Neon

Rozbalit box

Obsah boxu

Neon (chemická značka Ne, latinsky Neon) je chemický prvek s protonovým číslem 10. Patří do 18. skupiny periodické tabulky, mezi vzácné plyny. Je to bezbarvý, inertní plyn bez chuti a zápachu, který se v malém množství vyskytuje v zemské atmosféře. Jeho nejznámější vlastností je charakteristické, jasně červenooranžové světlo, které vydává v plynových výbojkách, což vedlo k jeho masivnímu využití v reklamních nápisech a osvětlení.

Neon je po heliu druhým nejlehčím vzácným plynem. V vesmíru je pátým nejhojnějším prvkem po vodíku, heliu, kyslíku a uhlíku, ale na Zemi je poměrně vzácný. Získává se frakční destilací zkapalněného vzduchu. Kromě osvětlení se využívá také v kryogenice jako chladivo a v některých typech laserů.

📜 Historie

Neon byl objeven v roce 1898 v Londýně britskými chemiky sirem Williamem Ramsayem (1852–1916) a Morrisem Traversem (1872–1961). Objevili ho krátce po objevu prvku krypton, když zkoumali zkapalněný vzduch.

Po odstranění dusíku, kyslíku a argonu ze vzorku zkapalněného vzduchu si všimli malého zbytku plynu, který po zahřátí a spektroskopické analýze vykazoval zcela nové, jasně červené spektrální čáry. Tento objev potvrdil existenci nového prvku. Ramsayův syn navrhl název neon, odvozený z řeckého slova νέον (neos), což znamená "nový".

Charakteristická červená záře neonu při elektrickém výboji okamžitě zaujala vědeckou komunitu. První neonovou trubici představil francouzský inženýr a vynálezce Georges Claude na pařížské výstavě v roce 1910. V roce 1912 Claude začal prodávat první komerční neonové reklamní nápisy. První takový nápis byl prodán pařížskému holičství. Technologie se rychle rozšířila do Spojených států, kde se stala ikonickým symbolem moderních měst, jako je Las Vegas nebo New York.

🔬 Vlastnosti

🧪 Fyzikální vlastnosti

Neon je za normálních podmínek bezbarvý plyn bez zápachu. Je druhým nejlehčím vzácným plynem s hustotou přibližně dvoutřetinovou oproti vzduchu. Má velmi úzký rozsah teplot, ve kterém je v kapalném stavu – jeho teplota tání je 24,56 K (−248,59 °C) a teplota varu 27,07 K (−246,08 °C). To je nejmenší teplotní rozmezí kapalného stavu ze všech prvků.

V kapalném stavu je neon významným kryogenním chladivem. Jeho chladicí kapacita na jednotku objemu je více než 40krát vyšší než u kapalného helia a třikrát vyšší než u kapalného vodíku. Díky tomu je v některých aplikacích efektivnějším a levnějším chladivem.

Nejvýraznější vlastností neonu je jeho intenzivní červenooranžová záře, když je jím naplněná trubice pod nízkým tlakem připojena k vysokému napětí. Tato záře je způsobena excitací jeho atomů elektrickým proudem, které při návratu do základního stavu emitují fotony o specifické vlnové délce. Ze všech vzácných plynů má neon nejintenzivnější světelný výboj při normálním napětí a proudu.

🧬 Chemické vlastnosti

Neon je členem skupiny vzácných plynů, což z něj činí extrémně nereaktivní (inertní) prvek. Má kompletně zaplněnou valenční elektronovou slupku (osm elektronů), což mu dodává velkou stabilitu. Jeho elektronová konfigurace je [He] 2s² 2p⁶.

Díky této stabilitě netvoří za normálních podmínek žádné stabilní chemické sloučeniny. Jeho elektronegativita je podle Paulingovy stupnice teoreticky nejvyšší ze všech prvků, ale protože netvoří sloučeniny, tato hodnota se v praxi neuplatňuje. V laboratorních podmínkách byly pomocí hmotnostní spektrometrie detekovány exotické ionty jako Ne⁺, (NeAr)⁺, (NeH)⁺ a (HeNe)⁺, ale neexistují žádné neutrální sloučeniny neonu. Je považován za nejméně reaktivní prvek vůbec.

⚛️ Izotopy

Neon se v přírodě vyskytuje jako směs tří stabilních izotopů:

• ²⁰Ne (výskyt 90,48 %)
• ²¹Ne (výskyt 0,27 %)
• ²²Ne (výskyt 9,25 %)

Izotopy ²¹Ne a ²²Ne vznikají při jaderných reakcích v zemské kůře, například při interakci neutronů s hořčíkem. Naproti tomu ²⁰Ne není považován za nukleogenní a jeho původ je primordiální, tedy pochází z doby formování Sluneční soustavy. Vysoká koncentrace ²⁰Ne v Slunci a dalších hvězdách je výsledkem nukleosyntézy, konkrétně procesu spalování uhlíku a kyslíku.

Kromě stabilních izotopů je známo několik nestabilních, radioaktivních izotopů, které se však v přírodě nevyskytují a připravují se uměle.

🌍 Výskyt

Neon je ve vesmíru velmi hojný, je pátým nejčastějším prvkem. Vzniká ve hvězdách s hmotností větší než osm hmotností Slunce během alfa procesu, kde se jádra helia slučují s jádry uhlíku.

Na Zemi je však neon poměrně vzácný. Tvoří přibližně 18,2 ppm (parts per million) zemské atmosféry, což odpovídá zhruba 1 dílu na 55 000 dílů vzduchu. Je to dáno jeho nízkou hmotností a chemickou inertností, díky čemuž snadno unikal z protoplanetárního disku během formování Země a dodnes uniká z horních vrstev atmosféry do vesmíru. V zemské kůře se nachází jen ve stopových množstvích.

⚙️ Výroba

Komerční výroba neonu probíhá výhradně frakční destilací zkapalněného vzduchu v zařízeních na dělení vzduchu. Vzduch se nejprve ochladí na velmi nízké teploty, dokud nezkapalní. Poté se postupně zahřívá a jednotlivé složky se oddělují na základě jejich rozdílných teplot varu.

Neon má nižší teplotu varu než dusík a kyslík, ale vyšší než helium. Během destilace se neon spolu s heliem a dusíkem hromadí v horní části destilační kolony. Směs těchto plynů se dále čistí. Helium se odstraní kondenzací při ještě nižších teplotách a zbývající dusík se odstraní adsorpcí na aktivním uhlí nebo jinými metodami. Tento proces je energeticky náročný, což se odráží na ceně čistého neonu. Hlavními producenty jsou země s velkým ocelářským a chemickým průmyslem, jako je , a .

💡 Využití

Díky svým unikátním vlastnostem má neon řadu specifických využití, zejména v oblasti osvětlení a kryogeniky.

🚦 Neonové osvětlení

Nejznámější a vizuálně nejvýraznější aplikací je použití v osvětlovacích trubicích, známých jako "neony". Když je nízkotlaký neonový plyn v uzavřené skleněné trubici vystaven vysokému napětí (obvykle několik tisíc voltů), dochází k ionizaci plynu a vzniku plazmatu, které emituje charakteristické jasně červenooranžové světlo.

Ačkoliv se termín "neonové světlo" vžil pro všechny podobné typy osvětlení, čistý neon produkuje pouze červenooranžovou barvu. Pro dosažení jiných barev se používají jiné vzácné plyny nebo jejich směsi:

• Argon (často s malou příměsí rtuti) produkuje modré nebo fialové světlo.
• Krypton produkuje bílé až nažloutlé světlo.
• Xenon produkuje světle fialové světlo.
• Helium produkuje růžové světlo.

Různých barevných odstínů se dosahuje také použitím barevného skla nebo nanesením luminoforu na vnitřní stěnu trubice, který je excitován ultrafialovým zářením z plynového výboje (zejména u argonu se rtutí).

❄️ Kryogenika

Kapalný neon se používá jako kryogenní chladivo v aplikacích, kde nejsou nutné extrémně nízké teploty dosahované kapalným heliem. Je levnější než helium a má výrazně vyšší chladicí kapacitu na jednotku objemu. Používá se například pro chlazení infračervených senzorů, vědeckých přístrojů a v některých typech supravodivých magnetů.

🔬 Lasery

Neon je klíčovou součástí jednoho z nejběžnějších typů plynových laserů – He-Ne laseru (helium-neonový laser). V tomto laseru není aktivním médiem neon, ale helium. Atomy helia jsou excitovány elektrickým výbojem a následně předávají svou energii atomům neonu prostřednictvím srážek. Atomy neonu pak emitují koherentní světlo o vlnové délce 632,8 nm, což odpovídá červené barvě. He-Ne lasery jsou cenově dostupné, stabilní a používají se v laboratořích, pro čtení čárových kódů, v holografii a pro zaměřování.

⚡ Další využití

• Indikátory vysokého napětí: Malé neonové doutnavky se používají jako indikátory v elektrických zařízeních a ve zkoušečkách napětí (fázovkách).
• Televizní a plazmové obrazovky: V minulosti se neon používal v plazmových displejích, kde malé buňky naplněné směsí neonu a xenonu vytvářely obraz.
• Potápěčské dýchací směsi: V experimentálních dýchacích směsích pro hlubinné potápění (např. Neox – směs neonu a kyslíku) může neon nahradit helium. Oproti heliu méně zkresluje hlas a má nižší tepelnou vodivost, což snižuje tepelné ztráty potápěče. Je však dražší a má vyšší narkotický potenciál než helium.

🧑‍🏫 Pro laiky

Představte si neon jako velmi "samotářský" a "líný" chemický prvek. Patří do skupiny vzácných plynů, kterým se někdy říká "šlechtické plyny", protože se nechtějí "špinit" reakcemi s jinými prvky. Mají totiž přesně tolik elektronů, kolik potřebují, aby byly dokonale stabilní, takže nemají důvod se s kýmkoli slučovat.

Nejznámější je neon díky svému "světelnému představení". Když neonový plyn zavřete do skleněné trubice a pustíte do něj elektrický proud, atomy neonu se "nabudí" energií. Tuto energii ale nemohou držet věčně, a tak ji rychle zase vyzáří ve formě světla. A protože neon je "naladěn" na specifickou frekvenci, toto světlo má vždy krásnou a výraznou červenooranžovou barvu.

Je důležité vědět, že když vidíte reklamu, která svítí modře nebo zeleně a říká se jí "neon", ve skutečnosti v ní pravděpodobně není čistý neon. Pro jiné barvy se používají jiné vzácné plyny nebo různé triky s barevným sklem. Čistý, pravý neon svítí vždy jen a pouze červenooranžově.

⭐ Zajímavosti

• Světlo z neonové trubice je viditelné i za denního světla a v mlze, proto se často používá pro výstražná a reklamní značení.
• Celkové množství neonu v zemské atmosféře se odhaduje na 6,5 × 10¹³ tun.
• Ačkoliv je na Zemi vzácný, ve vesmíru je ho obrovské množství. Každá nově vznikající hvězda obsahuje neon.
• První neonová reklama v USA byla instalována v roce 1923 v Los Angeles pro prodejce automobilů značky Packard. Stála tehdy 24 000 dolarů.

Šablona:Aktualizováno