В момент, когда Рамзай наблюдал спектр только что полученного газа, в лабораторию вошел его двенадцатилетний сын, успевший стать «болельщиком» отцовых работ. Увидев необычное свечение, он воскликнул: «new one!» Так возникло название газа «неон», что по-древнегречески значит «новый».
Между аргоном и гелием
У атома неона замкнутая электронная оболочка: на двух энергетических уровнях находятся соответственно 2 и 8 электронов. Химическая инертность неона исключительна. В этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения. Даже так называемые клатратные соединения неона с водой, гидрохиноном и другими веществами (подобные соединения тяжелых благородных газов – радона, ксенона, криптона и даже аргона – широко известны) получить и сохранить очень трудно.
В общем-то, неон – легкий газ: он легче воздуха в 1,44 раза, легче аргона почти в 2 раза, но тяжелее гелия в 5 раз. По комплексу свойств он ближе к гелию, чем к аргону, и вместе с гелием составляет подгруппу легких инертных газов.
Неон сжижается при температуре – 245,98°C. А точка плавления неона отстоит от точки кипения всего на 2,6°C – рекордно малый диапазон, свидетельствующий о слабости сил межмолекулярного взаимодействия в неоне. Благодаря этому твердый неон получается без особого труда: достаточно недолго откачивать пары над жидким неоном, чтобы он отвердел.
Растворимость в воде и способность к адсорбции у неона малы; в 100 г воды при 20°C растворяется всего 1,75 см3, или 1,56 мг неона. Все же адсорбция неона на активированном угле при температуре жидкого воздуха уже достаточна, чтобы с ее помощью, многократно повторяя процесс, разделить смесь гелия и неона. При температуре жидкого водорода из смеси этих веществ выпадают кристаллы чистого неона, а газообразный гелий отгоняется. Технике это дало второй – конденсационный способ разделения гелия и неона.
У нас и в космосе
Неон находят повсюду – «на Земле, в небесах и на море. Наибольшая концентрация его в атмосфере – 0,00182% по объему. А всего на нашей планете около 6,6·1010 т неона. Среднее содержание неона в земной коре мало – всего 7·10–5 г/т. В изверженных породах, составляющих основную массу литосферы, около 3 млрд т неона. Отсюда, по мере разрушения пород, неон улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды.
Концентрация неона в мировой материи неравномерна, в целом же по распространенности во Вселенной он занимает пятое или шестое место среди всех элементов. Неон обильно представлен в горячих звездах – красных гигантах, в газовых туманностях, в атмосфере внешних планет солнечной системы – Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. В 1974 г. американский астроном М. Харт установил, что атмосфера далекого Плутона в нижних слоях примерно так же плотна, как земная. Учитывая низкую температуру атмосферы Плутона (около 40°К). Харт вычислил, что в этой атмосфере преобладает неон.
Считается, что в космосе, как и на Земле, преобладает легкий изотоп 20Ne. Правда, в метеоритах находят немало 21Ne и 22Ne, но предполагают, что эти изотопы образовались в самих метеоритах.
Из чего возник мировой неон? Этот вопрос – часть общей проблемы происхождения химических элементов во Вселенной. Физики подсчитали, что ядро неона-20, как и ядра других легких элементов с массовыми числами, кратными четырем, легче всего получается при слиянии ядер гелия на горячих звездах, где температура достигает 150 миллионов градусов и давления колоссальны...
Как получают неон
Воздух – единственный реальный источник неона. В процессе разделения воздуха низкотемпературной ректификацией самые летучие его компоненты – гелий и неон – уходят в первую фракцию. Ее отбирают из-под крышки конденсатора воздухоразделительного аппарата.
В этой первичной смеси неона с гелием – от 3 до 10% (остальное – азот). Это вполне естественно. Смесь направляют в дефлегматор, где большая часть азота конденсируется, и содержание неона и гелия в смеси повышается до 35...40%. В другом аппарате – дефлегматоре-адсорбере, где конденсация азота сочетается с адсорбцией, удается почти полностью освободиться от азота. В зависимости от степени очистки получаемая неоно-гелиевая смесь содержит 30...75% Ne и 10...25% Не.
Для чего нужен неон
Еще недавно электровакуумная промышленность и научные лаборатории были единственными потребителями неона. Их нужды могли удовлетворить отделения неоногелиевой смеси установок малой и средней мощности.
В последние годы положение стало меняться. На неон как хладагент предъявляет спрос интенсивно развивающаяся криогенная техника; и ей нужно куда больше неона, чем традиционным потребителям. Впрочем, понятие о количествах тут относительное. Даже на установке, перерабатывающей в час 170 тыс. м3 воздуха, за сутки получают всего восемь сорокалитровых баллонов неона (под давлением 150 атм.). Сегодня спрос на неон превышает его производство.
Какие качества неона привлекли к нему внимание криогенщиков? Определенную роль играет нехватка гелия, что заставило искать заменяющие его холодные жидкости. Сжиженный неон создает холод на уровне 43...27° абсолютной шкалы. Этого достаточно для криогенной радиоэлектроники (детекторы инфракрасного излучения, лазеры) и отраслей электротехники, которые используют в качестве сверхпроводников сплавы с высокими критическими температурами перехода. Правда, такой и даже более сильный холод может дать и жидкий водород, но его применение чревато опасностью взрывов.
В неоновом криостате можно с большой точностью регулировать температуру. Для этого достаточно только поддерживать заданное давление: даже при малых изменениях температуры резко меняется упругость паров над жидким пеоном.
При температурах жидкого неона хранят ракетное топливо. В жидком неоне замораживают свободные радикалы, консервируют животные ткани и имитируют условия космического пространства в термобарокамерах. В неоновых криостатах безопасно проводить такие деликатные, не терпящие тепла реакции, как прямой синтез Н2О2а из жидкого озона и атомарного водорода или получение фторидов кислорода (О2F2, О3F2 и О4F2).
Неон – газ приборов и светильников
Неоном снаряжают те лампы, в которых нельзя заменить его более дешевым аргоном. Большинство ламп наполняется не чистым неоном, а неоногелиевой смесью с небольшой добавкой аргона, чтобы понизить напряжение зажигания. Поэтому свечение ламп имеет оранжево-красный цвет. Оно видно на далекие расстояния, невозможно спутать его с другими источниками света, туман ему не помеха.
Эти качества делают газосветные неоновые лампы незаменимыми для сигнальных устройств разнообразного назначения. Неон светит на маяках, неоновыми лампами обозначают вершины высотных зданий и телевизионных башен, границы аэродромов, водных и воздушных трасс.
Актиний (от греч. actinos – луч), Аргон (от греч. argos – неактивный),Астат (от греч. astatos – неустойчивый), Водород (лат. название от греч. hydro genes – порождающий воду),Диспрозий (от греч. dysprositos – получаемый с трудом),Железо (лат. название от греко-лат. fars – быть твердым), Кислород (лат. название от греч. oxy genes – порождающий кислоты (ошибочное предположение А. Лавуазье)), Криптон (от греч. krypton – скрытый), Ксенон (от греч. xenos – незнакомец), Лантан (от греч. lanthanien – скрываться),Неодим (от греч. neos didymos – новый близнец),Неон (от греч neos – новый), Протактиний (от греч. protos – первый), Радий и Радон (от греч. rados – луч), Ртуть (лат. название от hydragyrum – жидкое серебро),Серебро (лат. название от argentum – светлый, белый), Сурьма (от греч. anti monos – не единственный, по другой версии – средство против монахов), Теллур (от греч. tellus – земля), Технеций (от греч. technikos – искусственный), Фтор (от лат. fluere – течь, от греч. ftorios - разрушительный).
По соответствующие соединениям элементов.
Марганец (от лат. magnes – магнит),
Марганец