod ¹⁶O, a iz težeg izotopa ¹⁸O mogu nastati teži izotopi ²¹Ne i ²²Ne. Znatnim povećanjem temperature i gustoće neke zvijezde nakon što potroši sav helij, dolazi do "izgaranja" ugljika, pri čemu se spajaju dva atoma ugljika u jedan pobuđeni izotop magnezija ²⁴Mg*. Iz njega putem α-raspada nastaje neon ²⁰Ne.

$\mathrm {^{12}C\ +\ ^{12}C\longrightarrow \ ^{24}Mg\longrightarrow \ ^{20}Ne\ +\ ^{4}He}$

Pri daljnjem porastu temperature i pritiska započinje reakcija "izgaranja" neona, pri kojoj ²⁰Ne uz alfa-raspad reagira do ¹⁶O odnosno fuzionira se sa nastalim jezgrom helija dajući ²⁴Mg.

$\mathrm {^{20}Ne+\gamma \longrightarrow \ ^{16}O+\ ^{4}He}$

$\mathrm {^{20}Ne+^{4}He\longrightarrow \ ^{24}Mg+\gamma }$

Ovaj proces se odvija zbog velike osjetljivosti izotopa ²⁰Ne u poređenju sa ¹⁶O na gama zrake, umjesto očekivanih reakcija lakših jezgara kisika. Tek nakon što se završi "izgaranje" neona, započinje nuklearno "izgaranje" kisika, pri kojem iz ¹⁶O nastaju teži elementi poput silicija, fosfora i sumpora.

Upotreba

Zbog svoje rijetkosti i otežanog dobijanja, te s tim povezanih visokih troškova i cijena u odnosu prema sličnom gasu argonu, neon se koristi samo u vrlo malehnim količinama. Neon se koristi kao gas za punjenje svijetlećih cijevi i dioda, u kojima se putem električnog pražnjenja gas dovodi do emitiranja tipične narandžasto-crvene svjetlosti. Također, neon se upotrebljava i kao gas za punjenje stroboskopskih i bljeskajućih lampi.

Helij-neon laser, u kojem se koristi mješavina helija i neon, ubraja se među važnije lasere. Neophodna inverzija populacije lasera postiže se pobuđivanjem helija i prenosom elekrona na neon. Stimulirana emisija kod neona nastaje pri dužini talasa od 632,8 nm (crvena) kao i pri 1152,3 nm i 3391 nm (infracrvena). Ostali laserski prelazi su moguće i to u zelenom spektarskom području pri 543,3 nm. Tečni neon može se koristiti kao sredstvo za hlađenje. U poređenju sa helijem i vodikom ima prednost u 40 puta većem efektu hlađenja od tečnog helija, i tri puta većem od vodika.

Neon se može koristiti u mješavini sa kisikom kao gas za disanje pri ronjenju u velikim dubinama. Međutim, relativno rijetko se upotrebljava, jer u poređenju sa sličnim helijem ima mnogo višu cijenu i uzrokuje dosta veći otpor pri disanju.

Biološki značaj

Kao i drugi plemeniti gasovi, ni neon nema biološki značaj zbog svoje hemijske inertnosti. Nije otrovan. U velikim koncentracijama može dovesti do gušenja, ali samo uslijed nedostatka kisika. Pri pritisku od preko 110 bara djeluje narkotizirajuće.

Vanjski linkovi

• Neon na stranici The Periodic Table of Videos (Univerzitet u Nottinghamu)
• WebElements.com – Neon.
• It's Elemental – Neon (en)
• USGS periodni sistem – Neon (en)
• Atomski spektar neona (en)
• Muzej neona u Las Vegasu (en)