（Neon）是原子序數(shù)為10的化學元素，位于元素周期表第二周期的0族，元素符號為Ne，是稀有的惰性氣體，無色、無味、無臭，無毒且不可燃。氖的原子量為20.1797，電子排布為1s22s22p6，化合價為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)應用于激光器中。此外，氖還可用作低溫冷卻劑，標準氣、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用。
歷史
1898年6月12日，化學家威廉·拉姆齊爵士（Sir William Ramsay）和化學家莫里斯·威廉·特拉弗斯（Morris William Travers）在分餾液態(tài)空氣時，他們首先分離出了氪，再通過反復液化和揮發(fā)分離出比氬[yà]輕的氖，通過光譜分析發(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獎。他們將氖這種元素命名為“Neon”，元素符號為“Ne”。源于希臘語Neos，意為“新的”。
1902年，法國人喬治·克勞德創(chuàng)辦了氣體液化公司，作為生產(chǎn)液化氫氣、氧氣、氮氣的副產(chǎn)物，氖氣成本降低了許多，氖普遍使用的基礎由此建立。到1906年，德米特里·門捷列夫（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，氖是一族中第四個被發(fā)現(xiàn)的惰性氣體。1909年，法國工程師喬治（Joy）首次對密封的氖氣管進行放電，并將其制成電燈。次年，喬治·克勞德（Georges Claude）在法國大皇宮的巴黎車展上展示兩根充了氖氣的12米長燈管，聚焦世界眼球，那之后他改進技術(shù)申請專利，將其取名氖燈，就是現(xiàn)在的“霓虹燈”。1912年，人類歷史上第一個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）在探索陽極射線組成的過程中，通過磁場和電場引導出了氖離子流。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，并指出它們在氖氣中的比例約為10:1，（后來的研究又發(fā)現(xiàn)了第三種同位素21Ne）。
1928年，赫茲（Gustar Hertz）用多級擴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），因為氧核和“α粒子”氦核易反應生成氖核，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。
太陽系中的天體基本都能發(fā)現(xiàn)氖的構(gòu)成。在太陽中，氖的豐度可達1000000ppb。在金星大氣中，除主要化學CO2（約96.5%）、N2（約3.3%）外，氖的含量可達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%。
同位素的物理化學性質(zhì)相近，所以分離困難，赫茲發(fā)明的質(zhì)量擴散法可用于分離氖同位素，這也是最主要的方法，同時還可分離氦和氖。
物理性質(zhì)
氖常溫下是氣體，無色、無味、無臭且無毒，原子量為20.1797，密度為0.825g/L，熔點248.59°C，沸點為-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，第一級電離勢21.559v。氖的三相點是24.562K，比正常沸點低2.7K，液氖是無色透明的液體，沸點低、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)。
化學性質(zhì)
氖原子較小，原子核對電子束縛能力強，所以化學性質(zhì)穩(wěn)定，因其性質(zhì)不活潑，所以不會燃燒和助燃。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)境下通過范德華力形成(N2)6Ne7，以及在高溫微波反應中生成的[B12(CN)12]2?，但這些化合物還不能在環(huán)境中穩(wěn)定存在。
當恒星內(nèi)的溫度T＞1.5×109K時，氖會發(fā)生燃燒，其燃燒的核反應式及釋放的能量如圖所示：
應用領(lǐng)域
照明及電子工業(yè)
氖在低壓下放電會激發(fā)出穿透力極強的紅橙色的光，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、高壓氖燈和計數(shù)管等，也可用于各種重要航標以及測量儀器的顯示器里，與氬混合可發(fā)出亮藍色光，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，以人體為回路測試市電線路對地是否存在電壓，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發(fā)出紫色的輝光。
制冷劑
液氖的沸點低，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。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、建筑測量、準直指示、照排印刷和激光陀螺等方面均有應用。
氦-氖激光對生物體有刺激作用，可刺激皮膚蛋白的合成，影響酶活性，增加紅細胞數(shù)量，加速血管生長，促進創(chuàng)面愈合；還可作用于神經(jīng)末稍調(diào)節(jié)機體狀況，有消炎、鎮(zhèn)痛和止癢作用。對潰瘍、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，還可以用來尋找核子衰變。高線性能傳遞粒子輻射化學研究中用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，有導熱系數(shù)低、熱散失較小等優(yōu)點，同時無類似氦氣引起的語言問題，也無類似氨氣引起的麻醉問題。深海作業(yè)時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格昂貴，且呼吸阻力較大。
水文地質(zhì)
氖可用來矯正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、氮氣的同時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)來提供冷量，將氖由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)和固態(tài)以達到分離目的。氖和氦的沸點相差23K左右，所以可以控制溫度使高沸點的氖冷凝，氦保持氣態(tài)不變來進行分離。此方法能得到高純度的氖，最高純度可達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、低溫的條件下進行吸附，在低壓、高溫下進行解吸，吸附劑通常使用活性炭。此方法制得的氖純度可達99.9%，提取率為82%，解吸徹底且提取率高，但操作復雜，能耗高。變壓吸附法吸附床層的溫度幾乎不變，只利用壓力效應進行解吸。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，再進一步加壓進行第二次吸附得到純氖和純氦。
結(jié)構(gòu)
氖有一個封閉殼結(jié)構(gòu)氖原子有10個核外電子，在正常情況下，有兩個電子處于1s態(tài)，兩個電子處于2s態(tài)，六個電子處于2p態(tài)，電子排布1s22s22p6，有3個殼層，即1s，2s和2p層，1s和2s層的電子云呈球形對稱分布, 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量，n=2外層充滿2個s電子和6個p電子。當氖原子受激時，通常只有一個2p電子會被激發(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，以上事實和零角動量說明氖具有情性。
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，因為沸點較低，所以氖晶體一般只在低溫下存在。
安全事宜
危害
氖氣無毒，但濃度過高會導致窒息，表現(xiàn)為呼吸加快，注意力不集中、脊髓小腦性共濟失調(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)氖與皮膚接觸會引起凍傷。
氖氣泄露后，應保持通風，使用帶隔絕式呼吸器的氣密性化學防護服，誤吸入氖氣后應立刻遠離泄漏源到通風、空氣新鮮的地方，必要時進行人工呼吸，并及時就醫(yī)。
儲存
需將盛放氖氣的容器密封在干燥通風的地方，若在建筑物內(nèi)貯存，應保持通風良好，且建筑物要有耐火條件或設備，鋼瓶盛裝的氖是濃縮氣體，受熱時容器內(nèi)壓增大，可能會有開裂和爆炸危險。
消防
著火時，需要用霧狀水保持氖鋼瓶的冷卻。
安全標識
GHS分類
參考資料 >
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純氖和高純氖.國家標準全文公開系統(tǒng).2023-05-27