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氖   10Ne
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外观
气体:无色;在高压电场发出橙红色光芒


氖的光谱线
概况
名称·符号·序数氖(Neon)·Ne·10
元素类别稀有气体
·周期·18 ·2·p
标准原子质量20.1797(6)
电子排布1s2 2s2 2p6
2, 8
氖的电子层(2, 8)
历史
预测威廉·拉姆齐(1897年)
发现威廉·拉姆齐和莫里斯·特拉弗斯(1898年)
物理性质
物态气体
密度(0 °C, 101.325 kPa
0.9002 g/L
沸点时液体密度1.207 g·cm−3
熔点24.56 K,-248.59 °C,-415.46 °F
沸点27.07 K,-246.08 °C,-410.94 °F
三相点24.5561 K(−249 °C),43 kPa
临界点44.4 K,2.76 MPa
熔化热0.335 kJ·mol−1
汽化热1.71 kJ·mol−1
比热容20.786 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 12 13 15 18 21 27
原子性质
氧化态未知
电离能第一:2080.7 kJ·mol−1

第二:3952.3 kJ·mol−1
第三:6122 kJ·mol−1

更多
共价半径58 pm
范德华半径154 pm
杂项
晶体结构面心立方
磁序反磁性
热导率49.1x10-3  W·m−1·K−1
声速(气体,0 °C)435 m·s−1
体积模量654 GPa
CAS号7440-01-9
最稳定同位素
主条目:氖的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
20Ne 90.48% 稳定,带10个中子
21Ne 0.27% 稳定,带11个中子
22Ne 9.25% 稳定,带12个中子

拼音nǎi注音ㄋㄞˇ粤拼naai5;英语:Neon;旧译,讹作),是一种化学元素,其化学符号Ne原子序数为10,原子量20.1797 u。氖在标准状态下是一种无色无味的惰性单原子气体,其密度是空气的三分之二。它在1898年和被发现为三种空气中就有的稀有气体之一,氖是上述三种稀有气体中第二个被发现的,因为它亮红的放射谱线,它马上就被认出是一个新元素。氖这个名字是从希腊文翻译过来的,意思是新的。氖是惰性的,且没有任何不带电的氖的化合物曾被发现。目前所知的氖的化合物仅有离子化合物,而它们是被范德华力束缚在一起的。

在宇宙的核合成的过程中,大量的氖从恒星的氦核作用中产生。虽然氖在宇宙和太阳系中十分常见(氖在宇宙的含量为第5多,仅低于),但其在地球上十分稀少,大约只占总空气体积的18.2ppm(大约与其摩尔分数相同),且在地球表面上含量更少。因为氖为高度挥发的物质且无法合成固态的化合物,所以其在地球及其他类地行星都十分稀少。氖会在新生太阳的温暖下从微行星逸散。虽然和前述原因不同,但氖甚至在木星的外层大气略有些消耗。氖也比空气还要轻,使其甚至能从地球的大气层逸散。

氖在低电压的氖灯、高电压放电管和霓虹灯下会发出明显的红橙色光。氖也应用在等离子管跟冷冻设备中,也有少数的商业用途。它的商业来源主要由液态空气分馏而来。因为空气是唯一的来源,所以氖气较氦气为贵。

特性

氖是第二轻的稀有气体,仅次于。它在真空放电管里发出橙红色的光。氖也拥有所有元素中最小的液态温度范围:24.55K到27.05K(-248.45 °C到-245.95 °C,或-415.21°F到-410.71 °F)。在单位体积中,它的制冷能力高出液态氦40倍,比液态高三倍。在大多数情况下,它是一种较氦廉价的冷却剂。氖是非常典型的气体,非常不容易变成液体或固体,必须要在-248.6°C时才会凝固成固态。氖是一种非常不活泼的元素,几乎不和其他元素相化合,属于 惰性 气体的一种。氖的汽化膨胀比(液体时体积,和在室温一大气压力下,气体时体积的比)为1:1445,是气体中最高的。

在所有稀有气体中,氖的放电在等电压和电流情况下是最强烈的。氖在真空放电管中的颜色为肉眼可见的橙红色,是因许多放射谱线在此范围内所导致。氖亦有一条明亮的绿色谱线,但在一般情况下无法辨识,需以分光器色散后才可看出。

日常生活中有两种常见的氖照明应用。氖灯体积普遍较小,大多在100~250伏特的电压下运作。它们被广泛运用在不断电指示灯和电路测试设备,但发光二极管(LED)如今取代了氖灯在上述应用中的地位。这些简单的氖灯装置是等离子显示器等离子电视的先驱。通常填充氖的霓虹灯在更高的电压下运作(2~15千伏特),而其灯管一般有数米长。灯管经常被塑造成各种形状和文字作为招牌,以及应用在建筑和艺术方面。

应用

氖常被用作霓虹灯,它发典型的红橙色的亮光。其它颜色都是使用汞蒸汽放电来激发磷发的磷光

氖经常被使用在霓虹灯做广告,散发出显眼的亮橙红色光。虽然其它颜色的霓虹灯经常被称为氖灯,但它们使用不同种类的稀有气体或不同颜色的萤光灯。其它应用有:

液态和气态氖相对较昂贵,液态氖的价格可超过液态氦的55倍以上。造成氖价格高昂的主因是氖蕴含量的稀少,与氦不同,氖只能从空气中取得。

氖的三相点温度(24.5561 K)在国际实用温标中被定义为一固定值。

历史

氖在1898年被英国化学家威廉·拉姆齐爵士(1872-1961)和 莫理斯·特拉维斯页面存档备份,存于互联网档案馆)(1872-1961)在伦敦发现 。拉姆齐爵士冷凝空气形成液体后,逐渐加热液态空气,使组成空气的物质因沸点不同,沸腾时分离。从1898年的五月底开始,拉姆齐爵士进行了六个星期的实验。实验结果得到了已被发现的,并将剩余的气体大致按其丰度分离。剩余气体中,第一个被发现的是,在氪被分离后,发现一种在辉光放电下会发出明亮红光的气体。此气体在六月被确定它的存在,被命名为氖,为希腊文中类似拉丁语novum(意为“新的”)的字,此命名由拉姆齐儿子建议。当气态氖在激发态时会放出明亮的红橘色光。特拉维斯后来写到:“来自管子中的赤红色火焰是一个令人难以忘记而且不言而喻的一幕。”

第二种气体和氖一起在报告中被提到,和氩有大约相同的密度但有不同的光谱,拉姆齐和特拉维斯将它命名为metargon。 但是,随后的光谱分析显示metargon其实是混杂一氧化碳的氩气。最后,在1898的九月,这个研究团队用相同的方法发现了

因氖在自然界的含量不高,这点阻碍它在 Moore tubes的应用, Moore tubes为一种使用氮气且在十九世纪早期被商业化的照明。1902之后,乔治·克劳德的公司─法国液空集团生产工业用氖当作他空气液化事业的副产品。在1910的十二月,演示了以密封氖气管为基础的现代霓虹灯。克劳德曾短暂地售出用于室内居家照明的霓虹灯管在1912,克劳德的协会开始销售氖放电管做为一种吸引目光的广告标志,效果比上次成功。氖放电管在1923年被引入美国,由于洛杉矶洛杉矶帕卡德汽车经销商购买了两个大型霓虹灯标志。发光和引人注目的红色使得霓虹灯广告完全不同于竞争对手。霓虹灯的强烈色彩和活力等同于当时的美国社会,暗示著“进步的世纪”,并将城市转变为充满了发光广告和“电子灯板建筑”的令人轰动的新环境。,虽然霓虹灯亮度高,但市场不大,因为屋主多半不喜欢霓虹灯光的颜色。

氖在对了解原子本质的基础研究上发挥作用:当J.J.汤姆孙在研究阴极射线的组成时,将氖离子流打入电场和磁场中,用照相底片观察它的偏转。汤姆孙观察到有两片分开的光在照相底片上。(如图)汤木生最后做出结论:有些在氖气中的氖原子质量比剩余者高。虽然汤木生当时不太了解这个现象,但这是历史上第一次发现稳定原子的同位素。汤木生的装置则是我们现代质谱仪的简略版。

在辉光球作用下发光的氖气

出现

标准状态下氖是单原子的气体。在地球大气层中氖非常稀少,只占其65,000分之一。工业使用液化空气冷却分离的方法来生产氖。

氖的稳定同位素可在某些星球中产生。Ne-20可由碳的核聚变反应或恒星核合成中的碳聚变反应产生。此反应需在1亿克氏温度以上的环境下进行,因此只有质量超过太阳三倍以上之星球的核心符合条件。

氖在宇宙中大量存在;它是宇宙中总质量第五大的化学元素,排序于氢、氦、氧和碳之后(见化学元素)。氖和氦相同,在地球中相对稀少,因其相对较轻,在极低温时的高蒸气压及安定的化学性质,其性质可避免聚集可压缩的气体及尘云,因而形成了如地球般较小而温暖的固体星球。

氖为单原子气体,因此其分子量会比主要构成地球大气的双原子氮和氧小;填充氖气的气球在空气中将会上升,但速度比氦气球慢。

氖在宇宙中约占1/750;在太阳和原星系中的星云则约占1/600。伽利略号太空船在大气探测中发现即使在木星的高层大气,氖的含量仍约为太阳的十分之一,只占1/6000。这可能代表着就算是从外太阳系带氖到木星的冰雪构成微行星,还是因为温度过高以至于无法维持大气中氖含量(木星上其它更重的稀有气体含量是太阳的数倍)。

氖在地球大气层占体积的1/55000或18.2ppm(约略等于其摩尔分数),或空气质量的1/79000。它在地壳中含量较少。工业上利用低温分馏液态空气的方式制造氖气。


在2015年的8月17日,根据月球大气与粉尘环境探测器(LADEE)的探测结果,NASA的科学家报告在月球散逸层(外气层)侦测到氖。

化合物

氖是第一个p区元素的稀有气体,第一个真正符合八隅体的元素。它是惰性的(就像比它轻的同族元素-一样),没有发现具有与氖原子形成共价键的中性分子。使用光谱和质谱分析观察到的含氖的离子包括Ne+(NeAr)+NeH+(HeNe)+。氖的水合物很不稳定。固态氖笼型水合物[永久失效链接]是用冰和氖气在0.35–0.48 GPa和−30 °C环境下所制造出来的。 其中,氖原子并不是和水键结,并且它可自由地穿透这种材料。若要从该笼型水和物中得到氖,可以将它放入真空室好几天,就会得到 Ice XVI页面存档备份,存于互联网档案馆)(最不致密的水晶型)和氖。

常见的鲍林电负性标度是依化学键能量,但这种方法显然不适用于测量惰性的氦和氖。不过,在(Allen electronegativity scale页面存档备份,存于互联网档案馆)),是以原子能量去定义电负性。其中,Allen定义氖为电负性最高的元素,紧跟在后的是氟和氦。

同位素

氖是第二轻的稀有气体。已知的氖的同位素共有11种,包括氖17至氖27,其中有三个稳定同位素:氖-20(90.48%)、氖-21(0.27%)和氖-22(9.25%)。氖-21和氖-22 部分自然存在、部分由核分裂产生 (即由其他带有中子核素或其他环境中的粒子的核反应产生),它们的丰度变化是已知的。相较之下,氖-20(由恒星的核聚变反应产生的主要原始同位素)不被认为是核分裂产物或放射性核素。地球上氖-20含量变化的原因一直被激烈地争论。

产生氖同位素的主要核反应来自镁-24和镁-25的中子捕获α衰变,其产物分别是氖-21和氖-22。α衰变主要是从衰变系列而来的,而中子则是由α衰变的次级反应产生。这个反应系列导致在含铀岩石中(比如花岗岩)可以观察到较高比例的氖-21和氖-22。 氖-21也可能是由氖-20从自然界吸收一个中子而产生。

此外,在裸露岩层中的同位素分析证实了放射性(宇宙射线)氖-21的生成。这个同位素是由的散裂反应产生的。借由分析这三种同位素,可以将宇宙部分的氖与岩浆里的氖和核反应产生的氖区分开来。这表示氖可能可以用来成为测定宇宙中岩石和陨石的暴露时间。

类似于火山气体含有的氖中,氖-20及氖-21的含量相对高于氖-22。这些地幔中的氖同位素含量与大气中的氖不同。氖-20的高含量相异于地球上的其他稀有气体,可能是来自太阳产生的氖。金刚石中氖-20的含量也比较高,进一步说明这个高含量可能确实是来自于地球形成前的太阳系星云。 。

外部链接


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