کاربرد عنصر نئون چیست؟ خواص و ویژگی نئون را می شناسید؟

خواندن این مطلب 8 دقیقه زمان میبرد

عنصر نئون از دسته گاز های نجیب بوده و در گروه ۱۸ و تناوب دوم جدول تناوبی مندلیف جای گرفته است. نماد شیمیایی عنصر نئون با Ne شناخته می شود. عدد اتمی عنصر نئون ۱۰ و عدد جرمی آن ۲۰.۱۷۹۷ است. ساخت لامپ نئون از کاربرد و ویژگی عنصر نئون بوده و برتری های ویژه ای نسبت به محصولات مشابه دارد. عنصر نئون در دسته گازهای نجیب پایین تر از هلیم و بالا تر از عنصر آرگون قرار گرفته است. از خواص عنصر نئون در طبیعت می توان به گازی شکل و بی رنگ بودن آن اشاره کرد. عنصر نئون نیز مانند سایر گاز های نجیب، عنصری بی اثر است. اما این عنصر در شرایط آزمایشگاهی با فلوئور واکنش داده و ترکیباتی با رنگ های جذاب تشکیل می دهد. در ادامه این مقاله به کاربرد و ویژگی عنصر نئون می پردازیم.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی خواص و معرفی بسیاری از عناصر جدول تناوبی پرداخته است. مانند: فلوئور، لیتیم، کربن، نیتروژن و… . در ادامه با شناخت خواص فیزیکی و خواص شیمیایی عنصر نئون با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

پیشینه عنصر نئون

عنصر نئون که در یونانی به آن Neos به معنی جدید گفته می شد، توسط دانشمندانی به نام ویلیام رمزی و موریس تراورس در سال ۱۸۹۸ در لندن کشف شد. کاربرد عنصر نئون معمولا به شکل گاز با مولکول هایی حاوی یک اتم نئون هستند. این ماده از گازهای نادر است. این ماده در ارتفاع ۶۵۰۰۰ متری در قسمت اول اتمسفر زمین یافت می ‌شود. مایع برودتی نئون را با سرد کردن هوا و سپس تقطیر آن می‌توان به دست آورد.

البته آن ها به جز این ماده، گاز های نجیب کریپتون و زنون را نیز کشف کردند. درواقع عنصر نئون دومین عنصر اکتشافی آن ها بود. این دانشمندان به علت کشف عناصر گروه گاز های نجیب موفق به دریافت جایزه نوبل شدند.

ویژگی عنصر نئون عنصر شماره ۱۰ جدول تناوبی

عنصر نئون دومین گاز نجیب سبک است. نشان شیمایی عنصر نئون یعنی عنصر شماره ۱۰ جدول تناوبی Ne است. در حالت استاندارد این ماده به صورت گازی بدون رنگ و بو و مزه است. واکنش پذیری عنصر نئون مانند سایر گازهای نجیب بسیار پایین است. عدد اتمی ۱۰ برای این عنصر تعریف شده است. گروه ۱۸ و تناوب دوم جایگاه عنصر نئون در جدول مندلیف است. آرایش الکترونی عنصر نئون به صورت ۱s^۲ ۲s^۲ ۲p^۶ بوده و تعداد الکترون لایه ظرفیت عنصر نئون ۸ است. این ماده در لامپ های خلأ نور نارنجی مایل به قرمز از خود ساطع می کند.

کاربرد عنصر نئون در بسیاری موارد به عنوان خنک کننده ارزان‌تر در مقایسه با هلیوم شناخته می شود. درواقع در ولتاژ معمولی، این ماده در بین گازهای کمیاب بیشترین تخلیه را دارد. هر اتم Ne شامل ۱۰ پروتون و ۱۰ الکترون است. تعداد نوترون ها در هر ایزوتوپ متفاوت است. ایزوتوپ نئون-۲۰ شامل ۱۰ نوترون، ایزوتوپ نئون-۲۱ شامل ۱۱ نوترون و ایزوتوپ نئون-۲۲ شامل ۱۲ نوترون می باشد.

درصد فراوانی ایزوتوپ عنصر نئون

این ماده در مجموع ۱۱ ایزوتوپ دارد. از میان این ایزوتوپ ها تنها سه مورد از آن ها پایدار هستند. از نظر درصد فراوانی ایزوتوپ Ne-20 با فراوانی ۹۰.۴۸% فراوان ترین ایزوتوپ نئون می باشد. Ne-21 با درصد فراوانی ۰.۲۷% کمترین فراوانی را در بین ایزوتوپ های طبیعی این عنصر داراست. ایزوتوپ Ne-22 نیز با داشتن ۲۵.۹% فراوانی از دیگر ایزوتوپ های این ماده بشمار می آید.

Ne- 22 نوکلئوژنیک بوده و اختلاف آن ها به خوبی مشخص می شود. اما Ne-20 به صورت نوکلئوژنیک شناخته نشده و تغییرات آن در زمین در حال بررسی می باشد.

واکنش های شیمیایی ایزوتوپ نئون را به وجود می آورند. این واکنش ها در ادامه بررسی شده اند.

واکنش های ارسال نوترون، فروپاشی آلفا در Mg-24 و Mg-25 که ایزوتوپ Ne-21 و ایزوتوپ Ne- 22 را تولید می کنند.

تجزیه ایزوتوپی سنگ های خاکی نیز پیدایش اولیه Ne-21 را نشان می دهند. ایزوتوپ Ne-21 توسط واکنش های هسته ای بر Si، Na، Mg، Al به وجود می آیند. با تجزیه نمودن سه ایزوتوپ ترکیبات اولیه از نئون ماگمایی و نئون هسته ای تعیین می شود. این عمل نشان می دهد که استفاده از خواص عنصر نئون ابزاری مناسب جهت تعیین دوره زمین شناسی سنگی و شهاب سنگی است.

حجم ایزوتوپی عنصر نئون نشان می دهد که این ماده منبعی غیر جوی دارد. ترکیبات غنی شده Ne-20 از عناصر اولیه گاز های نادر در زمین بوده و معرف نئون خورشیدی هستند. همچنین Ne-20 غنی شده در الماس ها وجود دارد که دلیل دیگری بر وجود نئون خورشیدی در زمین است.

ترکیبات عنصر نئون

اگر چه نئون در بسیاری از موارد عملی یک گاز بی ‌اثر است، اما در آزمایشگاه و در ترکیب با فلوئور، ترکیبات رنگی جالبی را به وجود می‌آورد. این عمل باعث شده که این‌طور تصور شود که ترکیب نئون به‌صورت طبیعی وجود دارد. اما مدارک و شواهد کافی برای رد یا تایید این فرضیه وجود ندارد. یون های ⁺Ne و ⁺NeH و ⁺NeAr و HeNe⁺ در طیف‌سنجی جرمی مشاهده شده‌اند. این ماده همچنین می‌تواند یک هیدرات ناپایدار را نیز به وجود آورد.

کاربرد عنصر نئون

با مصرف و کاربرد گاز نئون در لامپ نئون با ولتاژ کم، لوله های تخلیه ولتاژ بالا و تابلو های تبلیغاتی نئون نور نارنجی مایل به قرمزی ایجاد می شود.

خط نشر قرمز نئون منجر به ایجاد نور قرمز خاصی از لیزر های هلیوم – نئون می شود.

استفاده در لوله های پلاسما و کاربردهای برودتی دیگر کاربرد عنصر نئون است.

کاربرد و مصرف عنصر نئون در تیوب های خلأ، علائم ولتاژ بالا، آذرخش گیر ها، تیوب های اندازه گیری موج، لامپ های تلویزیون و لیزر های نئون-هلیم نیز وجود دارد.

از عنصر نئون مایع به عنوان یک مبرد برودتی در مواردی که نیاز به رنج دمایی خیلی پایین نیست، استفاده می شود.

سرمازایی یک ویژگی عنصر نئون است. سرمازایی این ماده ۴۰ برابر هلیوم مایع و ۳ برابر هیدروژن مایع است. بنابراین در یخچال‌سازی کاربرد دارد.

یکی از مهم ترین کاربرد گاز نئون استفاده از آن در تابلو های تبلیغاتی است. این ماده نوری نارنجی مایل به قرمز روشن ایجاد می کند. توجه شود که نور تیوب های با دیگر رنگ ها هم نئون خوانده می شود. اما در آن ها از گازهای نجیب مختلف با نور فلوئورسنت مختلف استفاده شده است.

توجه

تابلو های نئونی، تابلوهای الکتریکی روشن شده با تیوب های طویل تخلیه گاز در صنعت تولید نماد و تابلوی تبلیغاتی نوری هستند. این تابلو ها حاوی مقدار رقیقی از گاز نئون و سایر گازها هستند. این کاربرد عنصر نئون، معمول ترین کاربرد آن در روشنایی است. این کاربرد مهم اولین بار در سال ۱۹۱۰ به شکل مدرن نشان داده شد.

نور حاصل از گاز نئون توسط هنرمندان و معماران نیز کاربرد زیادی دارد.

از این ماده به شکل اصلاح شده در پنل های نمایش پلاسما و تلویزیون ها نیز استفاده می گردد.

نکته

کاربرد عنصر نئون در لامپ های نئونی از دیگر موارد مصرف این ماده است. این لامپ ها درواقع لامپ های تخلیه گاز کوچک هستند. لامپ نئون شامل یک کپسول گاز کوچک است. این کپسول حاوی مخلوطی از گاز نئون و دیگر گاز ها در فشار کم و دو الکترود (یک آند و یک کاتد) است. وقتی به آن ولتاژ اعمال شده و جریان کافی بین الکترودها برقرار می شود، لامپ نور درخشان نارنجی رنگی را تولید می کند.

مصرف برق پایین و عمر طولانی از مزایای مصرف لامپ نئون است. از این لامپ به عنوان نشان گر روشن و خاموش در پاور برق تجهیزات الکتریکی نیز استفاده می شود.

در نمایش نماد حروف و اعداد نوری نیز از این لامپ ها استفاده می شود.

قیمت عنصر نئون در حالت مایع یا گاز قیمت گرانی است. درواقع گران بودن گاز نئون به دلیل کمیاب بودن آن است. زیرا این ماده بر خلاف گاز هلیوم تنها در هوا یافت می شود.

طریقه تولید عنصر نئون

گاز نئون به طور صنعتی از تقطیر جز به جز هوای مایع به دست می آید. از آنجا که هوا تنها منبع گاز نئون است. این گاز معمولا از گاز هلیوم هم گران تر است.

بوسیله فرآیند های مختلف شیمیایی و فیزیکی، مخلوط نئون خام خالص سازی می گردد. وقتی هوای مایع به صورت جز به جز تقطیر می شود، گاز هلیوم، نئون و نیتروژن به صورت گازی باقی می مانند. زیرا نقطه جوش بسیار پایینی دارند. مخلوط گاز اولیه حاصل از تقطیر جز به جز، ۳ تا ۱۰ درصد مخلوط نئون-هلیوم دارد.

نیتروژن باقیمانده از نئون خام با رفتن به تیوب تقطیر کندانس شده و بخش اعظم نیتروژن جداسازی می شود. سپس برای جداسازی کامل در دستگاه دیگری فرستاده می شود. در نهایت برای حذف کامل نیتروژن، مخلوط گازی را از میان کلسیم کاربید تحت حرارت عبور می دهند. با ایجاد ترکیب کلسیم سیانامید، نیتروژن از آن حذف می شود. مخلوط نهایی حاوی حدود ۷۵٪ نئون و ۲۵٪ هلیم خواهد بود. با عبور دادن این گاز از میان تیوب های سرد شده با نیتروژن مایع، جدا سازی این دو گاز صورت می گیرد.

اثرات عنصر نئون بر سلامتی و محیط زیست

خطر تنفس: آلودگی این مایع به این دلیل است که در صورت نشت خیلی سریع تبخیر می شود. بنابراین حالت فوق اشباع این ماده در هوا ایجاد می شود. در نواحی که این گاز منتشر شده خفگی ایجاد می شود. با تاثیر این عنصر روی سیستم تنفسی در فرد ایجاد خفگی رخ می دهد.

در صورتی که دست با این عنصر تماس یابد، یخ زدگی بافت های بدن رخ می دهد.

در صورت ریخته شدن مایع این عنصر نیز یخ زدگی رخ می دهد.

این ماده در گروه گازهای بی اثر است. اگر مقدار قابل توجهی از این گاز تنفس شود، علائمی مانند سرگیجه، تهوع، استفراغ، بیهوشی و مرگ مشاهده می شود. البته مرگ در صورتی رخ می دهد که فرد در حالت بیهوشی قرار گرفته و نتواند از خود در برابر این گاز محافظت کند.

در شرایط انتشار این گاز اگر میزان اکسیژن محیط پایین باشد، مرگ طی چند ثانیه اتفاق می افتد. گاز های اختناق آور سبب کاهش فشار جزئی اکسیژن در محیط می شوند. درواقع قبل از ظهور علائم خاص، مقدار اکسیژن ممکن است تا ۷۵ درصد مقدار معمولیش در هوا کاهش یابد. البته این اتفاق زمانی در محیط رخ می دهد که غلظت گاز نئون افزایش یافته و ۳۳ درصد از هوا را تشکیل دهد. علائم خاص وقتی بروز می کنند که غلظت به ۵۰ درصد برسد. پس از رسیدن غلظت ۷۵ درصدی گاز نئون در محیط، طی چند دقیقه اثر کشنده اعمال می شود.

علائم مسمومیت با این ماده

تنفس های سریع و شدید و کمبود اکسیژن از اولین علائم خفگی است.

سپس هوشیاری فرد کاهش یافته و عضلات فعالیت خود را از دست می دهند.

پس از گذشت اندک زمانی کلیه حواس پنج گانه از بین خواهند رفت.

ناپایداری روحی رخ داده و فرد احساس خستگی شدید می کند.

به تدریج خفگی ادامه یافته و تهوع و استفراغ در فرد رخ می دهد.

در مرحله آخر با از دست دادن هوشیاری فرد تشنج کرده و به کما می رود و در نهایت منجر به مرگ می شود.

اثرات این ماده بر محیط زیست

نئون در گروه گاز های اتمسفری نایاب است. این ماده از نظر شیمیایی غیر سمی و خنثی است. عنصر نئون آسیب های اکولوژی ایجاد نمی کند.

قیمت عنصر (گاز) نئون

خرید و فروش عنصر نئون در صنعت تولید تابلو های تبلیغاتی از اهمیت زیادی برخوردار است. از این گاز به عنوان ماده اولیه در ساخت نماد و تابلو های تبلیغاتی نوری، تابلو های نئونی، تابلوهای الکتریکی و… استفاده می شود. همان‌طور که قبلا هم اشاره شد، هوا تنها منبع تولید عنصر نئون بوده و تولید گاز نئون نیز در کره زمین کمیاب است. این موضوع منجر به افزایش قیمت عنصر (گاز) نئون نسبت به دیگر گاز هایی می گردد که از جو زمین به دست می آیند.

گاز نئون در حالت مایع یا گاز ماده نسبتا گرانی است. اغلب این گاز از گاز هلیوم هم گران تر است. این ماده با درصد های خلوص مختلفی تولید می شوند. درواقع برای ارائه درصد خلوص آن استانداردی مشخصی وجود دارد.