Неон
Общие сведения
Неон представляет собой химический элемент восемнадцатой группы периодической системы. Это инертный одноатомный газ, не имеющий цвета и запаха. Элемент был открыт в 1898 году в составе атмосферного воздуха британскими исследователями Уильямом Рамзаем и Морисом Траверсом. Название газа происходит от греческого слова, означающего «новый», что было предложено сыном Уильяма Рамзая при открытии элемента. По своей распространенности во Вселенной неон занимает пятое место, уступая лишь водороду, гелию, кислороду и углероду.
Свойства и характеристики
Неон является благородным газом, который существует в виде молекул, состоящих из одного атома. Он абсолютно лишен цвета, вкуса и запаха. Важнейшей химической характеристикой неона является его полная химическая инертность. В отличие от некоторых других благородных газов, для которых в специфических условиях с применением сильных катализаторов удалось синтезировать кратковременные соединения, неон не вступает ни в какие химические реакции и не образует соединений вообще, в том числе не взаимодействует с водой. Отличительной физической особенностью газа является его способность испускать яркое красно-оранжевое свечение при пропускании через него электрического разряда. В природе элемент представлен тремя изотопами: неоном-20, на который приходится около девяноста процентов всего объема, а также неоном-21 и неоном-22.
Нахождение в природе
Во Вселенной неон имеет широкое распространение и составляет примерно одну десятую процента от ее общей массы. Основная часть неона генерируется в недрах звезд и при взрывах сверхновых. Процесс его образования, известный как альфа-процесс, представляет собой захват атомами кислорода альфа-частиц, то есть ядер гелия. Для протекания данного ядерного синтеза требуются температуры свыше ста миллионов градусов. Элемент в значительных количествах присутствует на Солнце и аналогичных звездах, в газовых туманностях, а также на планетах-гигантах, таких как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В звездном веществе неон зачастую занимает третье место по распространенности после водорода и гелия. На Земле запасы неона крайне скудны: в земной коре и атмосфере он содержится в минимальных количествах. В космическом пространстве преобладает изотоп неон-20, в то время как в составе метеоритов обнаруживаются изотопы неон-21 и неон-22, которые, предположительно, образуются непосредственно в самих метеоритных телах в результате специфических ядерных реакций.
Получение
Основным источником для промышленного получения неона служит атмосферный воздух. В процессе разделения сжатого воздуха сначала получают неоно-гелиевую смесь, которую затем подвергают дополнительной обработке для выделения чистого неона. Для этого применяются методы адсорбции и конденсации. Адсорбционный метод основан на способности неона поглощаться холодным активированным углем, в то время как гелий такой способностью не обладает, что позволяет собирать неон на углеродном носителе. Конденсационный метод предполагает вымораживание неона при охлаждении смеси жидким водородом, однако этот способ отличается высокой стоимостью. Исторически значительная часть мирового производства неона приходилась на Украину, производственные мощности которой в Мариуполе и Одессе обеспечивали до шестидесяти пяти процентов глобального рынка. В связи с остановкой данных предприятий вследствие военных действий структура рынка претерпела изменения. Ведущие позиции в производстве занял Китай, что также сопровождалось существенным дефицитом и повышением мировых цен на данный газ в шесть раз.
Применение
Наиболее известным направлением использования неона является производство газоразрядных ламп. Начиная с 1910 года стеклянные трубки заполняются смесью неона и азота для создания источников света, излучающих характерное красно-оранжевое свечение. При добавлении других инертных газов или использовании различных добавок можно получать и иные цветовые оттенки, например, голубой. Подобные лампы обладают высокой надежностью и применяются в качестве сигнальных огней на маяках и аэродромах. В медицинской и водолазной практике неон применяется для создания специальных дыхательных смесей. Смесь неона, гелия и кислорода используется для дыхания водолазов и специалистов, работающих в условиях повышенного давления, что позволяет избежать развития азотного наркоза. Облегченные неоно-гелиевые смеси также находят применение в медицине для облегчения состояния пациентов с расстройствами дыхания. При нормальном атмосферном давлении неон не оказывает наркотического воздействия на организм, однако при повышенном давлении может вызывать симптомы легкого наркотического характера. При этом вдыхание неона в высоких концентрациях без кислорода представляет смертельную опасность: поскольку газ лишен запаха и не воспринимается органами чувств, он вызывает стремительную асфиксию и гибель без предварительных симптомов удушья.