ネオン：歴史、特性、構造、リスク、用途 - 化学 - 2025

ネオンは、シンボル数Neで表される化学元素です。それはギリシャ語でその名前が新しいことを意味する希ガスであり、発見の輝きのためだけでなく、彼らが近代化を発展させたときにその光で都市を飾ったためにも数十年間持続することができた品質です。

ネオンライトについて聞いたことがありますが、これは実際には赤オレンジ色にのみ対応しています。他のガスや添加物と混合しない限り。最近の照明システムは、最近の照明システムに比べて奇妙な空気を持っています。しかし、ネオンは単なる見事な現代の光源ではありません。

ネオンとその他のガスで満たされたチューブでできたドラゴン。電流を受け取ると、電離して特徴的な光と色を放出します。出典：AndrewKeenanRichardson。

このガスは、実質的に互いに無害なNe原子で構成されており、すべての中で最も不活性で高貴な物質です。それは周期表で最も不活性な元素であり、現在そして正式には十分に安定した化合物は知られていない。ヘリウム自体よりもさらに不活性ですが、より高価でもあります。

ネオンのコストが高いのは、ヘリウムのように下層土から抽出されるのではなく、空気の液化と低温蒸留から抽出されるためです。大量のネオンを生成するのに十分な量で大気中に存在する場合でも。

空気を液化してネオンを抽出するよりも、天然ガスからヘリウムを抽出する方が簡単です。さらに、その存在量は、地球の内外でヘリウムの存在量よりも少ないです。宇宙では、ネオンは新星や超新星だけでなく、それが逃げるのを防ぐのに十分凍結された領域にも見られます。

液体の状態では、液体ヘリウムや水素よりもはるかに効果的な冷媒です。同様に、それは、放射線を検出するレーザーおよび機器に関して、電子産業に存在する要素です。

歴史

アルゴンのゆりかご

ネオンの歴史は、空気を構成する残りのガスの歴史とその発見と密接に関連しています。イギリスの化学者ウィリアムラムゼイ卿と彼のメンターであるジョンウィリアムストラット（レイリー卿）は、1894年に化学反応による空気の組成を研究することを決定しました。

空気のサンプルを使用して、彼らはそれを脱酸素および脱窒素して、希ガスのアルゴンを得て発見しました。彼の科学的な情熱は、鉱物のクレバイトを酸性媒体に溶解し、放出されたガスの特徴を収集した後、ヘリウムの発見にもつながりました。

その後、ラムゼイ氏は、ヘリウムとアルゴンの間に化学元素が存在していたと疑い、鉱物サンプルからそれらを見つける試みは失敗したと述べた。最後まで、彼は、アルゴンは空気中にあまり含まれていない他のガスを「隠す」べきだと考えました。

したがって、ネオンの発見につながった実験は凝縮されたアルゴンから始まりました。

発見

彼の仕事では、同僚のモリスW.トラバーズの助力を得たラムゼイは、高度に精製され液化されたアルゴンのサンプルから始め、その後、一種の分別および極低温蒸留にかけました。このようにして、1898年とロンドン大学で、英国の化学者たちは2つの新しいガス、ネオン、クリプトン、キセノンを特定して分離することに成功しました。

それらの最初のものはネオンでした、そして彼らが彼らがそれを彼らが電気ショックを適用したガラス管にそれを集めたとき、彼はそれをちらりと見ました。その強い赤オレンジ色の光は、クリプトンやキセノンの色よりもさらに印象的でした。

このようにしてラムゼイはこのガスに「ネオン」という名前を付けました。これはギリシャ語で「新しい」を意味します。アルゴンから新しい元素が現れました。その直後、1904年、この研究のおかげで、彼とトラバースはノーベル化学賞を受賞しました。

ネオンライト

ラムゼイは、照明に関する限り、ネオンの革新的な用途とはほとんど関係がありませんでした。1902年、電気技師で発明家のジョルジュクロードは、ポールデロームとともにL'Air Liquide社を設立し、液化ガスを産業界に販売することに専念しました。

トーマスエジソンとダニエルマクファーランムーアの発明に触発されたクロードは、1910年に特許に署名し、ネオンで満たされた最初のチューブを製造しました。とてもまぶしくて魅力的です。

それ以来、ネオンの現在までの歴史の残りの部分は、新しい技術の出現と密接に関係しています。冷却液として使用できる極低温システムの必要性も同様です。

物理的及び化学的性質

-外観

ガラス製のバイアルまたは放電によって励起されたネオン付きのバイアル。出典：化学元素の高解像度画像

ネオンは無色、無臭、無味のガスです。しかし、放電が適用されると、その原子はイオン化または励起され、赤みがかったオレンジ色のフラッシュとして可視スペクトルに入るエネルギーの光子を放出します（上の画像）。

ネオンライトは赤です。ガス圧が高いほど、必要な電力が高くなり、赤みがかった輝きが得られます。路地やお店のファサードを照らすこれらのライトは、特に寒い気候では非常に一般的です。なぜなら、赤みがかった強度は、かなりの距離から霧に浸透できるような強度だからです。

- モル質量

20.1797 g / mol。

- 原子番号（Z）

10。

- 融点

-248.59°C

- 沸点

-246.046°C

-密度

-通常の条件下：0.9002 g / L

-液体から、ちょうど沸点：1.207 g / mL。

-蒸気密度

0.6964（空気に対して= 1）。つまり、空気の密度はネオンの1.4倍です。次に、ネオンで膨らませた風船が空中に浮かび上がります。ヘリウムで膨らまされたものに比べると、それほど速くありません

- 蒸気圧

27 Kで0.9869 atm（-246.15°C）。そのような低温では、ネオンは大気圧に匹敵する圧力をすでに加えていることに注意してください。

- 融合熱

0.335 kJ / mol。

-気化熱

1.71 kJ / mol。

-モル熱容量

20.79 J /（mol・K）。

-イオン化エネルギー

-最初：2080.7 kJ / mol（Ne ⁺ガス）。

-2番目：3952.3 kJ / mol（Ne ²⁺ガス）。

-3番目：6122 kJ / mol（Ne ³⁺ガス状）。

ネオンのイオン化エネルギーは特に高いです。これは、非常に小さい原子からその価電子の1つを除去するのが難しいためです（同じ期間の他の要素と比較して）。

-酸化数

ネオンの可能性のある理論的な数または酸化状態は0のみです。つまり、その架空の化合物では、電子を獲得または損失するのではなく、中性原子（Ne ⁰）として相互作用します。

これは、希ガスとしてのヌル反応性が原因であり、エネルギー的に利用可能な軌道がないために電子を得ることができません。また、10個の陽子の有効核電荷を克服するのが難しいため、正の酸化数を持つことによって失われることもありません。

-反応性

上記は、希ガスがあまり反応しない理由を説明しています。しかし、すべての希ガスと化学元素の中で、ネオンは真の貴族の王冠の所有者です。いかなる方法でも、また誰からも電子を受け入れません。また、その核が電子を妨げ、共有結合を形成しないため、電子を共有できません。

ネオンは、原子半径は大きいものの、10個の陽子の有効核電荷がヘリウム核の2個の陽子の実効核電荷を超えるため、ヘリウムよりも反応性が低く（高貴）です。

原子半径が大幅に増加するため、グループ18を下降すると、この力は減少します。そして、それが他の希ガス（特にキセノンとクリプトン）が化合物を形成できる理由です。

化合物

今日まで、遠隔で安定したネオンの化合物は知られていない。ただし、⁺、WNe ^{3 +}、RhNe ^{2 +}、MoNe ^{2 +}、⁺、⁺などの多原子カチオンの存在は、光学および質量分析の研究によって確認されています。

同様に、そのファンデルウォール化合物についても言及できます。共有結合はありませんが（少なくとも形式的には）、非共有相互作用により、厳しい条件下でも凝集性を保つことができます。

ネオンのためのいくつかのそのようなファンデルウォール化合物は、たとえば：Ne ₃（三量体）、I ₂ Ne ₂、NeNiCO、NeAuF、LiNe、（N ₂）₆ Ne ₇、NeC ₂₀ H ₂₀（内包フラーレン錯体）など また、非常に特殊な条件下では、有機分子がこのガスで「肩をこする」こともあります。

これらすべての化合物の詳細は、それらが安定していないことです。さらに、ほとんどは非常に強い電場の真ん中で発生し、そこでは気体の金属原子がネオンと一緒に励起されます。

共有（またはイオン）結合があっても、一部の化学者はそれらを真の化合物と考えて迷惑をかけません。したがって、ネオンは引き続きすべての「正常」側から見た高貴で不活性な要素です。

構造と電子構成

相互作用の相互作用

ネオン原子は、そのサイズが小さいこと、および電子構成に応じて8つの原子価を持つ10個の電子の非常に有効な核電荷により、ほぼコンパクトな球として視覚化できます。

1s ² 2s ² 2p ⁶または2s ² 2p ⁶

したがって、Ne原子は2sおよび2p軌道を使用して環境と相互作用します。しかし、それらは電子で完全に満たされ、有名な価数オクテットに準拠しています。

3 s軌道はエネルギー的に利用できないため、これ以上電子を取得できません。さらに、それらは原子半径が小さいためにそれらを失うことはできず、「狭い」距離はそれらを核内の10個の陽子から分離します。したがって、このNe原子または球体は非常に安定しており、実際にはどの元素とも化学結合を形成できません。

気相を定義するのはこれらのNe原子です。その電子雲は非常に小さいため、均質でコンパクトであり、分極することが難しいため、隣接する原子に他のものを誘導する瞬間的な双極子モーメントを確立することは困難です。つまり、Ne原子間の散乱力は非常に弱いです。

液体とガラス

そのため、ネオンを気体状態から液体状態にするためには、温度を-246ºCまで下げる必要があります。

この温度になると、Ne原子は分散力が液体中でそれらを結合するのに十分近くなります。明らかに、液体ヘリウムの量子流体やその超流動ほど印象的ではありませんが、これよりも40倍大きい冷却力があります。

つまり、液体ネオン冷却システムは、液体ヘリウム冷却システムよりも40倍効率的です。より速く冷却し、より長く温度を維持します。

その理由は、Ne原子がHeよりも重い場合でも、前者は後者よりも分離して分散しやすい（加熱する）ためです。しかし、それらの相互作用は、衝突または遭遇中に非常に弱いため、再び急速にスローダウン（冷却）します。

温度がさらに低下して-248°Cになると、分散力はより強く方向性が高くなり、He原子を配列して面心立方（fcc）結晶に結晶化できるようになります。このヘリウムfcc結晶は、すべての圧力下で安定しています。

見つけて入手する場所

超新星と氷の環境

超新星の形成では、ネオンジェットが散乱し、最終的にこれらの恒星雲を構成し、宇宙の他の領域に移動します。出典：Pxhere。

ネオンは、宇宙全体で5番目に豊富な化学元素です。反応性がなく、蒸気圧が高く、質量が軽いため、地球の大気から脱出し（ヘリウムほどではありません）、海にはほとんど溶けません。そのため、ここでは、地球の空気中で、それはかろうじて体積で18.2 ppmです。

前記ネオンの濃度が増加するためには、温度を絶対零度の近くまで下げる必要がある。木星のようないくつかのガス巨人の氷のような大気、隕石の岩の表面、または月の外圏でのみ、そしてより少ない程度で、宇宙でのみ可能な条件。

ただし、その最大の集中は、宇宙全体に分布する新星または超新星にあります。また、それらの起源である星の中では、太陽よりも体積が大きく、その中でネオン原子は、炭素と酸素の間の元素合成の結果として生成されます。

空気液化

私たちの空気中のその濃度はわずか18.2 ppmですが、家庭用スペースから数リットルのネオンを得るのに十分です。

したがって、それを製造するために、空気を液化に供し、その後、低温分別蒸留を行う必要がある。このようにして、その原子は液体酸素と窒素からなる液相から分離することができます。

同位体

ネオンの最も安定した同位体は²⁰ Neで、存在量は90.48％です。：また、2つの他にも安定であり、同位体、あまり豊富有する²¹ NE（0.27パーセント）及び²² NE（9.25パーセント）を。残りは放射性同位元素であり、現時点では合計15種類が知られています（^15-19 Neと^23-32 Ne ）。

リスク

ネオンは、ほぼすべての面で無害なガスです。化学反応性がないため、代謝プロセスにまったく干渉せず、体内に入ると、同化せずにそのままになります。したがって、それは即時の薬理効果を持ちません。しかし、それは可能な麻酔効果と関連付けられています。

そのため、ネオンリークがあっても心配する必要はありません。しかし、空気中のその原子の濃度が非常に高い場合、それは私たちが呼吸する酸素分子を置き換えることができ、窒息とそれに関連する一連の症状を引き起こします。

ただし、液体ネオンは接触すると冷やけどを起こす可能性があるため、直接触れることはお勧めできません。また、コンテナ内の圧力が非常に高い場合、突然の亀裂が爆発する可能性があります。炎の存在によってではなく、ガスの力によって。

ネオンも生態系への危険を表すものではありません。また、空気中の濃度は非常に低く、呼吸しても問題ありません。そして最も重要なことは、それは可燃性ガスではないということです。そのため、どんなに高温になっても燃えません。

用途

イルミネーション

前述のように、赤いネオンは何千もの施設に存在します。その理由は、放電時に、さまざまな種類の広告（広告、看板道路など）。

ネオンで満たされたチューブはガラスまたはプラスチックでできており、あらゆる種類の形状または形態をとることができます。

電子産業

ネオンはエレクトロニクス産業において非常に重要なガスです。蛍光灯や加熱ランプの製造に使用されます。放射線や高電圧を検出するデバイス、テレビのキネスコープ、間欠泉カウンター、電離箱。

レーザー

ヘリウムと一緒に、Ne-Heデュオは、赤みを帯びた光のビームを投影するレーザーデバイスに使用できます。

クラスレート

ネオンが化合物を形成できないことは事実ですが、高圧（約0.4 GPa）では、その原子が氷に閉じ込められてクラスレートを形成することがわかっています。その中で、Ne原子は水分子によって制限された一種のチャネルに閉じ込められ、その中でそれらは結晶に沿って移動できます。

現時点では、このネオンクラスレートの潜在的な用途は多くありませんが、将来的にはストレージの代替になる可能性があります。または単に、これらの冷凍材料の理解を深めるためのモデルとして機能します。おそらく、いくつかの惑星では、ネオンは氷の塊に閉じ込められています。

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