Rīgas Xskola
Ķīmiskā elementa Nr. 10
– neona –
raksturojums.
Darbu veica
X
1999
Ķīmisko elementu periodiskās (Mendeļejeva) sistēmas elements ar numuru 10 ir neons. Neona, tāpat kā pārējo VIIIA (jeb 18.) grupas elementu – hēlija, argona, kriptona, ksenona un radona -, veidotās vienkāršās vielas sauc par cēlgāzēm (agrāk – arī par inertajām gāzēm, pirms atklāja, ka kriptons un ksenons tomēr ir reaģētspējīgas vielas).
1. Atomu uzbūve.
Neona (Ne) atomā valences orbitāles ir aizpildītas (1s22s22p6), tāpēc parastajos apstākļos neons valentos savienojumus neveido. Neona atomi ir samērā stipri polarizēti, t.i., tiem piemīt samērā liela tieksme veidot starpmolekulāros savienojumus. Neona ārējā elektronu slānī ir 8 elektroni, kas veido ļoti stabilu sistēmu, tāpēc neonam nav tieksmes elektronus nedz uzņemt, nedz atdot.
Cēlgāzes sastāv no atsevišķiem atomiem un ir bezkrāsainas gāzes ar ļoti zemu ķīmisko aktivitāti. Tās ir vienīgās vielas, kas Zemes apstākļos veidotas no brīviem, nesaistītiem atomiem. Tas liecina, ka to atomu elektronu konfigurācija ir ļoti stabila un netiecas pārveidoties, pievienojot, atdodot vai apvienojot elektronus.
Neons nesavienojas ne ar kādiem elementiem, tāpēc tā atommasu nevar noteikt ar parastajiem paņēmieniem. Neona ( un citu cēlgāzu) atommasas atrašanai izmanto tīri fizikālu metodi, kas pamatojas uz attiecību starp gāzes īpatnējo siltumu pie pastāvīga spiediena un tās īpatnējo siltumu pie pastāvīga tilpuma. Pēc šīs attiecības lieluma var spriest, cik atomu ir gāzes molekulā. Tā konstatēja, ka neona molekulas sastāv tikai no viena atoma, tātad neona molmasa (20,179 g/mol) (jeb molekulmasa) ir vienlīdzīga tā atommasai (20,179 g).
2. Atrašanās dabā, iegūšana.
Jau 1785. gadā angļu ķīmiķis G. Kavendišs pierādīja, ka apmēram 1/120 (viena simtdivdesmitā) daļa no gaisa tilpuma ir inerta, taču tālākus pētījumus viņš neveica.
Tomēr vēl pagājuša gadsimta beigās domāja, ka gaiss sastāv tikai no skābekļa un slāpekļa. Taču 1894. gadā angļu fiziķis Relejs pievērsa uzmanību tam, ka no gaisa iegūtā slāpekļa īpatnējais svars vienmēr ir nedaudz lielāks nekā tīram slāpeklim, kas iegūts no tā savienojumiem. No gaisa iegūtā slāpekļa 1 litrs sver 1,2572 gramus, bet no savienojumiem iegūtais slāpeklis sver 1,2505 gramus. Par Releja atklājumiem ieinteresējās ķīmijas profesors Ramzajs, kurš izteica domu, ka svara starpība izskaidrojama ar kādas smagākas gāzes piemaisījumu slāpeklim. Abi zinātnieki stājās pie atmosfēras slāpekļa pētīšanas. Lai atdalītu no slāpekļa iedomāto gāzi, Ramzajs izmantoja slāpekļa spēju sildot savienoties ar magniju, izveidojot magnija nitrīdu Mg3N2. Daudzreiz laižot atmosfēras skābekli caur cauruli ar sakarsētu magniju, Ramzajs atlikumā dabūja nedaudz smagas gāzes, kas nesavienojās ar magniju. Relejs izdarīja citādu mēģinājumu: viņš iedarbojās uz slāpekļa un skābekļa maisījumu ar elektrisko dzirksteli. Šādos apstākļos slāpeklis savienojas ar skābekli, izveidojot slāpekļa oksīdu NO, kurš vēlāk pāriet slāpekļa dioksīdā NO2; pēdējo absorbēja sārma šķīdumā. Rezultātā arī viņš no atmosfēras slāpekļa ieguva nelielu daudzumu gāzes, kas elektriskās dzirksteles iedarbības rezultātā nesavienojās ar skābekli. Tā gaisā atklāja jaunu, līdz tam nepazīstamu gāzi, kuru nosauca par argonu (Ar); pēc argona atklāja vēl četrus jaunus gāzveida elementus – hēliju (He), neonu (Ne), kriptonu (Kr) un ksenonu (Xe). Tagad ir pazīstams arī radons (Rn).
Mūsdienās neonu iegūst kopā ar hēliju kā blakusproduktu gaisa sašķidrināšanas un sadalīšanas procesā. Neonu un hēliju atdala vienu no otra, izmantojot adsorbciju vai kondensāciju. Adsorbcijas metode pamatojas uz neona spēju atšķirībā no hēlija adsorbēties uz aktīvās ogles, kuru dzesē ar šķidru slāpekli. Kondensācijas metodes pamatā ir neona izsaldēšana, maisījumu atdzesējot ar šķidru ūdeņradi.
3. Savienojumi, to īpašības.
Kā jau es iepriekš minēju, neons savienojumus praktiski neveido, tādēļ šajā daļā nedaudz pastāstīšu par pašu neonu:
• neona daudzums gaisā ir vidēji 0,0015%.
• dabiskais neons sastāv no trim stabiliem izotopiem – 20Ne, 21Ne un 22Ne.
• neonam ir ļoti zema viršanas temperatūra (– 245,9 oC ) un kušanas temperatūra ( — 248,6 oC); šajā ziņā tas atpaliek tikai no hēlija un ūdeņraža.
• tāpat kā hēlijs, neons parastajos apstākļos ir ķīmiskā ziņā inerts. Bet, ja to elektriskās izlādes procesā ierosina, tas veido Ne2+ tipa molekulārus jonus. Pieņem, ka attiecīgos apstākļos var iegūt BeNe molekulas, kas ir izoelektroniskas CO molekulām.
• salīdzinājumā ar hēliju, neonam piemīt nedaudz lielāka šķīdība, spēja adsorbēties u.c.
• cieta neona skaldne ir kubisks režģis.
4. Nozīme tautsaimniecībā.
Ja elektriskā strāva zemā spiedienā tiek laista caur caurulīti, kas piepildīta ar neonu, tā izstaro gaišu, oranžsarkanu gaismu, tādēļ neons tiek lietots reklāmās, signalizācijai un citur (piemēram, bāku vai miglas gaismām un citām apgaismošanas ierīcēm), kā arī luminiscences spuldžu pildīšanai (N2, He un apmēram 40% Ne). Neonu lieto arī sprieguma stabilizatoru (elektrovakuumtehnikā), fotoelementu un citu ierīču pildīšanai; neona caurules lieto arī elektrotehnikā kā strāvas taisngriežus, arī sprieguma uztvērējos un pat lāzeros!
Izmantotā literatūra:
• E. Jansona redakcijā. Ķīmija /rokasgrāmata skolēniem/. – R.: Zvaigzne, 1994.
• L. Kamzole, V. Brunere, A. Blūms. Ķīmija /profilkurss 10. klasei/. – Aizkraukle: Krauklītis, 1996.
• Ahmetovs. Neorganiskā ķīmija. – R.:Zvaigzne, 1971.
• Gļinka. Vispārīgā ķīmija. – R.: Latvijas valsts izdevniecība, 1959.