Сегодня мы поговорим об элементе, ядро которого содержит десять протонов. Это неон. Именно этот химический элемент используется в газоразрядных лампах, которые светят по ночам угнетающим красно-оранжевым цветом в самых мрачных кварталах полузаброшенных депрессивных городов. Там, где обрывки газет летят вдоль засыпанных мусором тротуаров, цепляясь за ржавые, кривые от холода и постоянного промозглого дождя торчащие из земли прутья арматуры под непрерывное раздражающее карканье кружащих в свинцовом небе вороньих стай…
Жуть, конечно. Чёрно-оранжевые улицы, наполненные вязким, иногда подмаргивающим освещением, наталкивают на мысли о присутствии за любым углом какого-то злобного инопланетного хищника из фильма в стиле нуар…
Брррр. Так, о чём это мы? Ах да. Мы хотели поговорить сегодня про неон. Однако вашего покорного слугу опять куда-то понесло. Простите.
Ваше благородие господин неон
Итак, начнём.
Неон имеет, как уже упоминалось выше, десять протонов. И, следовательно, десять электронов. И если он не ионизирован, электронные оболочки атома неона полностью заполнены. Два электрона находятся в первом слое, как у гелия, и восемь во втором.
Следовательно, как и гелий, неон является одним из так называемых инертных, или благородных газов. Оба названия указывают на некую «изолированную» от остальных природу таких химических элементов. Однако это не совсем так. Поскольку эти газы вполне способны реагировать с «менее благородными» элементами. Правда состоит том, что просто происходит это очень редко.
Все инертные газы были открыты сравнительно недавно. Гелий, например, был открыт вообще не на Земле. А на Солнце. В ходе экспедиции туда советских космонавтов (шутка). С неоном произошёл несколько иной случай. Он тоже был открыт не так уж и давно. Так произошло по той причине, что неон практически не реагирует ни с одним другим химическим элементом. И является достаточно лёгким газом. Да и вообще – на Земле его очень мало. Хотя при этом он занимает пятое место по распространённости в космосе.
Неон не связан ни с каким другим элементом в горных породах или живых существах. И относительно легко улетучивается из атмосферы.
Странный азот
Однако даже такой неуловимый элемент никак не мог ускользнуть от любопытных учёных. Химики очень часто анализировали состав атмосферы Земли и изучали каждый из её компонентов. Первоначально это были кислород и азот, две её основных составляющих. Сначала считалось, что это вообще единственные газы, присутствующие в воздухе. Однако со временем учёные поняли, что что-то здесь не так.
Азот можно было очень легко получить из атмосферы, просто осуществляя фракционную конденсацию и перегонку атмосферного воздуха, удаляя из него кислород. Но можно было пойти и по другому пути: химики могли получить азот в ходе химических реакций, при которых высвобождался этот газ. Но почему-то в итоге оказалось, что два полученных азота были разными.
Тот, что был получен с помощью химии, был плотнее азота, полученного из воздуха!
Шотландец Уильям Рамзай и другие химики того времени были уверены, что это связано с тем, что предполагаемый «азот» из воздуха просто смешан с какими-то менее плотными газами, такими же инертными. Конденсируя и перегоняя этот «ложный азот», Рамзаю удалось открыть несколько инертных газов (аргон, криптон, ксенон). И вместе с ними неон. Что на латыни означает «новый». За своё открытие Рамзай в 1904 году получил Нобелевскую премию.
Излишне говорить, что эти новые инертные элементы были не слишком интересны учёным и широкой публике. Поскольку долгое время считалось, что они никогда ни с чем не реагируют. Однако сегодня мы знаем, что это не совсем так. Фтор, например, настолько активен, что способен буквально «воровать» электроны у инертных газов. И вступать с ними в реакцию. Неон может образовывать связи и с другими элементами. Хотя происходит крайне редко. Как и в случае с гелием.
Внутри холодильника
На самом неон используют. Так же, как используют гелий. Известно, что оба элемента являются хорошим хладагентом. Они остаются в жидком состоянии при очень низких температурах и имеют довольно высокую удельную теплоёмкость. Плюс ко всему они не вступают в реакцию со стенками сосудов, в которых их содержат.
Неон при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ. Поэтому фотографию его я здесь выкладывать не буду (шутка). Почти ни с чем не реагирующий, он не опасен для живых организмов. Однако, как это описано в первом абзаце статьи, Вы всё же можете увидеть мрачное свечение этого газа. И Вы почти наверняка видели неон. Внутри трубки. Это так называемые «неоновые огни».
Существует легенда, что первые неоновые огни были продемонстрированы миру гениальным и эксцентричным Николой Теслой на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году. Несмотря на то, что Рамзай открыл неон лишь в 1898 году. Но как же возможно, что Тесла использовал его в своих неоновых лампах пятью годами раньше? Я не знаю. И если какой-нибудь умный читатель может сообщить нам об этом, я буду очень ему благодарен. Возможно, Тесла просто использовал смесь инертных газов, не зная, что именно вызывает свечение, случайно обнаружив подобное явление? Может быть.
Красные трубки
В любом случае, самое известное использование неона именно таково: рабочее тело неоновых трубок. Они представляют собой просто герметически закрытые стеклянные ёмкости, внутри которых создан почти вакуум. Неон находится там при очень низком давлении. Всего несколько миллиметров ртутного столба. Что примерно в семьдесят раз меньше атмосферного давления на уровне моря.
На каждом конце трубки есть электрод. И когда между этими электродами прикладывается достаточно большая разность потенциалов (обычно очень высокая, несколько тысяч вольт), неон ионизируется и светится характерным светом. Пик его спектра излучения соответствует оранжево-красному цвету.
По какой именно причине светится неоновая лампа – это тема для одной из будущих статей. Её героями будут электроны, ионы, катоды, аноды и даже процессы, происходящие в атомных ядрах.
Конечно, в настоящее время для заполнения газоразрядных ламп используются и другие газы. И производятся их различные смеси для получения самых разных цветов. Однако по привычке мы продолжаем называть все эти трубки «неоновыми» лампами. Даже если в них вообще нет этого элемента.
Полезная особенность такого типа ламп заключается в том, что можно сделать трубку очень длинной и изогнутой. Или вообще придать ей произвольную сложную форму. Поскольку пока в ней есть неон, газ будет ионизироваться и светиться на всем протяжении трубки. А вот если нечто подобное сделать с металлической нитью лампы накаливания, она могла бы очень легко сломаться. Особенно если лампу многократно включать и выключать. Вот почему газоразрядные лампы часто используются, когда нужен мигающий сигнал. По крайней мере раньше так и было. Поскольку сегодня дешевле и эффективнее использовать светодиоды.
Сегодня неон не используется в больших масштабах. Я бы даже сказал, что это один из наименее интересных для промышленности химических элементов.
Но кто знает, какие технологии будущего заставят человечество обратить своё внимание на этот благородный газ…