Néon

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Neon,  10 Ne
Tubo de descarga de néon.jpg
Néon
Aparênciagás incolor exibindo um brilho vermelho-alaranjado quando colocado em um campo elétrico
Peso atômico padrão A r, std (Ne) 20.1797(6) [1]
Neon na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio
Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Curium Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Lourenço Rutherfordium Dúbnio Seaborgium Bohrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson
Ele

Ne

Ar
flúorneonsódio
Número atômico ( Z )10
Grupogrupo 18 (gases nobres)
Períodoperíodo 2
Quadra  p-bloco
Configuração eletrônica[ Ele ] 2s 2 2p 6
Elétrons por camada2, 8
Propriedades físicas
Fase em  STPgás
Ponto de fusão24,56  K (-248,59 °C, -415,46 °F)
Ponto de ebulição27,104 K (-246,046 °C, -410,883 °F)
Densidade (em STP)0,9002 g/L
quando líquido (em  bp )1,207 g/cm3 [ 2]
Ponto Triplo24,556 K, 43,37 kPa [3] [4]
Ponto crítico44,4918 K, 2,7686 MPa [4]
Calor de fusão0,335  kJ/mol
Calor da vaporização1,71 kJ/mol
Capacidade de calor molar20,79 [5]  J/(mol·K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1k 10 mil 100 mil
em  T  (K) 12 13 15 18 21 27
Propriedades atômicas
Estados de oxidação0
Energias de ionização
  • 1º: 2080,7 kJ/mol
  • 2º: 3952,3 kJ/mol
  • 3º: 6122 kJ/mol
  • ( mais )
Raio covalente17h  _
Raio de Van der Waals154 da tarde
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de neon
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalcúbica de face (fcc)
Estrutura cristalina cúbica de face centrada para neon
Velocidade do som435 m/s (gás, a 0°C)
Condutividade térmica49,1×10 −3  W/(m⋅K)
Pedido magnéticodiamagnético [6]
Suscetibilidade magnética molar−6,74 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K) [7]
Módulo em massa654 GPa
Número CAS7440-01-9
História
PrediçãoWilliam Ramsay (1897)
Descoberta e primeiro isolamentoWilliam Ramsay & Morris Travers [8] [9] (1898)
Principais isótopos de néon
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
20 N 90,48% estábulo
21 N 0,27% estábulo
22 N 9,25% estábulo
 Categoria: néon
| referências

O néon é um elemento químico de símbolo Ne e número atômico 10. É um gás nobre . [10] O néon é um gás monoatômico inerte, incolor e inodoro sob condições padrão , com cerca de dois terços da densidade do ar. Foi descoberto (junto com o criptônio e o xenônio ) em 1898 como um dos três elementos inertes raros residuais remanescentes no ar seco, depois do nitrogênio , oxigênio , argônio e dióxido de carbono .foram removidos. O néon foi o segundo desses três gases raros a ser descoberto e foi imediatamente reconhecido como um novo elemento de seu espectro de emissão vermelho brilhante . O nome néon é derivado da palavra grega, νέον , forma neutra singular de νέος ( neos ), que significa novo. O néon é quimicamente inerte e nenhum composto de néon não carregado é conhecido. Os compostos de néon atualmente conhecidos incluem moléculas iônicas, moléculas mantidas juntas por forças de van der Waals e clatratos .

Durante a nucleogênese cósmica dos elementos, grandes quantidades de neon são construídas a partir do processo de fusão de captura alfa nas estrelas. Embora o neon seja um elemento muito comum no universo e no sistema solar (é o quinto em abundância cósmica depois do hidrogênio , hélio , oxigênio e carbono ), é raro na Terra. Compõe cerca de 18,2 ppm de ar por volume (isto é aproximadamente o mesmo que a fração molecular ou molar) e uma fração menor na crosta terrestre. A razão para a relativa escassez de neon na Terra e nos planetas internos (terrestres) é que o neon é altamente volátil e não forma compostos para fixá-lo em sólidos. Como resultado, escapou dos planetesimaissob o calor do Sol recém-incendiado no início do Sistema Solar. Mesmo a atmosfera externa de Júpiter está um pouco empobrecida de néon, embora por um motivo diferente. [11]

O néon dá um brilho laranja-avermelhado distinto quando usado em lâmpadas fluorescentes de néon de baixa tensão , tubos de descarga de alta tensão e letreiros publicitários de néon . [12] [13] A linha de emissão vermelha do neon também causa a conhecida luz vermelha dos lasers de hélio-neon . O néon é usado em algumas aplicações de tubos de plasma e refrigerantes, mas tem poucos outros usos comerciais. É extraído comercialmente pela destilação fracionada do ar líquido . Como o ar é a única fonte, é consideravelmente mais caro que o hélio.

História

Lâmpadas de descarga de gás de néon formando o símbolo de néon

O néon foi descoberto em 1898 pelos químicos britânicos Sir William Ramsay (1852–1916) e Morris Travers (1872–1961) em Londres . [14] O néon foi descoberto quando Ramsay resfriou uma amostra de ar até que se tornasse um líquido, então aqueceu o líquido e capturou os gases à medida que ferviam. Os gases nitrogênio , oxigênio e argônio foram identificados, mas os gases restantes foram isolados aproximadamente em sua ordem de abundância, em um período de seis semanas a partir do final de maio de 1898. O primeiro a ser identificado foi o criptônio. O próximo, após a remoção do criptônio, era um gás que emitia uma luz vermelha brilhante sob descarga espectroscópica. Este gás, identificado em junho, foi nomeado "neon", o análogo grego do latim novum ('novo') [15] sugerido pelo filho de Ramsay. A característica cor vermelho-alaranjada brilhante emitida pelo neônio gasoso quando excitado eletricamente foi notada imediatamente. Travers escreveu mais tarde: "o brilho da luz carmesim do tubo contou sua própria história e foi uma visão para se pensar e nunca esquecer". [16]

Um segundo gás também foi relatado junto com o neônio, tendo aproximadamente a mesma densidade do argônio, mas com um espectro diferente – Ramsay e Travers o chamaram de metargon . [17] [18] No entanto, análises espectroscópicas subsequentes revelaram que era argônio contaminado com monóxido de carbono . Finalmente, a mesma equipe descobriu o xenônio pelo mesmo processo, em setembro de 1898. [17]

A escassez de Neon impediu sua aplicação imediata para iluminação ao longo das linhas de tubos de Moore , que usavam nitrogênio e que foram comercializados no início de 1900. Depois de 1902, a empresa Air Liquide de Georges Claude produziu quantidades industriais de néon como subproduto de seu negócio de liquefação do ar. Em dezembro de 1910, Claude demonstrou uma moderna iluminação de néon baseada em um tubo selado de néon. Claude tentou brevemente vender tubos de néon para iluminação doméstica interna, devido à sua intensidade, mas o mercado falhou porque os proprietários se opuseram à cor. Em 1912, o associado de Claude começou a vender tubos de descarga de néon como sinais de publicidade atraentese foi instantaneamente mais bem sucedido. Os tubos de néon foram introduzidos nos EUA em 1923 com dois grandes letreiros de néon comprados por uma concessionária de carros de Los Angeles Packard. O brilho e a cor vermelha atraente tornaram a publicidade em neon completamente diferente da concorrência. [19] A cor intensa e a vibração do neon equiparavam-se à sociedade americana da época, sugerindo um "século de progresso" e transformando as cidades em novos ambientes sensacionais repletos de propagandas radiantes e "arquitetura eletro-gráfica". [20] [21]

O néon desempenhou um papel na compreensão básica da natureza dos átomos em 1913, quando JJ Thomson , como parte de sua exploração na composição dos raios do canal , canalizou fluxos de íons de néon através de um campo magnético e elétrico e mediu a deflexão do córregos com uma chapa fotográfica. Thomson observou duas manchas separadas de luz na placa fotográfica (veja a imagem), o que sugeriu duas parábolas diferentes de deflexão. Thomson finalmente concluiu que alguns dos átomos do gás néon eram de massa mais alta do que o resto. Embora não compreendido na época por Thomson, esta foi a primeira descoberta de isótopos deátomos. O dispositivo de Thomson era uma versão rudimentar do instrumento que hoje chamamos de espectrômetro de massa .

Isótopos

A primeira evidência de isótopos de um elemento estável foi fornecida em 1913 por experimentos com plasma neon. No canto inferior direito da chapa fotográfica de JJ Thomson estão as marcas de impacto separadas para os dois isótopos neon-20 e neon-22.

O néon é o segundo gás inerte mais leve. Neon tem três isótopos estáveis : 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) e 22 Ne (9,25%). 21 Ne e 22 Ne são parcialmente primordiais e parcialmente nucleogênicos (isto é, feitos por reações nucleares de outros nuclídeos com nêutrons ou outras partículas no ambiente) e suas variações na abundância natural são bem compreendidas. Em contraste, 20 Ne (o principal isótopo primordial produzido na nucleossíntese estelar ) não é conhecido como nucleogênico ou radiogênico . As causas da variação de20 Ne na Terra foram assim muito debatidos. [22]

As principais reações nucleares geradoras de isótopos de neon nucleogênicos partem de 24 Mg e 25 Mg, que produzem 21 Ne e 22 Ne respectivamente, após captura de nêutrons e emissão imediata de uma partícula alfa . Os nêutrons que produzem as reações são produzidos principalmente por reações de espalação secundárias de partículas alfa , por sua vez derivadas de cadeias de decaimento da série do urânio . O resultado líquido produz uma tendência para 20 Ne/ 22 Ne mais baixo e 21 Ne/ 22 mais altoRazões Ne observadas em rochas ricas em urânio, como granitos . [23] 21 Ne também pode ser produzido em uma reação nucleogênica, quando 20 Ne absorve um nêutron de várias fontes naturais de nêutrons terrestres.

Além disso, a análise isotópica de rochas terrestres expostas demonstrou a produção cosmogênica (raio cósmico) de 21 Ne. Este isótopo é gerado por reações de espalação em magnésio , sódio , silício e alumínio . Ao analisar todos os três isótopos, o componente cosmogênico pode ser resolvido a partir de neônio magmático e neônio nucleogênico. Isso sugere que o neon será uma ferramenta útil para determinar as idades de exposição cósmica de rochas e meteoritos superficiais . [24]

Semelhante ao xenônio , o conteúdo de neon observado em amostras de gases vulcânicos é enriquecido em 20 Ne e 21 Ne nucleogênico em relação ao conteúdo de 22 Ne. O conteúdo isotópico de neon dessas amostras derivadas do manto representa uma fonte não atmosférica de neon. Os 20 componentes enriquecidos com Ne são atribuídos a componentes exóticos de gases raros primordiais na Terra, possivelmente representando neônio solar . Abundâncias elevadas de 20 Ne são encontradas em diamantes , sugerindo ainda um reservatório de néon solar na Terra. [25]

Características

O néon é o segundo gás nobre mais leve, depois do hélio . Ele brilha laranja-avermelhado em um tubo de descarga a vácuo . Além disso, o neon tem a faixa de líquido mais estreita de qualquer elemento: de 24,55 a 27,05 K (-248,45 °C a -245,95 °C, ou -415,21 °F a -410,71 °F). Tem mais de 40 vezes a capacidade de refrigeração (por unidade de volume) do hélio líquido e três vezes a do hidrogênio líquido . [2] Na maioria das aplicações, é um refrigerante menos caro que o hélio. [26] [27]

Espectro de néon com linhas ultravioleta (à esquerda) e infravermelha (à direita) mostradas em branco

O plasma de néon tem a descarga de luz mais intensa em voltagens e correntes normais de todos os gases nobres. A cor média desta luz para o olho humano é vermelho-alaranjada devido a muitas linhas nesta faixa; também contém uma forte linha verde, que fica oculta, a menos que os componentes visuais sejam dispersos por um espectroscópio. [28]

Dois tipos bastante diferentes de iluminação neon são de uso comum. As lâmpadas de brilho de néon são geralmente pequenas, com a maioria operando entre 100 e 250 volts . [29] Eles têm sido amplamente utilizados como indicadores de ativação e em equipamentos de teste de circuitos, mas os diodos emissores de luz (LEDs) agora dominam essas aplicações. Esses dispositivos de néon simples foram os precursores de telas de plasma e telas de televisão de plasma . [30] [31] Os sinais de néon normalmente operam em voltagens muito mais altas (2-15 quilovolts ), e os tubos luminosos geralmente têm metros de comprimento. [32] O tubo de vidro é muitas vezes formado em formas e letras para sinalização, bem como aplicações arquitetônicas e artísticas.

Ocorrência

Sinal de néon em uma floricultura de Hamden, Connecticut

Isótopos estáveis ​​de néon são produzidos em estrelas. O isótopo mais abundante do néon 20 Ne (90,48%) é criado pela fusão nuclear de carbono e carbono no processo de queima de carbono da nucleossíntese estelar . Isso requer temperaturas acima de 500 megakelvins , que ocorrem nos núcleos de estrelas com mais de 8 massas solares. [33] [34]

O néon é abundante em escala universal; é o quinto elemento químico mais abundante no universo em massa, depois do hidrogênio, hélio, oxigênio e carbono (ver elemento químico ). [35] Sua relativa raridade na Terra, como a do hélio, é devido à sua relativa leveza, alta pressão de vapor em temperaturas muito baixas e inércia química, todas as propriedades que tendem a evitar que ele fique preso no gás de condensação e nas nuvens de poeira. que formaram os planetas sólidos menores e mais quentes como a Terra. O néon é monoatômico, tornando-o mais leve do que as moléculas de nitrogênio e oxigênio diatômicos que formam a maior parte da atmosfera da Terra; um balão cheio de néon subirá no ar, embora mais lentamente do que um balão de hélio. [36]

A abundância de néon no universo é de cerca de 1 parte em 750; no Sol e presumivelmente na nebulosa do sistema proto-solar, cerca de 1 parte em 600. A sonda de entrada atmosférica da espaçonave Galileo descobriu que mesmo na atmosfera superior de Júpiter, a abundância de néon é reduzida (esgotada) por cerca de um fator de 10 , a um nível de 1 parte em 6.000 em massa. Isso pode indicar que mesmo os planetesimais de gelo , que trouxeram o néon do sistema solar externo para Júpiter, se formaram em uma região que era quente demais para reter o componente atmosférico do néon (a abundância de gases inertes mais pesados ​​em Júpiter é várias vezes maior do que a encontrada no planeta). Sol). [37]

Neon compreende 1 parte em 55.000 na atmosfera da Terra , ou 18,2 ppm em volume (isto é aproximadamente o mesmo que a molécula ou fração molar), ou 1 parte em 79.000 de ar em massa. Compreende uma fração menor na crosta. É produzido industrialmente por destilação fracionada criogênica de ar liquefeito. [2]

Em 17 de agosto de 2015, com base em estudos com a espaçonave Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), cientistas da NASA relataram a detecção de neon na exosfera da lua . [38]

Química

O néon é o primeiro gás nobre do bloco p e o primeiro elemento com um verdadeiro octeto de elétrons. É inerte : como é o caso do seu análogo mais leve, o hélio , não foram identificadas moléculas neutras fortemente ligadas contendo neônio . Os íons [Ne Ar ] + , [Ne H ] + e [HeNe] + foram observados a partir de estudos ópticos e espectrométricos de massa . [2] O hidrato de clatrato de neon sólido foi produzido a partir de gelo de água e gás neon a pressões de 350–480 MPa e temperaturas de cerca de -30 °C. [40]Os átomos de Ne não estão ligados à água e podem se mover livremente através desse material. Eles podem ser extraídos colocando o clatrato em uma câmara de vácuo por vários dias, produzindo gelo XVI , a forma cristalina menos densa de água. [39]

A familiar escala de eletronegatividade de Pauling depende de energias de ligações químicas, mas esses valores obviamente não foram medidos para hélio e neônio inertes. A escala de eletronegatividade de Allen , que se baseia apenas em energias atômicas (mensuráveis), identifica o neônio como o elemento mais eletronegativo, seguido de perto pelo flúor e pelo hélio.

Aplicativos

O néon é frequentemente usado em sinais e produz uma luz laranja-avermelhada brilhante inconfundível. Embora as lâmpadas tubulares com outras cores sejam frequentemente chamadas de "neon", elas usam diferentes gases nobres ou cores variadas de iluminação fluorescente .

O néon é usado em tubos de vácuo , indicadores de alta tensão, pára-raios , tubos de medidores de onda , tubos de televisão e lasers de hélio-neon . O néon liquefeito é usado comercialmente como refrigerante criogênico em aplicações que não requerem a faixa de temperatura mais baixa atingível com refrigeração de hélio líquido mais extrema.

O néon, como líquido ou gás, é relativamente caro – para pequenas quantidades, o preço do néon líquido pode ser mais de 55 vezes maior que o do hélio líquido. Conduzir a despesa do neon é a raridade do neon, que, ao contrário do hélio, só pode ser obtido em quantidades utilizáveis ​​filtrando-o da atmosfera.

A temperatura do ponto triplo do néon (24,5561 K) é um ponto fixo definidor na Escala Internacional de Temperatura de 1990 . [41]

Veja também

Referências

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