Neon: história, propriedades, estrutura, riscos, usos - Ciência - 2023

Contente

o néon É um elemento químico representado pelo símbolo Ne. É um gás nobre cujo nome em grego significa novo, qualidade que foi capaz de sustentar por décadas não só pelo brilho de sua descoberta, mas também porque enfeita as cidades com sua luz à medida que se modernizam.

Todos nós já ouvimos falar de luzes de néon, que na verdade correspondem a nada mais do que laranja-vermelho; a menos que sejam misturados com outros gases ou aditivos. Hoje em dia eles têm um ar estranho em comparação com os sistemas de iluminação recentes; no entanto, o neon é muito mais do que apenas uma impressionante fonte de luz moderna.

Este gás, que consiste praticamente em átomos de Ne, indiferentes uns aos outros, representa a substância mais inerte e nobre de todas; É o elemento mais inerte da tabela periódica e, atualmente e formalmente, não se conhece um composto suficientemente estável. É ainda mais inerte do que o próprio hélio, mas também mais caro.

O alto custo do neon se deve ao fato de ele não ser extraído do subsolo, como acontece com o hélio, mas sim da liquefação e destilação criogênica do ar; mesmo quando está presente na atmosfera em abundância suficiente para produzir um grande volume de neon.

É mais fácil extrair o hélio das reservas de gás natural do que liquefazer o ar e extrair o néon dele. Além disso, sua abundância é menor que a do hélio, tanto dentro quanto fora da Terra. No Universo, o néon é encontrado em novas e supernovas, bem como em regiões congeladas o suficiente para impedir que escape.

Em sua forma líquida, é um refrigerante muito mais eficaz do que o hélio e o hidrogênio líquidos. Da mesma forma, é um elemento presente na indústria eletrônica no que diz respeito a lasers e equipamentos de detecção de radiação.

História

O berço do argônio

A história do néon está intimamente relacionada com a do resto dos gases que compõem o ar e suas descobertas. O químico inglês Sir William Ramsay, junto com seu mentor John William Strutt (Lord Rayleigh), decidiu em 1894 estudar a composição do ar por meio de reações químicas.

De uma amostra de ar conseguiram desoxigenar e desnitrogenizar, obtendo e descobrindo o gás nobre argônio. Sua paixão científica também o levou à descoberta do hélio, após dissolução do mineral cleveita em meio ácido e coleta caracterizando o gás liberado.

Então Ramsay suspeitou que houvesse um elemento químico localizado entre o hélio e o argônio, fazendo tentativas infrutíferas de encontrá-los em amostras de minerais. Até que finalmente ele considerou que o argônio deve ser “escondido” de outros gases menos abundantes no ar.

Assim, os experimentos que levaram à descoberta do neon começaram com o argônio condensado.

Descoberta

Em seu trabalho, Ramsay, auxiliado por seu colega Morris W. Travers, começou com uma amostra de argônio altamente purificada e liquefeita, que subseqüentemente submeteu a uma espécie de destilação criogênica e fracionada. Assim, em 1898 e na University College London, os dois químicos ingleses conseguiram identificar e isolar três novos gases: néon, criptônio e xenônio.

O primeiro deles era o néon, que ele vislumbrou quando o coletaram em um tubo de vidro onde aplicaram um choque elétrico; sua intensa luz vermelho-laranja era ainda mais impressionante do que as cores do criptônio e do xenônio.

Foi assim que Ramsay deu a esse gás o nome de "néon", que em grego significa "novo"; um novo elemento surgiu do argônio. Pouco depois, em 1904 e graças a este trabalho, ele e Travers receberam o Prêmio Nobel de Química.

Luzes de neon

Ramsay então teve pouco a ver com as aplicações revolucionárias do néon no que diz respeito à iluminação. Em 1902, o engenheiro elétrico e inventor Georges Claude, junto com Paul Delorme, formaram a empresa L'Air Liquide, dedicada à venda de gases liquefeitos para indústrias e que logo viu o potencial luminoso do neon.

Claude, inspirado nas invenções de Thomas Edison e Daniel McFarlan Moore, construiu os primeiros tubos cheios de neon, assinando uma patente em 1910. Ele vendeu seu produto praticamente sob a seguinte premissa: as luzes neon são reservadas para cidades e monumentos porque são muito deslumbrante e atraente.

Desde então, o resto da história do neon até o presente anda de mãos dadas com o surgimento de novas tecnologias; bem como a necessidade de sistemas criogênicos que possam utilizá-lo como líquido refrigerante.

Propriedades físicas e químicas

- Aparência

O néon é um gás incolor, inodoro e insípido. Porém, quando uma descarga elétrica é aplicada, seus átomos são ionizados ou excitados, emitindo fótons de energia que entram no espectro visível na forma de um flash laranja-avermelhado (imagem superior).

Então, as luzes de néon são vermelhas. Quanto maior for a pressão do gás, maior será a eletricidade necessária e o brilho avermelhado obtido. Essas luzes que iluminam os becos ou fachadas das lojas são muito comuns, principalmente em climas frios; visto que, a intensidade avermelhada é tal que pode penetrar na névoa de distâncias consideráveis.

- Massa molar

20,1797 g / mol.

– Número atômico (Z)

10.

– Ponto de fusão

-248,59 ° C

- Ponto de ebulição

-246,046 ° C

- Densidade

-Em condições normais: 0,9002 g / L.

-Do líquido, apenas no ponto de ebulição: 1,207 g / mL.

- Densidade do vapor

0,6964 (em relação ao ar = 1). Ou seja, o ar é 1,4 vezes mais denso que o neon. Então, um balão inflado com néon subirá no ar; embora menos rapidamente em comparação com um inflado com hélio.

- Pressão de vapor

0,9869 atm a 27 K (-246,15 ° C). Observe que, em uma temperatura tão baixa, o neon já exerce uma pressão comparável à atmosférica.

- Calor de fusão

0,335 kJ / mol.

- Calor da vaporização

1,71 kJ / mol.

- Capacidade de calor molar

20,79 J / (mol · K).

- Energias de ionização

-Primeiro: 2080,7 kJ / mol (Ne⁺ gasoso).

-Segundo: 3952,3 kJ / mol (Ne²⁺ gasoso).

-Terceiro: 6122 kJ / mol (Ne³⁺ gasoso).

As energias de ionização para neon são particularmente altas. Isso se deve à dificuldade de remover um de seus elétrons de valência de seu átomo muito pequeno (em comparação com os outros elementos de seu mesmo período).

- número de oxidação

O único número provável e teórico ou estado de oxidação para neon é 0; ou seja, em seus compostos hipotéticos não ganha ou perde elétrons, mas sim interage como um átomo neutro (Ne⁰).

Isso se deve à sua reatividade nula como gás nobre, o que não lhe permite ganhar elétrons devido à falta de um orbital energeticamente disponível; Nem pode ser perdido por ter números de oxidação positivos, devido à dificuldade de superar a carga nuclear efetiva de seus dez prótons.

- Reatividade

O anterior explica porque um gás nobre não é muito reativo. Porém, entre todos os gases nobres e elementos químicos, o néon é o dono da verdadeira coroa da nobreza; Não admite elétrons de forma alguma e de ninguém, e não pode compartilhar os seus porque seu núcleo o impede e, portanto, não forma ligações covalentes.

O néon é menos reativo (mais nobre) do que o hélio porque, embora seu raio atômico seja maior, a carga nuclear efetiva de seus dez prótons excede a dos dois prótons no núcleo do hélio.

Conforme você desce pelo grupo 18, essa força diminui porque o raio atômico aumenta consideravelmente; E é por isso que os outros gases nobres (especialmente xenônio e criptônio) podem formar compostos.

Compostos

Até o momento, nenhum composto de néon remotamente estável é conhecido. Porém, foi verificada por meio de estudos de espectrometria óptica e de massa, a existência de cátions poliatômicos como: [NeAr]⁺, WNe³⁺, RhNe²⁺, MoNe²⁺, [NeH]⁺ e [NeHe]⁺.

Da mesma forma, pode ser feita menção aos seus compostos de Van der Walls, nos quais, embora não haja ligações covalentes (pelo menos não formalmente), as interações não covalentes permitem que eles permaneçam coesos sob condições rigorosas.

Alguns desses compostos Van der Walls para neon são, por exemplo: Ne₃ (trímero), eu₂Ne₂, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N₂)₆Ne₇, NeC₂₀H₂₀ (complexo endoédrico fulereno), etc. Além disso, deve-se notar que as moléculas orgânicas também podem "esfregar-se" neste gás em condições muito especiais.

O detalhe de todos esses compostos é que eles não são estáveis; além disso, a maioria se origina no meio de um campo elétrico muito forte, onde átomos de metal gasoso são excitados na companhia de neon.

Mesmo com uma ligação covalente (ou iônica), alguns químicos não se preocupam em considerá-los compostos verdadeiros; e, portanto, o neon continua a ser um elemento nobre e inerte visto de todos os lados "normais".

Estrutura e configuração eletrônica

Interações de interação

O átomo de néon pode ser visualizado como uma esfera quase compacta devido ao seu pequeno tamanho e à grande carga nuclear efetiva de seus dez elétrons, dos quais oito são de valência, de acordo com sua configuração eletrônica:

1s²2s²2 P⁶ ou [He] 2s²2 P⁶

Assim, o átomo de Ne interage com seu ambiente usando seus orbitais 2s e 2p. No entanto, eles são completamente preenchidos com elétrons, em conformidade com o famoso octeto de valência.

Ele não pode ganhar mais elétrons porque o orbital 3s não está energeticamente disponível; Além disso, também não pode perdê-los devido ao seu pequeno raio atômico e à distância "estreita" que os separa dos dez prótons do núcleo. Portanto, este átomo ou esfera de Ne é muito estável, incapaz de formar ligações químicas com praticamente qualquer elemento.

São esses átomos de Ne que definem a fase gasosa. Por ser muito pequena, sua nuvem eletrônica é homogênea e compacta, difícil de polarizar e, portanto, de estabelecer momentos dipolares instantâneos que induzam outros em átomos vizinhos; ou seja, as forças de dispersão entre os átomos de Ne são muito fracas.

Líquido e vidro

É por isso que a temperatura deve cair para -246 ºC para que o neon passe do estado gasoso ao líquido.

Uma vez nessa temperatura, os átomos de Ne estão próximos o suficiente para que as forças de dispersão os unam em um líquido; que embora aparentemente não seja tão impressionante quanto o fluido quântico do hélio líquido e sua superfluidez, tem um poder de resfriamento 40 vezes maior que este.

Isso significa que um sistema de resfriamento de néon líquido é 40 vezes mais eficiente do que um de hélio líquido; esfria mais rápido e mantém a temperatura por mais tempo.

A razão pode ser porque, mesmo com os átomos de Ne sendo mais pesados do que He, os primeiros se separam e se dispersam mais facilmente (aquecem) do que os segundos; mas suas interações são tão fracas durante suas colisões ou encontros, que novamente diminuem a velocidade (esfriam) rapidamente.

À medida que a temperatura cai ainda mais, para -248 ° C, as forças de dispersão se tornam mais fortes e mais direcionais, agora capazes de ordenar que os átomos de He cristalizem em um cristal cúbico de face centrada (fcc). Este cristal de hélio FCC é estável sob todas as pressões.

Onde encontrar e obter

Supernovas e ambientes gelados

Neon é o quinto elemento químico mais abundante em todo o Universo. Devido à sua falta de reatividade, alta pressão de vapor e massa leve, escapa da atmosfera terrestre (embora em menor grau que o hélio), e pouco se dissolve nos mares. É por isso que aqui, no ar da Terra, mal tem uma concentração de 18,2 ppm por volume.

Para que a referida concentração de neon aumente, é necessário baixar a temperatura até próximo do zero absoluto; condições apenas possíveis no Cosmos e, em menor grau, nas atmosferas geladas de alguns gigantes gasosos como Júpiter, nas superfícies rochosas de meteoritos ou na exosfera lunar.

Sua maior concentração, entretanto, está nas novas ou supernovas distribuídas por todo o Universo; bem como nas estrelas de onde se originam, mais volumosas que o nosso Sol, dentro das quais os átomos de neon são produzidos como resultado de uma nucleossíntese entre carbono e oxigênio.

Liquefação de ar

Embora sua concentração seja de apenas 18,2 ppm no nosso ar, é o suficiente para obter alguns litros de neon de qualquer espaço doméstico.

Assim, para produzi-lo, é necessário liquefazer o ar e, em seguida, fazer uma destilação fracionada criogênica. Dessa forma, seus átomos podem ser separados da fase líquida composta de oxigênio e nitrogênio líquidos.

Isótopos

O isótopo mais estável do néon é ²⁰Ne, com abundância de 90,48%. Ele também tem dois outros isótopos que também são estáveis, mas menos abundantes: ²¹Ne (0,27%) e ²²Ne (9,25%). O resto são radioisótopos, e no momento quinze deles são conhecidos no total (^15-19Ne e Ne^23-32).

Riscos

O néon é um gás inofensivo em quase todos os aspectos possíveis. Devido à sua reatividade química nula, não interfere em nenhum processo metabólico e, assim que entra no corpo, sai sem ser assimilado. Portanto, não tem efeito farmacológico imediato; embora tenha sido associado a possíveis efeitos anestésicos.

É por isso que, se houver vazamento de neon, não é um alarme preocupante. Porém, se a concentração de seus átomos no ar for muito alta, ele pode deslocar as moléculas de oxigênio que respiramos, o que acaba causando asfixia e uma série de sintomas a ela associados.

No entanto, o néon líquido pode causar queimaduras por frio ao entrar em contato, portanto, não é aconselhável tocá-lo diretamente. Além disso, se a pressão em seus recipientes for muito alta, uma fissura abrupta pode ser explosiva; não pela presença de chamas, mas pela força do gás.

O néon também não representa um perigo para o ecossistema. Além disso, sua concentração no ar é muito baixa e não há problema em respirá-lo. E o mais importante: não é um gás inflamável. Portanto, ele nunca queimará, não importa quão altas sejam as temperaturas.

Formulários

iluminação

Conforme mencionado, as luzes de néon vermelhas estão presentes em milhares de estabelecimentos. A razão é que dificilmente é necessária uma baixa pressão do gás (~ 1/100 atm) para que ele possa produzir, na descarga elétrica, sua luz característica, que também tem sido colocada em anúncios de diversos tipos (publicidade, sinais de estrada, etc.).

Os tubos cheios de néon podem ser feitos de vidro ou plástico e assumir todos os tipos de formatos ou formas.

Industria eletronica

Neon é um gás muito importante na indústria eletrônica. É utilizado para a fabricação de lâmpadas fluorescentes e de aquecimento; dispositivos que detectam radiação ou altas tensões, cinescópios de televisão, contadores de geysers e câmaras de ionização.

Lasers

Junto com o hélio, a dupla Ne-He pode ser usada para dispositivos a laser, que projetam um feixe de luz avermelhada.

Clathrate

Embora seja verdade que o néon não pode formar nenhum composto, descobriu-se que sob alta pressão (~ 0,4 GPa) seus átomos ficam presos no gelo para formar clatrato. Nele, os átomos de Ne estão confinados a uma espécie de canal limitado por moléculas de água, e dentro do qual podem se mover ao longo do cristal.

Embora no momento não haja muitas aplicações potenciais para este clatrato de néon, no futuro ele pode ser uma alternativa para seu armazenamento; ou simplesmente, servir de modelo para aprofundar a compreensão desses materiais congelados. Talvez, em alguns planetas, o néon esteja preso em massas de gelo.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Néon. Banco de dados PubChem. CID = 23987. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
J. de Smedt, W. H. Keesom e H. H. Mooy. (1930). Na estrutura Cristal do Neon. Laboratório de Física em Leiden.
Xiaohui Yu & col. (2014). Estrutura cristalina e dinâmica de encapsulamento do hidrato de neônio com estrutura de gelo II. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (29) 10456-10461; DOI: 10.1073 / pnas.1410690111
Wikipedia. (2019). Néon. Recuperado de: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de dezembro de 2018). 10 fatos de néon - elemento químico. Recuperado de: Thoughtco.com
Dr. Doug Stewart. (2019). Fatos do elemento neon. Chemicool. Recuperado de: chemicool.com
Wikipedia. (2019). Compostos de néon. Recuperado de: en.wikipedia.org
Nicola McDougal. (2019). O elemento Neon: história, fatos e usos. Estude. Recuperado de: study.com
Jane E. Boyd e Joseph Rucker. (9 de agosto de 2012). A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon. Instituto de História da Ciência. Recuperado de: sciencehistory.org