Кіріспе

Неон – химиялық элемент; оның символы Ne және атомдық нөмірі 10. Ол периодтық жүйедегі екінші асыл газ. Неон – стандартты жағдайда ауа тығыздығының шамамен үштен екісіне ие, түссіз, иіссіз, инертті моноатомдық газ. Неон 1898 жылы криптон және ксенонмен бірге ашылды, азот, оттегі, аргон және көмірқышқыл газы алынып тасталған құрғақ ауадағы үш сирек инертті элементтің бірі ретінде анықталды. Оның ашылуы ерекше жарқын қызыл сәуле шығару спектрімен белгіленді, бұл оның жаңа элемент ретінде бірден танылуына әкелді. Неон атауы грек тіліндегі νέον сөзінен шыққан, ол νέος сөзінің орталық жатыс түрінде "жаңа" деген мағынаны білдіреді. Неон – химиялық инертті газ, зарядталмаған неон қосылыстары белгілі емес. Қазіргі кездегі неон қосылыстары негізінен иондық молекулалар немесе Ван дер Ваальс күштерімен байланысқан нәзік молекулалар болып табылады. Космостағы неонның көп бөлігі жұлдыздардағы оттегі мен гелийдің ядролық синтезі арқылы, альфа-ұстау процесі нәтижесінде пайда болды. Оның ғаламда және Күн жүйесінде кең таралғанына қарамастан – сутегі, гелий, оттегі және көміртектен кейін ғаламдық мөлшері бойынша бесінші орында тұрады – Жерде салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Ол Жер атмосферасының көлемінің шамамен 18,2 ппм және Жер қабығындағы одан да аз бөлігін құрайды. Неонның жоғары ұшқырлығы және оны қатты денелерге бекітетін қосылыстарды құрай алмауы Жерде және ішкі планеталарда оның шектеулі болуын түсіндіреді. Неонның жоғары ұшқырлығы оның ерте Күн жүйесіндегі жаңа туған Күннің жылуынан планеталық денелерден қашуына мүмкіндік берді. Неонның маңызды қолданыстарының бірі – төмен вольтты неонды шамдарда, жоғары вольтты разрядтық түтіктерде және неонды жарнама тақталарында қолдану, онда ол ерекше қызғылт-сары түспен жарқырайды. Осы қызыл сәуле шығару сызығы гелий-неон лазерлерінің ерекше қызыл жарығына жауап береді. Неон плазмалық түтіктерде және тоңазытқыш ретінде де қолданылса да, оның коммерциялық қолданысы салыстырмалы түрде шектеулі. Ол негізінен сұйық ауаны фракциялық дистилляциялау арқылы алынады, нәтижесінде ауа оның жалғыз көзі болғандықтан гелийге қарағанда әлдеқайда қымбат.

Тарих

Неонды 1898 жылы британдық химиктер сэр Уильям Рамзи (1852–1916) және Моррис Траверс (1872–1961) Лондонда ашты. Неонды Рамзи ауа үлгісін сұйық күйге дейін салқындатып, содан кейін сұйықтықты жылытып, қайнағанда бөлінетін газдарды ұстағанда тапты. Азот, оттегі және аргон газдары анықталған, бірақ қалған газдар шамамен олардың кең таралғандығына сәйкес, 1898 жылдың мамыр айының соңынан бастап алты апта ішінде бөліп алынды. Алғашқы анықталған газ – криптон, ал криптон алынып тасталғаннан кейін, спектроскопиялық разрядта жарқын қызыл түс беретін газ табылды. Бұл газ маусым айында анықталып, Рамзидің ұлы ұсынған грекше «неон» деп аталды, ол латынша «novum» («жаңа») сөзінің аналогы болып табылады. Газды неон электрмен қозғанда шығаратын ерекше жарқыраған қызыл-қоңыр түс бірден байқалды. Кейінірек Траверс былай деп жазды: «Түтік ішіндегі қызыл жарық өзінің тарихын айтты, бұл көрініс ешқашан ұмытылмас еді». Неонмен бірге, аргонға шамамен бірдей тығыздығы бар, бірақ спектрі әртүрлі газ да анықталды – Рамзи мен Траверс оны метаргон деп атады. Бірақ, кейінірек жүргізілген спектроскопиялық талдау оның көміртек моноксидімен ластанған аргон екенін көрсетті. Соңында, сол команда 1898 жылдың қыркүйегінде дәл осы әдіспен ксенон ашты. Неонның қарқынды түсі мен жарықтандыруы сол кездегі американдық қоғаммен үйлесіп, «өнерлеу ғасыры» туралы ой салды және қалаларды жарқыраған жарнамалармен және «электрографиялық архитектурамен» толтырылған сенсациялық жаңа ортаға айналдырды. Неон 1913 жылы атомдардың табиғатын түсінуде маңызды рөл атқарды, ол кезде Дж. Дж. Томсон каналдық сәулелердің құрамын зерттеу үшін неон иондарының ағынын магниттік және электр өрістері арқылы өткізіп, ағынның бұрылуын фототақтамен өлшеді. Томсон фототақтада екі бөлек жарық дабылын байқады (суретке қараңыз), бұл екі түрлі бұрылу параболасын көрсетеді. Томсон соңында неон газындағы кейбір атомдардың массасы қалғандарынан жоғары деген қорытындыға келді. Томсон бұл кезде түсінбесе де, бұл тұрақты атомдардың изотоптарын алғашқы ашылуы болды. Томсонның құрылғысы қазіргі кезде массалық спектрометр деп аталатын құралдың алғашқы нұсқасы еді.

Изотоптар

Неонның үш тұрақты изотопы бар: 20Ne (90,48%), 21Ne (0,27%) және 22Ne (9,25%). 21Ne және 22Ne ішінара бастапқы, ішінара нуклеогенді (яғни басқа нуклидтердің қоршаған ортадағы нейтрондармен немесе басқа бөлшектермен ядролық реакциялары арқылы түзіледі) және олардың табиғи молдықтағы өзгерістері жақсы түсініледі. Керісінше, 20Ne (жұлдыздық нуклеосинтезде түзілген негізгі бастапқы изотоп) ядролық немесе радиогендік емес деп белгілі, тек торий-228 кластерлік ыдырауының өте сирек жағдайларында пайда болатын оттегі-20 ыдырауынан басқа. Сондықтан Жердегі 20Ne-нің өзгеру себептері қызу пікірталас тудырды. Сонымен қатар, жер бетіндегі тау жыныстарының изотоптық талдауы 21Ne-нің космогендік (космостық сәуле) түзілуін көрсетті. Бұл изотоп магний, натрий, кремний және алюминийге түсетін спалляциялық реакциялар арқылы пайда болады. Барлық үш изотопты талдау арқылы космогендік компонентті магмалық неоннан және нуклеогендік неоннан ажыратуға болады. Бұл неонның жер бетіндегі тау жыныстары мен метеориттердің ғарышқа ұшыраған уақытын анықтауда пайдалы құрал болатынын көрсетеді. Күндегі неонда 20Ne-нің үлесі нуклеогендік және космогендік көздерге қарағанда жоғары.

Сипаттамалары

Неон – гелийден кейін ең жеңіл екінші асыл газ. Басқа асыл газдар сияқты, неон да түссіз және иіссіз. Вакуумдық разряд түтігінде ол қызыл-қоңыр түспен жарқырайды. Оның суыту қабілеті бірлік көлемде сұйық гелийдікінен 40 есе артық, ал сұйық сутегінікінен 3 есе жоғары. Гелий иондану энергиясы бойынша неоннан басым болғанымен, ол барлық элементтердің арасында ең реакцияға бейім емес, тіпті одан да бейім емес деп саналады. Неон плазмасы қалыпты кернеу мен ток күшінде барлық асыл газдардың ішінде ең қарқынды жарық шығарады. Адам көзіне осы жарықтың орташа түсі қызыл-қоңыр болып көрінеді, себебі осы спектрде көптеген сызықтар бар; сонымен қатар, спектроскоп арқылы көру компоненттері таратылмаса, жасырылған күшті жасыл сызық та бар.

Пайда болуы

Неонның тұрақты изотоптары жұлдыздарда пайда болады. Неонның ең көп таралған изотопы 20Ne (90,48%) – жұлдыздық нуклеосинтездің көміртекті жағу процесінде көміртек пен көміртек ядроларының қосылуынан түзіледі. Бұл үшін 500 мегакельвиннен жоғары температура қажет, ол 8 күн массасынан асатын жұлдыздардың ядроларында болады. Неон ғаламдық масштабта көптеп кездеседі; ол масса бойынша ғаламдағы сутек, гелий, оттегі және көміртектен кейінгі бесінші ең көп таралған химиялық элемент болып табылады (химиялық элементке қараңыз). Гелий сияқты, Жердегі оның салыстырмалы сирек кездесуі, оның салыстырмалы жеңілдігіне, өте төмен температурадағы жоғары бу қысымына және химиялық инерттілігіне байланысты. Бұл қасиеттердің барлығы оны Жер сияқты кішкентай және жылы қатты планеталарды құрайтын газ және шаң бұлттарында тұтқындалудан сақтайды. Неон – моноатомды, яғни Жер атмосферасының көп бөлігін құрайтын азот пен оттегі молекулаларынан жеңіл; неонмен толтырылған шар ауаға көтеріледі, бірақ гелий шарларына қарағанда баяу. Неонның ғаламдағы мөлшері масса бойынша 750-ге 1 бөлік, ал Күнде және оның протожұлдыздық тұмандығында шамамен 600-ға 1 бөлік. Галилео ғарыш кемесінің атмосфераға ену зонды Юпитердің жоғарғы атмосферасында неон мөлшерінің 10 есеге төмендегенін, масса бойынша 6000-ға 1 бөлікке дейін азайғанын анықтады. Бұл, сыртқы Күн жүйесінен Юпитерге неон әкелген мұз планеталары атмосфералық компонентті сақтап қалу үшін тым жылы аймақта пайда болған болуы мүмкін (Юпитердегі ауыр инертті газдардың мөлшері Күндегіден бірнеше есе көп), немесе неон планетаның ішкі бөлігінде таңдамалы түрде жинақталған болуы мүмкін. Неон Жер атмосферасында 55 000 бөліктің 1 бөлігін, немесе көлем бойынша 18,2 ppm құрайды (бұл молекулалық немесе мольдік үлеске шамамен тең), немесе масса бойынша ауаның 79 000 бөлігінің 1 бөлігін құрайды. Ол жер қыртысында аз мөлшерде кездеседі. Ол сұйытылған ауаның криогендік фракциялық дистилляциясы арқылы өнеркәсіптік түрде өндіріледі.

Химия

[[Файл:Не су клатраты. Неон су клатратының кристалдық құрылымы. Неон атомдары сумен байланыспайды және осы материалдың ішінде еркін қозғала алады. Оларды клатратты бірнеше күнге вакуумдік камераға қойып, судың ең төмен тығыздығына ие кристалдық түрін – XVI мұзын алу арқылы бөліп алуға болады. Белгілі Паулинг электронегативтілік шкаласы химиялық байланыс энергияларына негізделген, бірақ инерт гелий мен неон үшін мұндай шамалар анықталған жоқ. Алленнің электронегативтілік шкаласы тек (өлшенетін) атомдық энергияларға сүйенеді және неонды ең электронегативті элемент деп анықтайды, одан кейін фтор мен гелий орналасады. Неонның үштік нүкте температурасы (24,5561 К) 1990 жылғы Халықаралық температура шкаласындағы бекітілген тұрақты нүкте болып табылады.

Өндіріс

Неон криогендік ауа ажырату қондырғыларында ауадан өндіріледі. Газ фазалы қоспа, негізінен азот, неон, гелий және сутектен тұрады, ол жоғары қысымды ауа ажырату бағанының үстіңгі жағындағы негізгі конденсатордан алынып, неонды тазарту үшін жанама бағананың түбіне жіберіледі. Одан кейін оны белсендірілген көмірмен байланыстырып, гелийден одан әрі тазартуға болады. Сутек неоннан оттегі қосып тазартылады, нәтижесінде су пайда болып, конденсацияланады. Ресейде болат өндірісінің қосалқы өнімі ретінде де алынады. 2020 жылғы мәліметтер бойынша, Одесса мен Мәскеуде өндіріс орындары бар Iceblick компаниясы әлемдік неон өндірісінің 65%-ын, сондай-ақ криптон мен ксенонның 15%-ын қамтамасыз етеді, сонымен қатар Қытайдағы жеткізушілерге де тауар жібереді. Көрсетілген жабылу COVID-19 чиптерінің тапшылығын одан бетерлетуі мүмкін еді. Бұлар қуатты қосу индикаторлары және тізбектерді тексеру құралдары ретінде кеңінен қолданылып келді, бірақ қазіргі кезде осы салаларда жарықдиодтар (LED) басымдыққа ие. Бұл қарапайым неон құрылғылары плазмалық дисплейлер мен плазмалық теледидар экрандарының алға басушысы болды. Неон таңбалары әдетте әлдеқайда жоғары кернеуде (2-15 киловольт) жұмыс істейді, ал жарық түтікшелері әдетте бір метрлік болады. Шыны түтікшелер көбінесе таңбалар, архитектуралық және көркемдік мақсаттар үшін әріптер мен пішіндерге келтіріледі. Неон таңбаларында, электр тогы төмен қысымда өткен кезде, неон ерекше көзге түсетін қызғылт-сары түсті жарық шығарады. Түтікше шамдар басқа түстерде болса да, олар көбінесе «неон» деп аталады, бірақ олар әртүрлі инертті газдарды немесе флуоресценттік жарықтың әртүрлі түстерін пайдаланады, мысалы, аргон лаванда немесе көк түс береді. 2012 жылғы мәліметтер бойынша, жүзден астам түс қол жетімді.

Басқа

Неон вакуумдық түтіктерде, жоғары кернеу көрсеткіштерінде, молниядан қорғағыштарда, толқын өлшегіш түтіктерде, теледидар түтікшелерінде және гелий-неон лазерлерінде қолданылады. Жоғары тазалықтағы неоннан құралған газ қоспалары жартылай өткізгіш құрылғыларын жасаудағы фотолитографияға арналған лазерлерде пайдаланылады. Сұйытылған неон коммерциялық түрде криогендік салқындатқыш ретінде қолданылады, мұндайда сұйық гелий салқындату арқылы қол жетімді болатын төмен температура диапазоны қажет болмайды.