（Neon）是原子序數(shù)為10的化學(xué)元素，位于元素周期表第二周期的0族，元素符號(hào)為Ne，是稀有的惰性氣體，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭，無(wú)毒且不可燃。氖的原子量為20.1797，電子排布為1s22s22p6，化合價(jià)為0，有3種穩(wěn)定同位素和17種放射性同位素。氖單質(zhì)由其單原子分子組成，可分布在太陽(yáng)系天體和大氣層中，其相關(guān)化合物如[B12(CN)11Ne]?、(N2)6Ne7和NeBeCO3等已被證明可以形成。
氖通常用于照明及作為電子工業(yè)的填充介質(zhì)，最早的霓虹燈便以氖作填充物，可以發(fā)出紅色光芒。在工業(yè)上，氖被作為一種填充介質(zhì)應(yīng)用于激光器中。此外，氖還可用作低溫冷卻劑，標(biāo)準(zhǔn)氣、特種混合氣等，在低溫研究、高能物理、水文地質(zhì)及潛水呼吸方面均有應(yīng)用。
歷史
1898年6月12日，化學(xué)家威廉·拉姆齊爵士（Sir William Ramsay）和化學(xué)家莫里斯·威廉·特拉弗斯（Morris William Travers）在分餾液態(tài)空氣時(shí)，他們首先分離出了氪，再通過(guò)反復(fù)液化和揮發(fā)分離出比氬[yà]輕的氖，通過(guò)光譜分析發(fā)現(xiàn)了該元素，拉姆齊也因發(fā)現(xiàn)氖等一系列稀有氣體而獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們將氖這種元素命名為“Neon”，元素符號(hào)為“Ne”。源于希臘語(yǔ)Neos，意為“新的”。
1902年，法國(guó)人喬治·克勞德創(chuàng)辦了氣體液化公司，作為生產(chǎn)液化氫氣、氧氣、氮?dú)?/a>的副產(chǎn)物，氖氣成本降低了許多，氖普遍使用的基礎(chǔ)由此建立。到1906年，德米特里·門(mén)捷列夫（Дмитрий Иванович Менделеев）發(fā)表出完整的元素周期表，新增了惰性氣體元素族0族，氖是一族中第四個(gè)被發(fā)現(xiàn)的惰性氣體。1909年，法國(guó)工程師喬治（Joy）首次對(duì)密封的氖氣管進(jìn)行放電，并將其制成電燈。次年，喬治·克勞德（Georges Claude）在法國(guó)大皇宮的巴黎車(chē)展上展示兩根充了氖氣的12米長(zhǎng)燈管，聚焦世界眼球，那之后他改進(jìn)技術(shù)申請(qǐng)專(zhuān)利，將其取名氖燈，就是現(xiàn)在的“霓虹燈”。1912年，人類(lèi)歷史上第一個(gè)氖氣廣告牌在一家位于巴黎的理發(fā)店出現(xiàn)。
1913年，約瑟夫·湯姆遜（Joseph John Thomson）在探索陽(yáng)極射線組成的過(guò)程中，通過(guò)磁場(chǎng)和電場(chǎng)引導(dǎo)出了氖離子流。同年，湯姆孫和阿斯頓（Francis William Aston）用磁分析器發(fā)現(xiàn)了20Ne和22Ne兩種天然氖的同位素。直到1919年，氖的兩種同位素20Ne和22Ne的存在被阿斯頓制成質(zhì)譜儀的所證明，并指出它們?cè)谀蕷庵械谋壤s為10:1，（后來(lái)的研究又發(fā)現(xiàn)了第三種同位素21Ne）。
1928年，赫茲（Gustar Hertz）用多級(jí)擴(kuò)散法分離了氖的同位素。
分布情況
氖元素在宇宙中豐度僅次于氫、氦、氧、碳，為1300000ppb（重量），因?yàn)檠鹾撕汀唉亮Ｗ印焙ず艘追磻?yīng)生成氖核，但氖元素在地球上含量稀少，與宇宙豐度相比，氖在地殼中的豐度僅為3.0ppb，因其與其他元素很難發(fā)生反應(yīng)生成化合物沉淀在地表上，而只在空氣里有極微含量的氖。
太陽(yáng)系中的天體基本都能發(fā)現(xiàn)氖的構(gòu)成。在太陽(yáng)中，氖的豐度可達(dá)1000000ppb。在金星大氣中，除主要化學(xué)CO2（約96.5%）、N2（約3.3%）外，氖的含量可達(dá)7±3ppm，火星大氣中則含有大量的氬和氖，該結(jié)論由1974年蘇聯(lián)火星探測(cè)器發(fā)現(xiàn)后所得，木星的上層大氣厚度大且密度高，其中包含有水蒸氣、氦氣、氫氣、碳、硫和氖等化學(xué)物質(zhì)。氦、氖和氬還是月球外逸層的主要成分，除此之外，天王星大氣中也能發(fā)現(xiàn)除氫外的少量氖氣。
性質(zhì)
同位素
氖有三種穩(wěn)定同位素，分別是20Ne、21Ne和22Ne，三者的相對(duì)豐度為1：0.0029：0.097，另還有17種放射性同位素。其中20Ne是自然界中主要存在的元素，在氖的含量中占91%。
同位素的物理化學(xué)性質(zhì)相近，所以分離困難，赫茲發(fā)明的質(zhì)量擴(kuò)散法可用于分離氖同位素，這也是最主要的方法，同時(shí)還可分離氦和氖。
物理性質(zhì)
氖常溫下是氣體，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭且無(wú)毒，原子量為20.1797，密度為0.825g/L，熔點(diǎn)248.59°C，沸點(diǎn)為-246.08°C，微溶于水，水中溶解度為1.47mL/100mL，每平方米的空氣中有18.2mL氖，臨界溫度228.75°C，臨界壓力為2.72×103kPa，熔化熱334.94J/摩爾，氣化熱1.696kJ/mol，第一級(jí)電離勢(shì)21.559v。氖的三相點(diǎn)是24.562K，比正常沸點(diǎn)低2.7K，液氖是無(wú)色透明的液體，沸點(diǎn)低、蒸發(fā)潛熱高。在液氖上部抽蒸汽很容易就使液氖變?yōu)楣虘B(tài)。
化學(xué)性質(zhì)
氖原子較小，原子核對(duì)電子束縛能力強(qiáng)，所以化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因其性質(zhì)不活潑，所以不會(huì)燃燒和助燃。氖的相關(guān)化合物已有陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，如在低溫氖氣中通過(guò)激光蒸發(fā)和共同沉積方式制備的NeBeCO3，在高壓環(huán)境下通過(guò)范德華力形成(N2)6Ne7，以及在高溫微波反應(yīng)中生成的[B12(CN)12]2?，但這些化合物還不能在環(huán)境中穩(wěn)定存在。
當(dāng)恒星內(nèi)的溫度T＞1.5×109K時(shí)，氖會(huì)發(fā)生燃燒，其燃燒的核反應(yīng)式及釋放的能量如圖所示：
應(yīng)用領(lǐng)域
照明及電子工業(yè)
氖在低壓下放電會(huì)激發(fā)出穿透力極強(qiáng)的紅橙色的光，可穿透濃霧，所以是制作霓虹燈和指示燈的填充介質(zhì)，如陰極管、電壓調(diào)節(jié)管、高壓氖燈和計(jì)數(shù)管等，也可用于各種重要航標(biāo)以及測(cè)量?jī)x器的顯示器里，與氬混合可發(fā)出亮藍(lán)色光，可用于水銀燈和鈉蒸汽燈的填充。氖與氬、氮的混合氣體廣泛用于霓虹燈和氣體激光器。氖管是有氖氣和兩個(gè)電極的輝光放電管，與高阻值電阻串聯(lián)后可制成試電筆，以人體為回路測(cè)試市電線路對(duì)地是否存在電壓，避免觸電。真空避雷器里充有氦氣、氬氣或氖氣，雷電落入到線路上會(huì)發(fā)出紫色的輝光。
制冷劑
液氖的沸點(diǎn)低，蒸發(fā)潛熱高，有極大的惰性，所以被用于26～40K區(qū)間的低溫冷源，在液化和冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用十分安全。液氖作為低溫制冷劑，單位體積的制冷量是液氦的40倍以上，是液氫的3倍以上。在氣泡室、自由基和低溫泵的研究和應(yīng)用中可代替氫成為安全的低溫介質(zhì)。
激光技術(shù)
氖也用于激光技術(shù)，激光與光一樣都屬于電磁波，具有頻率和波長(zhǎng)。可做激光混合氣的成分，氦氖激光器是第一種氣體激光器，也是重要的紅色放射源，氦氖混合氣體是該激光器的工作物質(zhì)，氖原子可發(fā)射激光，氦氣則用來(lái)改善混合氣體的放電特性，提高激光器的輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率，在醫(yī)學(xué)治療（激光理療和針灸、弱激光血管內(nèi)照射等）、植物育種、建筑測(cè)量、準(zhǔn)直指示、照排印刷和激光陀螺等方面均有應(yīng)用。
氦-氖激光對(duì)生物體有刺激作用，可刺激皮膚蛋白的合成，影響酶活性，增加紅細(xì)胞數(shù)量，加速血管生長(zhǎng)，促進(jìn)創(chuàng)面愈合；還可作用于神經(jīng)末稍調(diào)節(jié)機(jī)體狀況，有消炎、鎮(zhèn)痛和止癢作用。對(duì)潰瘍、炎癥等有一定療效。
高能物理
用于高能物理研究用氣，火花室內(nèi)充滿氖可探測(cè)核微粒的行徑。氖閃光管室可用于宇宙線稀有事例和中微子相互作用的研究，還可以用來(lái)尋找核子衰變。高線性能傳遞粒子輻射化學(xué)研究中用20Ne作為加速粒子可提高產(chǎn)品的得率。
潛水呼吸氣
氖可用作潛水呼吸氣源，有導(dǎo)熱系數(shù)低、熱散失較小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)無(wú)類(lèi)似氦氣引起的語(yǔ)言問(wèn)題，也無(wú)類(lèi)似氨氣引起的麻醉問(wèn)題。深海作業(yè)時(shí)可用氖配置合成呼吸氣，也可用于深海潛水或宇航中的呼吸混合器。但使用氖氣的不足在于其價(jià)格昂貴，且呼吸阻力較大。
水文地質(zhì)
氖可用來(lái)矯正3H-3He的年齡，根據(jù)地下水中溶解的氖濃度確定古溫度，估算冰川融水流量和計(jì)算地幔及地殼釋放的He數(shù)量。
制備方法
空氣是工業(yè)生產(chǎn)氖的唯一原料源，采用空氣分離塔在制氧氣、氮?dú)?/a>的同時(shí)提取氦和氖的混合氣體，再經(jīng)氫氣冷凝法或活性炭硅膠吸附作用，可分離制得氖。
大體分為三個(gè)步驟：第一步從空氣中制備粗氖、氦氣，在空分裝置主冷凝器氖氦抽口引出的氣相混合物，經(jīng)氖氦濃縮塔分離之后，可得到含Ne-He 50%-60%的粗氖氦混合氣；第二步制取純氖、氦混合氣，將粗氖、氦氣用加氧催化法脫氫，然后負(fù)壓下用液氮冷凝和低溫吸附法除去氮即可得到純氖、氦的混合氣；第三步將氖與氦分離，制得純品。
氖、氦混合氣分離
冷凝法
冷凝法可用氫循環(huán)、氖循環(huán)或氦的氣冷循環(huán)來(lái)提供冷量，將氖由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)和固態(tài)以達(dá)到分離目的。氖和氦的沸點(diǎn)相差23K左右，所以可以控制溫度使高沸點(diǎn)的氖冷凝，氦保持氣態(tài)不變來(lái)進(jìn)行分離。此方法能得到高純度的氖，最高純度可達(dá)99.9%。
吸附法
按照解吸方法的不同有變溫吸附法和變壓吸附法。變溫吸附是在高壓、低溫的條件下進(jìn)行吸附，在低壓、高溫下進(jìn)行解吸，吸附劑通常使用活性炭。此方法制得的氖純度可達(dá)99.9%，提取率為82%，解吸徹底且提取率高，但操作復(fù)雜，能耗高。變壓吸附法吸附床層的溫度幾乎不變，只利用壓力效應(yīng)進(jìn)行解吸。分兩階段提取氖和氦，先將氦、氖混合氣在液氮溫度下吸附分離得到粗氖和氦，再進(jìn)一步加壓進(jìn)行第二次吸附得到純氖和純氦。
結(jié)構(gòu)
氖有一個(gè)封閉殼結(jié)構(gòu)氖原子有10個(gè)核外電子，在正常情況下，有兩個(gè)電子處于1s態(tài)，兩個(gè)電子處于2s態(tài)，六個(gè)電子處于2p態(tài)，電子排布1s22s22p6，有3個(gè)殼層，即1s，2s和2p層，1s和2s層的電子云呈球形對(duì)稱(chēng)分布, 2p層呈紡錘形，這就是氖原子的基態(tài)。
其基態(tài)為1s0，具有零自旋和軌道角動(dòng)量，n=2外層充滿2個(gè)s電子和6個(gè)p電子。當(dāng)氖原子受激時(shí)，通常只有一個(gè)2p電子會(huì)被激發(fā)到較高能態(tài)，其余電子仍保留在原態(tài)。所以氖原子可能會(huì)形成1s22s22p53S，1s22s22p53p，1s22s22p54s，1s22s22p55s等一些受激態(tài)。激發(fā)原子需要改變主量子數(shù)至n=3層，因此需要大量能量，以上事實(shí)和零角動(dòng)量說(shuō)明氖具有情性。
氖是立方晶系晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a=4.52?(-253℃)，晶體為A1型密堆積，因?yàn)?a href="/hebeideji/1900699163208461085.html">沸點(diǎn)較低，所以氖晶體一般只在低溫下存在。
安全事宜
危害
氖氣無(wú)毒，但濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致窒息，表現(xiàn)為呼吸加快，注意力不集中、脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)，隨后出現(xiàn)疲倦、乏力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐，甚至死亡。液態(tài)氖與皮膚接觸會(huì)引起凍傷。
氖氣泄露后，應(yīng)保持通風(fēng)，使用帶隔絕式呼吸器的氣密性化學(xué)防護(hù)服，誤吸入氖氣后應(yīng)立刻遠(yuǎn)離泄漏源到通風(fēng)、空氣新鮮的地方，必要時(shí)進(jìn)行人工呼吸，并及時(shí)就醫(yī)。
儲(chǔ)存
需將盛放氖氣的容器密封在干燥通風(fēng)的地方，若在建筑物內(nèi)貯存，應(yīng)保持通風(fēng)良好，且建筑物要有耐火條件或設(shè)備，鋼瓶盛裝的氖是濃縮氣體，受熱時(shí)容器內(nèi)壓增大，可能會(huì)有開(kāi)裂和爆炸危險(xiǎn)。
消防
著火時(shí)，需要用霧狀水保持氖鋼瓶的冷卻。
安全標(biāo)識(shí)
GHS分類(lèi)
參考資料 >
Ne.PubChem.2023-02-21
Ne(Element).PubChem.2023-02-21
Neon - 10 Ne: geological information.web element.2023-06-13
AtomicWeightofNeon.ciaaw.2023-06-13
純氖和高純氖.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)全文公開(kāi)系統(tǒng).2023-05-27