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네온

Neon
이 기사는 화학 원소에 관한 것입니다. 기타 용도에 대해서는 네온(동음이의한 설명)을 참조하십시오.
네온, 네온
네온
외모전기장에 놓았을 때 주황색-빨간색 빛을 내는 무색의 기체
표준 원자량 Ar°(Ne)
  • 20.1797±0.0006
  • 20.180±0.001 (abridged)[1]
주기율표의 네온
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오븀 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로퓸 가돌리늄 테르븀 디스프로슘 홀뮴 에르븀 툴륨 이터븀 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 칼리포르늄 아인슈타이늄 페르뮴 멘델레븀 노벨륨 로렌시움 러더포디움 두브늄 시보르기움 보륨 하시움 미트네륨 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로븀 모스코비움 리보모륨 테넨신 오가네손
그
↑
네
↓
아르
불소 ← 네온 → 나트륨
원자번호 (Z)10
그룹.그룹 18(noble가스)
기간2교시
블록 p블록
전자구성[He] 2s2 2p6
포탄당 전자2, 8
물성
단계 STP에서가스의
융점24.56 K (−248.59 °C, −415.46 °F)
끓는점27.104 K (−246.046 °C, −410.883 °F)
밀도 (STP에서)0.9002g/L
액체일 때에1.207g/cm
삼중점24.556 K, 43.37 kPa[3][4]
임계점44.4918 K, 2.7686 MPa[4]
융해열0.335 kJ/mol
기화열1.71kJ/mol
몰열용량20.79[5] J/(mol·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에 12 13 15 18 21 27
원자적 성질
산화상태0
이온화 에너지
  • 1st: 2080.7 kJ/mol
  • 2nd: 3952.3 kJ/mol
  • 3rd: 6122 kJ/mol
  • (더)
공유반지름오후 58시
반데르발스 반지름154시
Color lines in a spectral range
네온의 분광선
기타속성
자연발생원시의
결정구조 면심입방(fcc)
Face-centered cubic crystal structure for neon
음속435 m/s (gas, at 0 °C)
열전도율49.1x10W/(m⋅K)
자기순서반자성의[6]
몰 자기 감수성−6.74×10−6 cm3/mol (298 K)[7]
부피 탄성률654 GPa
CAS 번호7440-01-9
역사
예측윌리엄 램지 (1897)
검색 및 첫 번째 격리윌리엄 램지 & 모리스 트래버스[8][9] (1898)
네온 동위 원소
주동위원소[10] 썩음
흥겨운 ­춤 반감기 (t1/2) 모드 ­ 제품
20네 90.5% 안정적인.
21네 0.27% 안정적인.
22네 9.25% 안정적인.
카테고리 : 네온
참고 문헌

네온은 화학 원소로, 기호는 Ne이고 원자 번호는 10입니다. 주기율표에서 두 번째 비활성 기체입니다.[11] 무색, 무취, 불활성 단원자 기체로, 공기 밀도는 약 3분의 2입니다.

네온은 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소가 제거된 후 건조한 공기 중에 남아 있는 3개의 잔류 희귀 비활성 원소 중 하나로 1898년 크립톤, 제논과 함께 발견되었습니다. 네온은 이 세 가지 희귀 가스 중 두 번째로 발견되었으며 밝은 빨간색 방출 스펙트럼에서 새로운 원소로 즉시 인식되었습니다. 네온이라는 이름은 '새로운'을 의미하는 νέος(네오스)의 중성 단수 형태인 그리스어 νέον에서 유래되었습니다. 네온은 화학적으로 불활성이며 충전되지 않은 네온 화합물은 알려져 있지 않습니다. 네온의 알려진 화합물은 반데르발스 힘에 의해 결합되는 이온 분자와 취약한 분자를 포함합니다.

우주의 대부분의 네온은 알파 포획 과정에서 별들 내에서 핵융합에 의해 산소와 헬륨으로부터 합성되었습니다. 네온은 우주와 태양계에서 매우 흔한 원소이지만(수소, 헬륨, 산소, 탄소에 이어 우주의 풍부함에서 다섯 번째), 지구에서는 드뭅니다. 그것은 부피로 약 18.2 ppm의 공기를 구성하고 (이것은 분자 또는 몰 분율과 거의 같습니다) 지구 지각의 더 작은 부분을 구성합니다. 지구와 내행성에서 네온이 상대적으로 희소한 이유는 네온이 휘발성이 높고 고체에 고정할 화합물을 형성하지 않기 때문입니다. 그 결과, 그것은 초기 태양계에서 새로 점화된 태양의 온기 아래 행성들로부터 탈출했습니다.

네온은 저전압 네온 글로우 램프, 고압 방전 튜브 및 네온 광고 표지판에 사용할 때 뚜렷한 붉은 오렌지 빛을 냅니다.[12][13] 또한 네온에서 나오는 붉은 방출선은 헬륨-네온 레이저의 잘 알려진 붉은 빛을 발생시킵니다. 네온은 일부 플라즈마 튜브 및 냉매 용도로 사용되지만 다른 상업적 용도는 거의 없습니다. 액체 공기의 분별 증류에 의해 상업적으로 추출됩니다. 공기가 유일한 공급원이기 때문에 네온은 헬륨보다 상당히 비쌉니다.

역사

네온의 원소 기호를 형성하는 네온 가스 방전 램프

네온은 1898년 영국의 화학자 윌리엄 램지 경 (1852–1916)과 모리스 트래버스 (1872–1961)에 의해 런던에서 발견되었습니다.[14] 네온은 램지가 공기 샘플을 액체가 될 때까지 식힌 다음, 액체를 데워서 가스가 끓으면서 포착했을 때 발견되었습니다. 질소, 산소, 아르곤 가스는 확인되었지만 나머지 가스는 1898년 5월 말부터 6주 동안 대략 풍부한 순서로 분리되었습니다. 가장 먼저 확인된 것은 크립톤이었고, 그 다음은 크립톤이 제거된 후 분광학적 방전 하에서 선명한 붉은 빛을 내는 기체였습니다. 6월에 확인된 이 가스는 람사이의 아들이 제안한 라틴어 노붐('새로운')[15]의 그리스어 유사체인 "네온"으로 명명되었습니다. 기체 네온이 전기적으로 흥분할 때 내뿜는 특유의 밝은 빨간색-주황색이 바로 주목되었습니다. 트래버스는 나중에 다음과 같이 썼습니다: "관에서 뿜어져 나오는 진홍빛의 불꽃은 그 자체의 이야기를 말해주었으며, 깊이 생각하고 결코 잊지 말아야 할 광경이었습니다."[16]

두 번째 가스도 네온과 함께 보고되었는데, 아르곤과 거의 같은 밀도를 가지고 있지만 스펙트럼이 다른 Ramsay와 Travers는 이 가스를 메타곤이라고 이름 지었습니다.[17][18] 하지만 이후 분광 분석 결과 일산화탄소에 오염된 아르곤으로 밝혀졌습니다. 마침내 1898년 9월, 같은 팀이 같은 과정으로 크세논을 발견했습니다.[17]

네온의 희소성으로 인해 1900년대 초에 상용화된 질소를 사용한 무어 튜브 라인을 따라 조명을 신속하게 적용할 수 없었습니다. 1902년 이후, 조르주 클로드(Georges Claude)의 회사인 에어 리퀴드(Air Liquide)는 그의 공기 액화 사업의 부산물로 산업적으로 많은 양의 네온을 생산했습니다. 1910년 12월 클로드는 밀폐된 네온 튜브를 바탕으로 현대 네온 조명을 시연했습니다. 클로드는 강도가 세다는 이유로 잠시 실내 가정용 조명용 네온 튜브를 판매하려고 했지만 집주인들이 색상에 반대해 시장은 실패했습니다. 1912년 클로드의 동료는 눈길을 끄는 광고 표시로 네온 방전관을 판매하기 시작했고 즉시 더 큰 성공을 거두었습니다. 네온 튜브는 1923년 로스앤젤레스 패커드 자동차 대리점에서 구입한 두 개의 큰 네온 사인과 함께 미국에 소개되었습니다. 야광과 매혹적인 빨간색이 네온 광고를 경쟁사와 완전히 다르게 만들었습니다.[19] 네온의 강렬한 색채와 생동감은 당시 미국 사회와 동일시되며, "진보의 세기"를 암시하고, 도시를 방사 광고와 "전기적 건축물"로 가득 찬 감각적인 새로운 환경으로 변화시켰습니다.[20][21]

1913년 J. J. Thomson이 운하 광선의 구성에 대한 탐구의 일환으로 자기장과 전기장을 통해 네온 이온의 흐름을 전달하고 사진판으로 흐름의 편향을 측정했을 때 네온은 원자의 본질을 기본적으로 이해하는 데 역할을 했습니다. Thomson은 사진판(이미지 참조)에서 두 개의 분리된 빛 패치를 관찰했으며, 이는 두 개의 다른 편향 포물선을 시사했습니다. 톰슨은 결국 네온 가스의 일부 원자들이 나머지 원자들보다 질량이 더 높다는 결론을 내렸습니다. 톰슨에 의해 그 당시에는 이해되지 않았지만, 이것은 안정한 원자의 동위원소를 발견한 최초의 것이었습니다. 톰슨의 장치는 지금 우리가 질량 분석기라고 부르는 기기의 조잡한 버전이었습니다.

동위 원소

주 기사: 네온 동위 원소
안정한 원소의 동위원소에 대한 최초의 증거는 1913년 네온 플라즈마에 대한 실험에 의해 제공되었습니다. J. J. Thomson의 사진판 오른쪽 하단에는 두 동위원소 네온-20과 네온-22에 대한 별도의 충돌 표시가 있습니다.

네온은 Ne(90.48%), Ne(0.27%), Ne(9.25%)[22]의 세 가지 안정 동위 원소를 가지고 있습니다.

21Ne와 Ne는 부분적으로 원시적이고 부분적으로 핵생성(즉, 다른 핵종과 중성자 또는 환경의 다른 입자의 핵반응에 의해 생성됨)이며 자연 존재비의 변화는 잘 알려져 있습니다. 대조적으로, Ne(별의 핵합성에서 만들어지는 주요 원시 동위 원소)는 토륨-228에 의해 클러스터 붕괴가 일어나는 매우 드문 경우에 생성되는 산소-20의 붕괴를 제외하고는 핵생성이나 방사성을 띠는 것으로 알려져 있지 않습니다. 따라서 지구에 존재하는 Ne의 변화의 원인에 대해서는 열띤 논쟁이 있었습니다.[23][24]

핵생성 네온 동위원소를 생성하는 주요 핵반응은 중성자 포획과 알파 입자의 즉각적인 방출 후 각각 Ne와 Ne를 생성하는 Mg와 Mg에서 시작됩니다. 반응을 생성하는 중성자는 대부분 알파 입자의 2차 분열 반응에 의해 생성되며, 차례로 우라늄 계열 붕괴 사슬에서 파생됩니다. 최종 결과는 화강암과 같은 우라늄이 풍부한 암석에서 관찰되는 낮은 22Ne/Ne 비율과 22더 높은 Ne/Ne 비율로 향하는 경향을 나타냅니다.[24]

또한 노출된 지상 암석의 동위원소 분석을 통해 Ne의 우주 생성(우주선) 생성이 입증되었습니다. 이 동위원소는 마그네슘, 나트륨, 실리콘, 알루미늄에 대한 분열 반응에 의해 생성됩니다. 세 가지 동위원소를 모두 분석하면 마그마 네온과 핵생성 네온으로부터 우주생성 성분을 분해할 수 있습니다. 이것은 네온이 표면 암석과 운석의 우주 노출 연령을 결정하는 데 유용한 도구가 될 것임을 시사합니다.[25]

태양풍의 네온은 핵생성원과 우주생성원보다 높은 비율의 Ne를 포함하고 있습니다.[24] 화산 가스와 다이아몬드의 샘플에서 관찰된 네온 함량 또한 Ne가 풍부하여 원시적이고 태양 기원일 가능성이 있음을 시사합니다.[26]

특성.

네온은 헬륨 다음으로 두 번째로 가벼운 비활성 기체입니다. 다른 비활성 기체와 마찬가지로 네온도 무색 무취입니다. 진공 방전관에서 붉은 오렌지색으로 빛납니다. 액체헬륨의 40배 이상, 액체수소의 3배 이상의 냉장 용량(단위 부피당)을 가지고 있습니다.[2] 대부분의 용도에서 헬륨보다 저렴한 냉매입니다.[27][28] 헬륨이 이온화 에너지 면에서 네온을 능가하고 있음에도 불구하고, 그것은 모든 원소들 중에서 가장 반응성이 적은 것으로 이론화되어 있습니다.[29]

흰색으로 표시된 자외선(왼쪽) 및 적외선(오른쪽) 선이 있는 네온의 스펙트럼

네온 플라즈마는 모든 비활성 가스 중 정상 전압과 전류에서 가장 강렬한 빛의 방전을 합니다. 이 빛의 평균적인 색은 이 범위에 있는 많은 선들로 인해 빨간색-주황색이며, 또한 강한 녹색 선을 포함하고 있으며, 이것은 분광기에 의해 시각적인 요소들이 분산되지 않는 한 숨겨져 있습니다.[30]

발생

네온의 안정 동위원소는 별에서 생성됩니다. 네온의 가장 풍부한 동위원소 Ne(90.48%)는 항성 핵합성의 탄소 연소 과정에서 탄소와 탄소의 핵융합에 의해 생성됩니다. 이를 위해서는 태양 질량 8개 이상의 별의 중심부에서 발생하는 500메가켈빈 이상의 온도가 필요합니다.[31][32]

네온은 전 세계적으로 풍부하며, 수소, 헬륨, 산소, 탄소 다음으로 질량 기준으로 우주에서 다섯 번째로 풍부한 화학 원소입니다.[33] 헬륨처럼 지구에서 상대적으로 희귀한 것은 상대적인 가벼움, 매우 낮은 온도에서의 높은 증기압, 그리고 화학적 불활성 때문인데, 이 모든 특성들은 헬륨이 지구처럼 작고 따뜻한 고체 행성을 형성하는 응축 가스와 먼지 구름에 갇히는 것을 막아주는 경향이 있습니다. 네온은 단원자이므로 지구 대기의 대부분을 형성하는 이원자 질소와 산소 분자보다 가볍습니다. 네온으로 채워진 풍선은 헬륨 풍선보다 느리지만 공기 중에서 떠오를 것입니다.[34]

우주에서 네온의 존재비는 질량으로 750분의 1 정도이고, 태양과 태양계의 원시 성운에 있는 것으로 추정되며, 600분의 1 정도입니다.[citation needed] 갈릴레오 우주선 대기권 진입 탐사선은 목성의 대기권 상층부에서 네온의 존재비가 질량 기준으로 6,000분의 1 수준으로 약 10배 감소(소멸)한다는 사실을 발견했습니다. 이것은 네온 대기 성분을 유지하기에 너무 따뜻했던 지역에서 형성된 태양계 바깥쪽에서 네온을 목성으로 가져온 얼음 행성들이 (목성에 있는 더 무거운 비활성 가스들이 태양에서 발견되는 것의 몇 배),[35] 또는 네온이 행성 내부에 선택적으로 격리되어 있다는 것을 나타낼 수 있습니다.[36]

네온은 지구 대기의 55,000분의 1, 또는 18.2ppm의 부피(이는 분자 또는 몰 분율과 거의 동일함), 또는 79,000분의 1의 질량의 공기로 구성됩니다. 그것은 지각에 더 작은 부분을 포함합니다. 액화 공기의 극저온 분별 증류에 의해 산업적으로 생산됩니다.[2]

2015년 8월 17일, 나사의 과학자들은 달 대기 및 먼지 환경 탐험가(LADEE) 우주선에 대한 연구를 바탕으로 달의 외층에서 네온이 감지되었다고 보고했습니다.[37]

화학

네클라스레이트 수화물의[38] 결정구조
주 기사: 네온 화합물

네온은 최초의 p-블록 비활성 기체이자 진정한 전자 옥텟을 가진 최초의 원소입니다. 그것은 비활성입니다: 그것의 가벼운 유사체인 헬륨의 경우와 마찬가지로, 네온을 포함하는 강하게 결합된 중성 분자는 확인되지 않았습니다. 이온 [NeAr],+ [NeH]+ 및 [HeNe]+은 광학 및 질량 분석 연구에서 관찰되었습니다.[2] 고체 네온 클라스레이트 수화물은 350~480 MPa의 압력과 약 -30 °C의 온도에서 수빙과 네온 가스로부터 생산되었습니다.[39] 네 개의 원자는 물과 결합되어 있지 않고 이 물질을 통해 자유롭게 움직일 수 있습니다. 클라스레이트를 며칠 동안 진공 챔버에 넣어 물의 가장 밀도가 낮은 결정 형태인 얼음 XVI를 생성함으로써 추출할 수 있습니다.[38]

친숙한 폴링 전기 음성도 척도는 화학 결합 에너지에 의존하지만, 불활성 헬륨과 네온에 대해서는 분명히 그러한 값이 측정되지 않았습니다. (측정 가능한) 원자 에너지에만 의존하는 알렌 전기음성도 척도는 네온을 가장 전기음성도가 높은 원소로 식별하고 불소와 헬륨이 그 뒤를 이었습니다.[40]

네온의 삼중점 온도(24.5561 K)는 1990년 국제 온도 척도에서 정의된 고정점입니다.[41]

생산.

네온은 극저온 공기 분리 공장의 공기에서 생산됩니다. 주로 질소, 네온, 헬륨 및 수소로[42] 이루어진 기상 혼합물이 고압 공기-분리 컬럼의 상부에 있는 메인 응축기로부터 인출되고 네온의 정류를 위해 사이드 컬럼의 하부로 공급됩니다.[43] 그런 다음 활성탄과 접촉하여 헬륨에서 추가로 정제할 수 있습니다. 수소는 산소를 첨가하여 네온에서 정제되어 물이 생성되고 응축됩니다.[42] 기체상 혼합물 88,000파운드를 가공하여 순수 네온 1파운드를 생산할 수 있습니다.[42]

전 세계 네온 공급량의 약 70%가 러시아 철강 생산의 부산물로 우크라이나에서[44] 생산되고 있습니다.[45] 2020년 현재 오데사와 모스크바에 공장을 둔 Iceblick사는 전 세계 네온 생산량의 65%와 크립톤과 제논의 15%를 공급하고 있습니다.[46][47]

2022년 부족

2014년 러시아의 크림 반도 합병 이후 전 세계 네온 가격이 약 600% [48]급등하면서 일부 칩 제조업체들이 러시아와 우크라이나 공급업체에서[49] 벗어나 중국 공급업체로 전환하기 시작했습니다.[47] 2022년 러시아의 우크라이나 침공으로 전 세계 공급의 약 절반을 생산하는 우크라이나의 두 회사도 문을 닫았습니다. 오데사와 마리우폴에 각각 위치한 크라이오인 엔지니어링(우크라이나어: к ріоін і нжинірінг)과 인하즈(우크라이나어: н г а з і). 이번 폐쇄로 코로나19 칩 부족 사태가 더욱 악화돼 [47][46]네온 생산이 중국으로 더 이동할 가능성이 있다고 전망했습니다.[49]

적용들

조명 및 사이니지

주 기사: 네온사인
코네티컷주 햄든의 꽃집 네온사인.

상당히 다른 두 종류의 네온 조명이 공통적으로 사용됩니다. 네온 글로우 램프는 일반적으로 작고 대부분 100~250V 사이에서 작동합니다.[50] 전원 켜기 표시기 및 회로 테스트 장비로 널리 사용되어 왔지만 이제는 발광 다이오드(LED)가 이러한 응용 분야에서 우세합니다. 이 간단한 네온 장치는 플라즈마 디스플레이와 플라즈마 텔레비전 화면의 선구자였습니다.[51][52] 네온사인은 일반적으로 훨씬 높은 전압(2~15킬로볼트)에서 작동하며, 발광관의 길이는 일반적으로 미터입니다.[53] 유리관은 종종 건축 및 예술적 응용뿐만 아니라 간판을 위한 모양과 문자로 형성됩니다.

네온사인에서 네온은 전류가 낮은 압력 아래에서 통과할 때 명백한 밝고 붉은 오렌지 빛을 만들어냅니다.[54] 다른 색을 가진 관등은 종종 "네온"이라고 불리지만, 그것들은 다른 비활성 가스나 다양한 색의 형광등을 사용하는데, 예를 들어 아르곤은 라벤더나 푸른 색을 만듭니다.[55] 2012년 기준으로 100가지 이상의 색상이 준비되어 있습니다.[56]

다른.

네온은 진공관, 고압계, 피뢰기, 파계관, 텔레비전관, 헬륨-네온 레이저 등에 사용됩니다. 고순도 네온을 포함하는 가스 혼합물은 반도체 소자 제작에서 포토리소그래피용 레이저에 사용됩니다.[48]

액화 네온은 더 극단적인 액체-헬륨 냉동으로 도달할 수 있는 더 낮은 온도 범위를 요구하지 않는 응용 분야에서 극저온 냉매로 상업적으로 사용됩니다.

참고문헌

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