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Neon

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Neon
   

10		 Ne
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   

fluoro ← neon → sodio

Aspetto
Aspetto dell'elemento
Aspetto dell'elemento
Gas incolore, emissione di luce rossa
Linea spettrale
Linea spettrale dell'elemento
Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomiconeon, Ne, 10
Seriegas nobili
Gruppo, periodo, blocco18 (VIIIA), 2, p
Densità0,8999 kg/m³ a 273 K
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Termine spettroscopico1S0
Proprietà atomiche
Peso atomico20,1797
Raggio covalente69 pm
Raggio di van der Waals154 pm
Configurazione elettronica[He]2s22p6
e− per livello energetico2, 8
Stati di ossidazione0 (sconosciuto)
Struttura cristallinacubica
Proprietà fisiche
Stato della materiagassoso (non magnetico)
Punto di fusione24,56 K (−248,59 °C)
Punto di ebollizione27,07 K (−246,08 °C)
Punto critico−228,74 °C a 2,76 MPa
Volume molare13,23×10−3 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione1,7326 kJ/mol
Calore di fusione0,3317 kJ/mol
Velocità del suono435 m/s a 273,15 K
Altre proprietà
Numero CAS7440-01-9
Calore specifico103 J/(kg·K)
Conducibilità termica0,049,3 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione2 080,7 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione3 952,3 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione6 122 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione9 371 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione12 177 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione15 238 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione19 999 kJ/mol
Energia di ottava ionizzazione23 069,5 kJ/mol
Isotopi più stabili
isoNATDDMDEDP
20Ne90,48% È stabile con 10 neutroni
21Ne0,27% È stabile con 11 neutroni
22Ne9,25% È stabile con 12 neutroni
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il neon è un elemento chimico della tavola periodica degli elementi, che ha come simbolo Ne.[1]

Storia

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Il nome deriva dal greco "neos" che significa "nuovo". Fu scoperto grazie alle sue brillanti linee spettrali arancioni dal chimico scozzese William Ramsay e dal chimico inglese Morris William Travers nel 1898, a partire da un campione di aria liquefatta.[2]

L'illuminazione al neon, mostrata all'Esposizione di Parigi del 1910, fu sviluppata dalla creatività dell'inventore francese Georges Claude.[3] Il primo cartello pubblicitario al neon negli Stati Uniti fu installato nel 1923 da un concessionario Packard a Los Angeles.[3]

Nel 1912, J. J. Thomson osservò che i raggi canalari (fascetti di ioni positivi) ottenuti dal neon ionizzato seguivano due traiettorie distinte quando passavano attraverso un campo magnetico e un campo elettrico. Dedusse la presenza di atomi di neon con due diverse masse atomiche, 20Ne e 22Ne, scoprendo così gli isotopi di un elemento stabile.[4]

Chimica nucleare

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Il neon ha come numero atomico 10[1], la sua massa atomica è pari a 20,180 u,[5] mentre la massa monoisotopica si attesta pari a 19,99244 u.[6] Appartiene agli elementi del secondo periodo[7] blocco p.[6]

Isotopi

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Il 21Ne e il 22Ne si formano naturalmente nella crosta terrestre principalmente attraverso reazioni dell'18O e del 19F nei minerali con emissione di neutroni e particelle α dal decadimento dell'uranio e del torio, che prendono il nome di isotopi di neon nucleogenico.[8][9] Inoltre, gli isotopi di neon possono formarsi sulla superficie della Terra e nei corpi extraterrestri tramite reazioni di spallazione indotte dai raggi cosmici su magnesio, silicio, alluminio e sodio.[10][11]

Le analisi di tutti e tre gli isotopi stabili del neon possono essere utilizzate per distinguere queste fonti dal neon primordiale. Le quantità relative di neon atmosferico e isotopi di neon nucleogenico crostali nelle acque sotterranee profonde e nei gas naturali sono state utilizzate in studi sulle interazioni solido-acqua-gas e sulla migrazione.[12]

La componente cosmogenica è principalmente rilevata nel 21Ne e può essere utilizzata per determinare le età di esposizione ai raggi cosmici dei campioni di roccia, inclusi i meteoriti esposti durante il viaggio attraverso lo spazio e i massi esposti dallo scioglimento del ghiaccio glaciale.[12]

Isotopi del neon[13]
Nuclide Z N Massa isotopica (Da) Emivita Decadimento Spin Anno
15Ne 10 5 15.043170(70) 770 anni 2p -3/2 2014
16Ne 10 6 16.025751(22) > 5.7 zs 2p 0+ 1977
17Ne 10 7 17.0177140(4) 109.2 ms β+p (94.4(2.9)%), β+α (3.51(1)%), β+ (2.1(2.9)%) e β+pα (0.014(4)%) -1/2 1963
18Ne 10 8 18.0057087(4) 1664.20 ms β+ 0+ 1954
19Ne 10 9 19.00188091(17) 17.2569 s β+ +1/2 1939
20Ne 10 10 19.9924401753(16) stabile 0+ 1913
21Ne 10 11 20.99384669(4) stabile 3/2+ 1928
22Ne 10 12 21.991385114(19) stabile 0+ 1913
23Ne 10 13 22.99446691(11) 37.15 s β− 5/2+ 1936
24Ne 10 14 23.9936106(6) 3.38 min β− 0+ 1956
25Ne 10 15 24.997810(30) 602 ms β− 1/2+ 1970
26Ne 10 16 26.000516(20) 197 ms β− (99.87(3)%) e β−n (0.13(3)%) 0+ 1970
27Ne 10 17 27.007570(100) 30.9 ms β− (98.0(5)%), β−n (2.0(5)%) e β−2n ? (3/2+) 1977
28Ne 10 18 28.012130(140) 18.8 ms β− (84.3(1.1)%), β−n (12(1)%) e β−2n (3.7(5)%) 0+ 1979
29Ne 10 19 29.019750(160) 14.7 ms β− (68.0(5.1)%), β−n (28(5)%) e β−2n (4(1)%) (3/2−) 1985
30Ne 10 20 30.024990(270) 7.22ms β− (78.1(4.6)%), β−n (13(4)%) e β−2n (8.9(2.3)%) 0+ 1985
31Ne 10 21 31.033470(290) 3.4 ms β−, β−n ? e β−2n ? (3/2−) 1996
32Ne 10 22 32.039720(540) 3.5 ms β−, β−n ? e β−2n ? 0+ 1990
34Ne 10 24 34.056730(550) 2 ms β−, β−n ? e β−2n ? 0+ 2002

Il 22Ne viene utilizzato per produrre il radioisotopo 22Na tramite la reazione:[14]

Il 20Ne è stato utilizzato per produrre il radioisotopo 18F tramite la reazione:[14]

Un team di ricercatori guidato dall'Università di Osaka ha fornito prove sperimentali che esistono stati eccitati nel 20Ne. Focalizzando particelle α su un gas di neon, hanno infatti osservato che i prodotti di decadimento indicavano l'esistenza di stati energetici specifici nel nucleo originale. Questi si sono adattati molto bene alle previsioni dello stato condensato 5α, in cui i 10 protoni e 10 neutroni sono raggruppati in cinque particelle α nell'orbita a più bassa energia.[15]

Neon
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareNe
Numero CAS7440-01-9
Numero EINECS231-110-9
PubChem23935
DrugBankDBDB11589
SMILES
[Ne]
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
gas compresso
Frasi H280 - 281 [16]
Consigli P282 - 336+317 - 403 - 410+403
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Abbondanza e disponibilità

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Il neon è il quinto elemento più abbondante nell'universo per massa, ma sulla Terra è raro.[17] Si trova infatti nell'atmosfera terrestre in misura di 1 parte su 65.000[18] (≈0,007%)[19] e in tracce nella crosta terrestre[20] (5×10-3 mg/kg) e negli oceani (1,2×10-4 mg/l).[7]

Metodi di preparazione

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Viene prodotto attraverso il sopraraffreddamento e la distillazione frazionata dell'aria.[19]

Caratteristiche chimico-fisiche

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Modellino di atomo di neon

È un gas nobile quasi inerte,[21] incolore,[18] inodore, insapore,[22] più leggero dell'aria,[23] in grado di produrre una fluorescenza rossastra.[17]

Informazioni strutturali

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Caratteristica
Raggio atomico di Van der Walls[24] 154 pm
Raggio atomico covalente[25] 58 pm

Caratteristiche elettroniche

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Caratteristica
Configurazione elettronica[5] [He]2s22p6
Stato fondamentale[26] 1S0
Stati di ossidazione[24] 0
Affinità elettronica[27] -0,3 eV
Affinità protonica[28] 198,8 kJ/mol
Elettronegatività[29] 4,.787
Energia di ionizzazione[7] 21,565 eV

Caratteristiche termodinamiche

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Proprietà
Punto di ebollizione[18] -246,053 °C
Punto di fusione[24] -258,59 °C
Punto triplo[18] -248,609 °C a 43 kPa
Entalpia di vaporizzazione del liquido[21] 1,741 kJ/mol
Calore specifico[30] 0,904 J/g K

Stato gassoso

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Proprietà
Solubilità in acqua[21] 10,5 cu cm/kg a 20°C
Costante della legge di Henry[31] 45 *10-5 mol/kg*bar a 450K
Densità[18] 0,825 g/L
Gravità specifica[32] 0,69
Coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua[33] 0,28
Temperatura critica[21] 44,40K
Pressione critica[21] 2654 kPa
Densità critica[21] 483 kg/cu m
Entropoia standard di formazione[34] 146,33 J/mol*K
Basicità del gas[28] 174,4 kJ/mol

Stato solido

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La forma solida esiste a temperature ottenute mediante l'utilizzo di idrogeno liquido, come cristalli cubici a facce centrate a pressione normale.[21]

Proprietà
Entalpia di vaporizzazione del solido[21] 2,139 kJ/mol
Entalpia di fusione[21] 0,335 kJ/mol

Proprietà di trasporto

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Proprietà
Conducibilità termica[30] 0,0493 W/m K

Caratteristiche chimiche

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Reazioni

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Anche se ai fini pratici il neon è un elemento inerte, in laboratorio sono stati ottenuti suoi composti chimici con il fluoro. Non si sa se alcuni di questi composti esistano in natura, ma alcuni indizi suggeriscono di sì. Inoltre il neon forma un idrato instabile.[24] Del neon sono inoltre conosciute le seguenti reazioni chimiche:

ΔrH° = 10,5 ± 0,4 kJ/mol ΔrS° = 64,4 J/mol*K

ΔrH° = 8,2 ± 0,4 kJ/mol ΔrS° = 48,5 J/mol*K

ΔrH° = 6,8 ± 0,4 kJ/mol ΔrS° = 61,1 J/mol*K

ΔrH° = 3,6 ± 0,4 kJ/mol ΔrS° = 24 J/mol*K

ΔrH° = 11,5 ± 0,4 kJ/mol ΔrH° = 3,1 kJ/mol

ΔrH° = 9,6 ± 0,8 kJ/mol ΔrS° = 53,6 J/mol*K[35]

ΔrH° = 4,56 kJ/mol

ΔrH° = 11,0 kJ/mol

ΔrH° = 7,36 kJ/mol

ΔrH° = 2,3 kJ/mol[36]

ΔrH° = 131 kJ/mol

ΔrH° = 4,0 kJ/mol

ΔrH° = 7,5 kJ/mol

ΔrH° = 5,31 kJ/mol[37]

ΔrH° = 3,2 kJ/mol[38]

Spettri analitici

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Del neon sono disponibili:

Precauzioni

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Non tossico L'esposizione dei contenitori contenenti neon a calore prolungato o al fuoco può causarne la rottura violenta e il lancio come un razzo.[40] Il contatto con l'elemento in forma liquida può causare congelamento.[41] Se inalato può causare vertigini, letargia, mal di testa e asfissia.[32]

Applicazioni

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Medicina

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Il neon viene utilizzato come composto di riferimento per il cambiamento chimico nella risonanza magnetica nucleare (NMR).[6] Il neon può essere utilizzato in ambito clinico come gas tracciante diagnostico in un analizzatore di gas per il test di diffusione polmonare.[17]

La radioterapia con ioni di neon possiede vantaggi biologici e fisici rispetto ai raggi X ad alta tensione. Biologicamente, il fascio di neon riduce il rapporto di potenziamento dell'ossigeno e aumenta l'efficacia biologica relativa. Le cellule irragiate con ioni di neon mostrano meno variazione nella radiosensibilità legata al ciclo cellulare e una riduzione della riparazione dei danni da radiazioni. Il comportamento fisico delle particelle pesanti cariche consente una somministrazione precisa di alte dosi di radiazioni ai tumori, minimizzando al contempo l'irradiazione dei tessuti normali.[42]

Uno studio ha dimostrato che il trattamento con neon migliora l'esito per diversi tipi di tumori:[42]

Il trattamento dei gliomi maligni, dei tumori pancreatici, gastrici, esofagei, polmonari e del cancro avanzato o recidivante della testa e del collo è stato meno efficace. I risultati per questi tumori non sembrano essere migliori di quelli ottenuti con la terapia convenzionale con raggi X.[42]

Elettronica ed illuminazione

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Viene usato nelle lampade dette, appunto, "al neon". Le lampade al neon sono generalmente piccole e la maggior parte funziona tra 100 e 250 volt.[43] Sono state ampiamente utilizzate come indicatori di accensione e nelle apparecchiature di test dei circuiti, sostituiti dai diodi a emissione di luce (LED). Questi semplici dispositivi al neon sono stati i precursori dei display al plasma e degli schermi al plasma.[44][45] Le insegne al neon funzionano con tensioni molto più elevate (2-15 kV) e i tubi luminosi sono di solito lunghi anche alcuni metri.[46]Il tubo di vetro viene spesso modellato in forme e lettere per la segnaletica, come pure per applicazioni architettoniche e artistiche.

Quando viene attivato tramite scariche elettriche, il neon emette una caratteristica luce rosso-arancione, ampiamente usata nelle insegne pubblicitarie.[19][47] Il termine "neon" viene normalmente usato per indicare questo tipo di luci, anche se in realtà diversi gas vengono utilizzati per ottenere i vari colori. Per esempio l'argon produce una tonalità color lavanda o blu.[48] Nel 2005 erano disponibili oltre cento colori.[49]

Viene utilizzato in valvole termoioniche, indicatori ad alta tensione, parafulmini, tubi per misuratori d'onda e nei tubi catodici. .[17]

Laser

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Neon ed elio sono utilizzati nei laser a gas.[19]Miscele di gas che includono neon ad elevata purezza vengono utilizzate nei laser per la fotolitografia nella fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore.[50] Viene inoltre utilizzato nei laser elio-neon.[17]

Criogenazione

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Il neon in forma liquefatta viene utilizzato commercialmente come refrigerante criogenico in applicazioni che non richiedono le temperature più basse ottenute con la refrigerazione dell'elio liquido.[19]

Altre applicazioni

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I maser contenenti 20Ne sono stati utilizzati in studi di fisica quantistica.[51] Gli ioni, Ne+, (NeAr)+, (NeH)+, e (HeNe+) sono stati impiegati nelle ricerche nel campo dell'ottica e della spettrometria di massa.[24]

Note

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  2. ^ Atomic Weight of Neon | Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, su www.ciaaw.org. URL consultato il 24 marzo 2025.
  3. ^ a b (EN) Neon: The First Hundred Years, in Lighting Design + Application, vol. 31, n. 7, 1º luglio 2001, pp. 52–56, DOI:10.1177/036063250103100714. URL consultato il 24 marzo 2025.
  4. ^ (EN) Felice Grandinetti, Neon behind the signs, in Nature Chemistry, vol. 5, n. 5, 2013-05, pp. 438–438, DOI:10.1038/nchem.1631. URL consultato il 24 marzo 2025.
  5. ^ a b Neon | Ne (Element) - PubChem, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 24 marzo 2025.
  6. ^ a b c neon atom (CHEBI:33310), su www.ebi.ac.uk. URL consultato il 24 marzo 2025.
  7. ^ a b c It's Elemental - The Element Neon, su education.jlab.org. URL consultato il 24 marzo 2025.
  8. ^ G. Turner, M. Ozima and F.A. Podosek Noble Gas Geochemistry (2nd edition). Cambridge (Cambridge University Press) 2002. 300 pp. Price (hardback) £55. ISBN 05 2180 366 7, in Mineralogical Magazine, vol. 67, n. 2, 2003-04, pp. 418–419, DOI:10.1180/s0026461x00011725. URL consultato il 24 marzo 2025.
  9. ^ R.A.D. Pattrick, D. Porcelli, C.J. Ballentine and R. Wieler (Eds) Noble Gases in Geochemistry and Cosmochemistry. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 47 . Washington, D.C. (Mineralogical Society of America and the Geochemical Society) 2002. 844 pp. Price US $40. ISBN 0 939950 59 6., in Mineralogical Magazine, vol. 67, n. 2, 2003-04, pp. 417–417, DOI:10.1180/s0026461x00011713. URL consultato il 24 marzo 2025.
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Bibliografia

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