氖

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氖   10Ne
氢（非金属） 氦（稀有气体）
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钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 硅（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（稀有气体）
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氦
↑
氖
↓
氩
氟 ← 氖 → 钠
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
族·周期·区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）
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[1][2]（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[3] 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[4][5] 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[6]
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

氖（拼音：nǎi，注音：ㄋㄞˇ，粤拼：naai5；英语：Neon；旧译氝，讹作氞），是一种化学元素，其化学符号为Ne，原子序数为10，原子量为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[7]，其密度是空气的三分之二。它在1898年和氪及氙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，仅低于氢、氦、氧和碳），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[8]，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[9][10]。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，仅次于氦。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，比液态氢高三倍。[3]在大多数情况下，它是一种较氦廉价的冷却剂。[11][12]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[13]。

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。[14]

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。[15]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及等离子电视的先驱。[16][17]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。[18]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：

  • 真空管
  • 高压指示器
  • 避雷针
  • 波频计
  • 电视机荧光屏管
  • 液氖被用作冷却液
  • 用于高能物理研究，让氖充满火花室来探测微粒的行径。
  • 填充水银灯和钠蒸气灯。

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。[19]

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 (1872-1961)在伦敦发现[20]。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氮、氧、氩，并将剩余的气体大致按其丰度分离。剩余气体中，第一个被发现的是氪，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”）[2]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。”[21]

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。[22]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氙。[22]

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。[23]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。[24][25]，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

在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。[26][27]

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)。[28]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。[29]

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)。[30]

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。[3] 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。[31]

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-氦一样)，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+和(HeNe)+。氖的水合物很不稳定。[3]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。[32]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 (最不致密的水晶型)和氖。[33]

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 )，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

主条目：氖的同位素

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 (即由其他带有中子的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。[34]

产生氖同位素的主要核反应来自镁-24和镁-25的中子捕获和α衰变，其产物分别是氖-21和氖-22。α衰变主要是从铀衰变系列而来的，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。[35]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。这个同位素是由镁、钠、硅和铝的散裂反应产生的。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。[36]

类似于氙，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。[37] [38]。

参考资料

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外部链接

元素周期表（稀有气体）
  IA
1 		IIA
2 		IIIB
3 		IVB
4 		VB
5 		VIB
6 		VIIB
7 		VIIIB
8 		VIIIB
9 		VIIIB
10 		IB
11 		IIB
12 		IIIA
13 		IVA
14 		VA
15 		VIA
16 		VIIA
17 		VIIIA
18
1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
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