Элемент: неон (Neon)
Химический символ: Ne
Порядковый номер: 10
Год открытия: 1898
Стандартная атомная масса: 20.1797
Температура плавления: 25.56 К
Температура кипения: 27.104 К
Плотность при стандартных условиях: 0.9002 г/л3
Скорость звука в неоне: 435 м/с
Число стабильных изотопов: 3
Кристаллическая решётка: гранецентрированная кубическая
История открытия 10-го элемента неотрывно связана с открытием всех других инертных газов одной-единственной фамилией. Шотландский химик Уильям Рамзай вошел в историю, как единственный в мире человек, приложивший руку к открытию целого столбца в таблице Менделеева. Правда, гелий Рамзай обнаружил на Земле и сопоставил с найденным на Солнце, аргон был открыт вместе с Уильямом Стреттом раньше, а радон — несколько позже основной массы. Но факт остается фактом: в 1898 году Рамзай с коллегой открыли три элемента практически за полтора месяца.
Уильям Рамзай
Об истории открытия гелия на Земле мы уже подробно писали в соответствующей главе. Об открытии аргона мы расскажем позже, а сейчас только упомянем, что после выделения гелия Рамзай сделал вывод, что им открыта новая группа Периодической таблицы Менделеева. Но тогда, значит, должны быть и другие элементы.
И тут ему на помощь пришел Морис Уильям Треверс, который предложил совершенно новый, оригинальный способ проверить, есть ли в воздухе, помимо аргона, азота и кислорода, еще газы.
Нужно было просто сильно охладить воздух до жидкого состояния, а затем заняться его фракционной перегонкой: постепенно нагревать и выделять фракции по температуре кипения. Каждая затем исследовалась спектральным методом. Так в 1898 году за 42 дня были открыты три новых элемента.
Первым стал «скрытный» — криптон. Потом — еще один новый газ, название которому по легенде дал тринадцатилетний сын Рамзая, сказавший, что раз «новый», то пусть будет по-латыни, новум. Рамзай-старший согласился, но решил, что по-гречески будет благозвучнее. Получился неон. А затем появился и «чуждый» — ксенон.
Пять новых элементов, новая группа таблицы Менделеева. Неудивительно, что свою Нобелевскую премию 1904 года Рамзай получил именно по химии.
Сделаем небольшое примечание: Рамзай и Треверс сообщили об открытии еще одного газа вместе с неоном. Этот газ имел плотность аргона, но другой спектр. Рамзай назвал его метаргоном, но открытие сорвалось – оказалось, что в воздухе было немного угарного газа.
Уже после Нобелевской премии Рамзая неон сыграл важную роль в базовом понимании природы атомов, когда в 1913 году Джозеф Джон Томсон в рамках своего исследования состава анодных направил потоки ионов неона через магнитное и электрическое поля и измерил отклонение потоков фотографической пластиной. Томсон наблюдал два отдельных световых пятна на фотопластинке, которые говорили о двух разных параболах отклонения.
Та самая фотопластинка Томсона
В конце концов Томсон пришел к выводу, что некоторые атомы в неоне имеют большую массу, чем остальные. Хотя в то время Томсон еще не понимал этого, но он оказался первооткрывателем стабильных атомов. В том же 1913 году Фредерик Содди открыл радиоактивные изотопы. Кстати, устройство Томсона было сырой версией прибора, который мы теперь называем масс-спектрометром.
Химия неона, скажем так, до сих пор бедная. Как и гелий, неон обладает заполненной электронной оболочкой и наотрез отказывается принимать или отдавать электроны. Ему хорошо с самим собой.
Правда, силы Ван-дер-Ваальса способны удержать атом неона рядом с другим атомом. Открыты молекулы Ne2, Ne3, Ne4, LiNe, CF4Ne и CCl4Ne, Ne2Cl2, Ne3Cl2, I2Ne, I2Ne2, I2Ne3, I2Ne4… Одна беда: как только температура оказывается достаточно высокой, тепловое движение безжалостно рвет эти связи – и до свидания, неон снова один. «Достаточно высокой» считается любая температура выше той, при которой неон представляет собой твёрдое тело. А при высоком давлении можно и такую экзотику, как (N2)6Ne7 получить. Ну и, конечно же, нельзя не упомянуть клатраты – соединения водного льда под давлением, в кристаллическую решетку которого включены атомы неона.
Водно-неоновый клатрат
С применением нашего героя в быту чуть полегче. Есть несколько приложений, где инертный газ все-таки нашел себя.
Например, интересное применение нашла тройная точка неона (точке схождения кривых двухфазных равновесий на диаграмме «давление-температура», то есть точка, где вещество существует одновременно в трех фазах). Эта точка (24.5561 К) стала одной из «реперных точек» Международной температурной шкалы 1990 года.
Еще одно интересное применение неона, которое стало возможным только после Нобелевской премии Александра Прохорова, Николая Басова и Чарльза Таунса. Гелий-неоновый лазер с длиной волны 632,8 нанометра (красная часть видимого спектра) использует в качестве рабочего тела смесь гелия и неона в пропорции 5 к 1.
Схема работы гелий-неонового лазера
Но, конечно же, самое известное применение неона, сделавшее название этого элемента известным всем – это неоновая реклама.
Отец неоновой рекламы и «французский Эдисон», Жорж Клод родился в 1870 году и поначалу даже не помышлял ни о неоне, ни о сияющих вывесках. Он окончил Высшую школу промышленной физики и химии в Париже, после чего поменял много постов: инспектора по электричеству на кабельной фабрике, лабораторного менеджера по электрическим работам, издателя и автора журнала «Электрическая искра».
Жорж Клод
В 1898 году (как раз в год открытия неона) газосветные лампы, сконструированные Даниэлем МакФарланом Муром, служащим фирмы General Electric, были установлены на часовню на Медисон-сквер-гарден в Нью-Йорке. «Трубки Мура» были самым удачным из экспериментов с наполнением газосветных ламп: СО₂ внутри давал равномерное свечение, а длина такой лампы могла достигать шести метров. Однако вся конструкция имела существенный недостаток: углекислый газ также вступал в реакцию с веществами электродов, и лампу требовалось часто заправлять.
Инертные же газы, которые были отходами производства Жоржа Клода, на то и инертны, чтобы неохотно вступать в химические реакции. Парижский изобретатель ради интереса попробовал наполнять ими лампы под низким давлением. Результат впечатлил его и его друзей: лампы начинали светиться яркими цветами – в зависимости от газа. Так, аргон горел голубым, а неон — красно-оранжевым. Как выяснилось позднее, все благородные газы имели свой цвет.
Неон в газоразрядной трубке
Знакомый Клода Жан Фонсекью, увидев неоновые огни, предложил использовать подобные светильники в качестве наружной рекламы. Первой публичной демонстрацией светящихся трубок стало освещение на парижском автомобильном шоу в декабре 1910 года, в 1911 году технология была запатентована, а в 1912 году первой светящейся рекламой обзавелась небольшая парикмахерская на бульваре Монмартр.
Еще несколько лет спустя, в 1915 году, Клод запатентовал новые электроды с увеличенной сопротивляемостью коррозии, которые дольше служили на улице. В 1919 году сине-красными огнями светилась Парижская Опера. Технология возникла в самый удачный для нее момент. Новые светильники, произведенные Клодом, использовались для рекламы пишущих машинок Remington, сигарет Lucky Strike, батареек Eveready, автомобилей Packard и других крупных клиентов. Поскольку поставлять стеклянные трубки с газом за океан было сложно, Жорж Клод начал продавать лицензии на производство неоновой рекламы.
Так что, несмотря на свою нейтральность, «новый» элемент не только нашел свою нишу в использовании, но и кардинально изменил облик ночных городов, к которому мы так привыкли. И пусть неоновые огни теперь повсеместно вытесняют светодиоды, реклама в массовом сознании так и останется «неоновой».
Текст: Алексей Паевский при участии Екатерины Мищенко
