El neón es un elemento químico ; tiene símbolo Ne y número atómico 10. Es el segundo gas noble de la tabla periódica. [12] Es un gas monoatómico incoloro, inodoro e inerte en condiciones estándar , con aproximadamente dos tercios de la densidad del aire.
El neón fue descubierto junto con el criptón y el xenón en 1898 como uno de los tres elementos inertes raros residuales que quedan en el aire seco después de que se eliminaron el nitrógeno , el oxígeno , el argón y el dióxido de carbono . El neón fue el segundo de estos tres gases raros descubierto y fue inmediatamente reconocido como un nuevo elemento de su espectro de emisión rojo brillante . El nombre neón se deriva de la palabra griega νέον , forma singular neutra de νέος ( neos ), que significa "nuevo". El neón es químicamente inerte y no se conocen compuestos de neón sin carga. Los compuestos conocidos del neón incluyen moléculas iónicas y moléculas frágiles que se mantienen unidas por fuerzas de van der Waals .
La mayor parte del neón del cosmos se sintetizó a partir de oxígeno y helio mediante fusión nuclear dentro de las estrellas en el proceso de captura alfa . Aunque el neón es un elemento muy común en el universo y el sistema solar (es el quinto en abundancia cósmica después del hidrógeno , el helio , el oxígeno y el carbono ), es raro en la Tierra. Constituye aproximadamente 18,2 ppm de aire en volumen (esto es aproximadamente lo mismo que la fracción molecular o molar) y una fracción más pequeña en la corteza terrestre. La razón de la relativa escasez de neón en la Tierra y los planetas interiores (terrestres) es que el neón es muy volátil y no forma compuestos que lo fijen a los sólidos. Como resultado, escapó de los planetesimales bajo el calor del Sol recién encendido en el Sistema Solar primitivo.
El neón proporciona un distintivo brillo naranja rojizo cuando se utiliza en lámparas de neón de bajo voltaje , tubos de descarga de alto voltaje y carteles publicitarios de neón . [13] [14] La línea de emisión roja del neón también provoca la conocida luz roja de los láseres de helio-neón . El neón se utiliza en algunas aplicaciones de tubos de plasma y refrigerantes, pero tiene pocos usos comerciales. Se extrae comercialmente mediante destilación fraccionada de aire líquido . Como el aire es la única fuente, el neón es considerablemente más caro que el helio.
El neón fue descubierto en 1898 por los químicos británicos Sir William Ramsay (1852-1916) y Morris Travers (1872-1961) en Londres . [15] El neón se descubrió cuando Ramsay enfrió una muestra de aire hasta que se convirtió en líquido, luego calentó el líquido y capturó los gases mientras hervían. Se habían identificado los gases nitrógeno , oxígeno y argón , pero los gases restantes se aislaron aproximadamente en su orden de abundancia, en un período de seis semanas que comenzó a finales de mayo de 1898. El primer gas restante que se identificó fue el criptón ; el siguiente, después de eliminar el criptón, era un gas que emitía una luz roja brillante bajo descarga espectroscópica. Este gas, identificado en junio, recibió el nombre de "neón", el análogo griego del latín novum ("nuevo") [16] sugerido por el hijo de Ramsay. Inmediatamente se notó el característico color rojo anaranjado brillante que emite el neón gaseoso cuando se excita eléctricamente. Travers escribió más tarde: "el resplandor de luz carmesí del tubo contaba su propia historia y era un espectáculo en el que pensar y nunca olvidar". [17]
También se informó de un segundo gas junto con el neón, que tiene aproximadamente la misma densidad que el argón pero con un espectro diferente: Ramsay y Travers lo llamaron metargón . [18] [19] Sin embargo, el análisis espectroscópico posterior reveló que se trataba de argón contaminado con monóxido de carbono . Finalmente, el mismo equipo descubrió el xenón mediante el mismo proceso, en septiembre de 1898. [18]
La escasez de neón impidió su rápida aplicación para iluminación similar a los tubos de Moore , que utilizaban nitrógeno y que se comercializaron a principios del siglo XX. Después de 1902, la empresa Air Liquide de Georges Claude produjo cantidades industriales de neón como subproducto de su negocio de licuefacción de aire. En diciembre de 1910, Claude demostró la iluminación de neón moderna basada en un tubo de neón sellado. Claude intentó brevemente vender tubos de neón para iluminación doméstica interior, debido a su intensidad, pero el mercado fracasó porque los propietarios se opusieron al color. En 1912, el socio de Claude comenzó a vender tubos de descarga de neón como carteles publicitarios llamativos y al instante tuvo más éxito. Los tubos de neón se introdujeron en los EE. UU. en 1923 con dos grandes letreros de neón comprados por un concesionario de automóviles Packard de Los Ángeles. El brillo y el llamativo color rojo hicieron que la publicidad de neón fuera completamente diferente de la competencia. [20] El color intenso y la vitalidad del neón se equiparaban con la sociedad estadounidense de la época, sugiriendo un "siglo de progreso" y transformando las ciudades en nuevos entornos sensacionales llenos de anuncios radiantes y "arquitectura electrográfica". [21] [22]
El neón jugó un papel en la comprensión básica de la naturaleza de los átomos en 1913, cuando JJ Thomson , como parte de su exploración de la composición de los rayos canal , canalizó corrientes de iones de neón a través de un campo magnético y eléctrico y midió la desviación de los rayos. arroyos con una placa fotográfica. Thomson observó dos manchas de luz separadas en la placa fotográfica (ver imagen), lo que sugería dos parábolas de desviación diferentes. Thomson finalmente concluyó que algunos de los átomos del gas neón tenían mayor masa que el resto. Aunque Thomson no lo entendió en ese momento, este fue el primer descubrimiento de isótopos de átomos estables . El dispositivo de Thomson era una versión tosca del instrumento que hoy llamamos espectrómetro de masas .
El neón tiene tres isótopos estables : 20 Ne (90,48%), 21 Ne (0,27%) y 22 Ne (9,25%). [23]
El 21 Ne y el 22 Ne son en parte primordiales y en parte nucleogénicos (es decir, formados por reacciones nucleares de otros nucleidos con neutrones u otras partículas del medio ambiente) y sus variaciones en la abundancia natural se comprenden bien. Por el contrario, no se sabe que el 20 Ne (el principal isótopo primordial producido en la nucleosíntesis estelar ) sea nucleógeno o radiogénico , excepto por la desintegración del oxígeno-20 , que se produce en casos muy raros de desintegración de cúmulos por el torio-228 . Por ello , las causas de la variación del 20 Ne en la Tierra han sido objeto de acalorados debates. [24] [25]
Las principales reacciones nucleares que generan isótopos de neón nucleógenos parten de 24 Mg y 25 Mg, que producen 21 Ne y 22 Ne respectivamente, tras la captura de neutrones y la emisión inmediata de una partícula alfa . Los neutrones que producen las reacciones se producen principalmente por reacciones de espalación secundaria de partículas alfa, a su vez derivadas de cadenas de desintegración de la serie del uranio . El resultado neto arroja una tendencia hacia proporciones más bajas de 20 Ne/ 22 Ne y más altas de 21 Ne/ 22 Ne observadas en rocas ricas en uranio, como los granitos . [25]
Además, el análisis isotópico de rocas terrestres expuestas ha demostrado la producción cosmogénica (rayos cósmicos) de 21 Ne. Este isótopo se genera mediante reacciones de espalación en magnesio , sodio , silicio y aluminio . Al analizar los tres isótopos, el componente cosmogénico puede separarse del neón magmático y del neón nucleogénico. Esto sugiere que el neón será una herramienta útil para determinar las edades de exposición cósmica de rocas y meteoritos superficiales . [26]
El neón del viento solar contiene una mayor proporción de 20 Ne que las fuentes nucleogénicas y cosmogénicas. [25] El contenido de neón observado en muestras de gases volcánicos y diamantes también está enriquecido en 20 Ne, lo que sugiere un origen primordial, posiblemente solar. [27]
El neón es el segundo gas noble más ligero, después del helio . Como otros gases nobles, el neón es incoloro e inodoro. Brilla de color naranja rojizo en un tubo de descarga al vacío . Tiene más de 40 veces la capacidad de refrigeración (por unidad de volumen) del helio líquido y tres veces la del hidrógeno líquido . [3] En la mayoría de las aplicaciones, es un refrigerante menos costoso que el helio. [28] [29] A pesar de que el helio supera al neón en términos de energía de ionización , se teoriza que es el menos reactivo de todos los elementos, incluso menos que el primero. [30]
El plasma de neón tiene la descarga luminosa más intensa a voltajes y corrientes normales de todos los gases nobles. El color promedio de esta luz para el ojo humano es rojo anaranjado debido a la gran cantidad de líneas en este rango; también contiene una fuerte línea verde, que está oculta, a menos que los componentes visuales sean dispersados por un espectroscopio. [31]
En las estrellas se producen isótopos estables de neón. El isótopo más abundante del neón, el 20 Ne (90,48%), se crea mediante la fusión nuclear de carbono y carbono en el proceso de quema de carbono de la nucleosíntesis estelar . Esto requiere temperaturas superiores a los 500 megakelvins , que se dan en los núcleos de estrellas de más de 8 masas solares. [32] [33]
El neón abunda a escala universal; es el quinto elemento químico más abundante en el universo por masa, después del hidrógeno, helio, oxígeno y carbono (ver elemento químico ). [34] Su relativa rareza en la Tierra, como la del helio, se debe a su relativa ligereza, su alta presión de vapor a temperaturas muy bajas y su inercia química, todas propiedades que tienden a evitar que quede atrapado en las nubes de gas y polvo que se condensan. que formaron los planetas sólidos más pequeños y más cálidos como la Tierra. El neón es monoatómico, lo que lo hace más liviano que las moléculas de nitrógeno y oxígeno diatómicos que forman la mayor parte de la atmósfera terrestre; Un globo lleno de neón se elevará en el aire, aunque más lentamente que un globo de helio. [35]
La abundancia de neón en el universo es aproximadamente 1 parte en 750 en masa; en el Sol y presumiblemente en la nebulosa de su sistema protosolar, aproximadamente 1 parte en 600. [ cita necesaria ] La sonda de entrada atmosférica de la nave espacial Galileo descubrió que en la atmósfera superior de Júpiter, la abundancia de neón se reduce (agota) en aproximadamente un factor de 10, hasta un nivel de 1 parte en 6.000 en masa. Esto puede indicar que los planetesimales de hielo que trajeron el neón a Júpiter desde el sistema solar exterior se formaron en una región que era demasiado cálida para retener el componente atmosférico de neón (la abundancia de gases inertes más pesados en Júpiter es varias veces mayor que la que se encuentra en el Sol). [36] o que el neón sea secuestrado selectivamente en el interior del planeta. [37]
El neón comprende 1 parte en 55.000 en la atmósfera terrestre , o 18,2 ppm en volumen (esto es aproximadamente lo mismo que la molécula o fracción molar), o 1 parte en 79.000 de aire en masa. Comprende una fracción más pequeña en la corteza. Se produce industrialmente mediante destilación fraccionada criogénica de aire licuado. [3]
El 17 de agosto de 2015, basándose en estudios realizados con la nave espacial Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), los científicos de la NASA informaron de la detección de neón en la exosfera de la luna . [38]
El neón es el primer gas noble del bloque p y el primer elemento con un verdadero octeto de electrones. Es inerte : al igual que su análogo más ligero, el helio , no se han identificado moléculas neutras fuertemente unidas que contengan neón. Los iones [Ne Ar ] + , [Ne H ] + y [HeNe] + se han observado en estudios ópticos y espectrométricos de masas . [3] El hidrato de clatrato de neón sólido se produjo a partir de hielo de agua y gas neón a presiones de 350 a 480 MPa y temperaturas de aproximadamente -30 °C. [40] Los átomos de Ne no están unidos al agua y pueden moverse libremente a través de este material. Se pueden extraer colocando el clatrato en una cámara de vacío durante varios días, produciendo hielo XVI , la forma cristalina menos densa de agua. [39]
La conocida escala de electronegatividad de Pauling se basa en las energías de los enlaces químicos, pero es evidente que tales valores no se han medido para el helio y el neón inertes. La escala de electronegatividad de Allen , que se basa únicamente en energías atómicas (medibles), identifica al neón como el elemento más electronegativo, seguido de cerca por el flúor y el helio. [41]
La temperatura del punto triple del neón (24,5561 K) es un punto fijo definitorio en la Escala Internacional de Temperatura de 1990 . [42]
El neón se produce a partir del aire en plantas criogénicas de separación de aire . Una mezcla en fase gaseosa principalmente de nitrógeno, neón, helio e hidrógeno [43] se extrae del condensador principal en la parte superior de la columna de separación de aire a alta presión y se alimenta al fondo de una columna lateral para la rectificación del neón. . [44] Luego se puede purificar aún más a partir de helio poniéndolo en contacto con carbón activado. El hidrógeno se purifica del neón añadiendo oxígeno para que se forme y se condense agua. [43] Se puede producir 1 libra de neón puro procesando 88.000 libras de la mezcla en fase gaseosa. [43]
Alrededor del 70% del suministro mundial de neón se produce en Ucrania [45] como subproducto de la producción de acero en Rusia . [46] A partir de 2020 [actualizar], la empresa Iceblick, con plantas en Odesa y Moscú , suministra el 65% de la producción mundial de neón, así como el 15% del criptón y el xenón . [47] [48]
Los precios mundiales del neón aumentaron aproximadamente un 600% después de la anexión rusa de Crimea en 2014 , [49] lo que impulsó a algunos fabricantes de chips a comenzar a alejarse de los proveedores rusos y ucranianos [50] y acercarse a proveedores en China . [48] La invasión rusa de Ucrania en 2022 también cerró dos empresas en Ucrania que producían aproximadamente la mitad del suministro mundial: Cryoin Engineering ( ucranio : Кріоін Інжинірінг ) e Inhaz ( ucranio : ІНГАЗ ), ubicadas en Odesa y Mariupol , respectivamente. [49] Se predijo que el cierre exacerbaría la escasez de chips COVID-19 , [48] [47] , lo que podría trasladar aún más la producción de neón a China. [50]
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Se utilizan habitualmente dos tipos bastante diferentes de luces de neón . Las lámparas de neón son generalmente pequeñas y la mayoría funciona entre 100 y 250 voltios . [51] Se han utilizado ampliamente como indicadores de encendido y en equipos de prueba de circuitos, pero los diodos emisores de luz (LED) ahora dominan en esas aplicaciones. Estos simples dispositivos de neón fueron los precursores de las pantallas de plasma y de las pantallas de televisión de plasma . [52] [53] Los letreros de neón suelen funcionar a voltajes mucho más altos (2 a 15 kilovoltios ) y los tubos luminosos suelen tener metros de largo. [54] El tubo de vidrio a menudo tiene formas y letras para señalización, así como para aplicaciones arquitectónicas y artísticas.
En los letreros de neón , el neón produce una inconfundible luz brillante de color naranja rojizo cuando la corriente eléctrica lo atraviesa a baja presión. [55] Aunque las luces de tubo con otros colores a menudo se denominan "neón", utilizan diferentes gases nobles o colores variados de iluminación fluorescente ; por ejemplo, el argón produce un tono lavanda o azul. [56] A partir de 2012, hay más de cien colores disponibles. [57]
El neón se utiliza en tubos de vacío , indicadores de alto voltaje, pararrayos , tubos ondulatorios , tubos de televisión y láseres de helio-neón . Las mezclas de gases que incluyen neón de alta pureza se utilizan en láseres para fotolitografía en la fabricación de dispositivos semiconductores . [49]
El neón licuado se utiliza comercialmente como refrigerante criogénico en aplicaciones que no requieren el rango de temperatura más bajo que se puede lograr con la refrigeración más extrema con helio líquido .
Las pantallas de plasma están estrechamente relacionadas con la simple lámpara de neón.
