10 Ne ネオン 20.18
希ガス p-block Period 2 Group 18

ネオン

Ne · Element 10 · Noble gases

Chemically inert, optically unforgettable: neon is the orange-red glow that defined the twentieth-century city at night.

20°Cでの状態 気体
原子量 20.18 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s² 2p⁶

構造

ネオン原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてネオンが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 9.00e-4 g/cm³ 2%
融点 24.6 K 2%
沸点 27.1 K 2%
比熱 1.03 J/g·K
熱伝導率 0.01 W/m·K 1%

原子

原子半径 38 pm 1%
共有結合半径 58 pm
ファンデルワールス半径 154 pm

電子

電気陰性度
イオン化エネルギー 2081.2 kJ/mol 99%
電子親和力

存在

地殻中の存在度 0.18 mg/kg 44%

同定

元素記号Ne
原子番号10
原子量20.18 u
分類希ガス
ブロックp
結晶構造面心立方格子
酸化数0
発見年1898
発見者Ramsay & Travers

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a ネオン atom?

Radius 38 pm — that is 0.038 nm, so about 13158 million of them side by side would span a millimetre.

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

ネオン is liquid over a 3 K window, from 25 K to 27 K.

位置

表での位置

ネオン sits in period 2, group 18. Everything in group 18 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER 希ガス

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物語

ネオンとは何か、そしてどのように発見されたか

放電管内で赤橙色に発光する不活性な希ガスです。

The discovery of ネオン

ネオンの発見

William RamsayとMorris Travers

1898年のネオンの発見は、化学史上最も体系的かつ緻密な成果の一つです。アルゴン(1894年)の発見とヘリウム(1895年)の単離ですでに有名だったSir William Ramsayは、University College Londonで若い助手のMorris William Traversと協力し、さらに希ガスを探しました。

1852年にGlasgowで生まれたRamsayは、周期表の空欄に強い関心を抱いていました。Dmitri Mendeleevの周期律は、ヘリウムとアルゴンの間に元素が存在するはずだと予測していましたが、まだ発見されていませんでした。RamsayはMendeleevの原子量の予測を使い、未発見の元素の原子量は約20であるはずだと計算しました。

実験の道のり

1898年6月12日、RamsayとTraversは最も意欲的な実験を開始しました。2人は15リットルの液体アルゴンを集めました。これは液体空気を数週間にわたって分留する必要がある膨大な量でした。2人は、より軽い気体や重い気体が蒸発中に分離するはずだと考え、液体アルゴンをゆっくり蒸発させながら、最初と最後の留分を集めました。

画期的な進展は、軽い気体を含む最初の留分を、新たに入手したPlücker管という初期の放電管で調べたときに訪れました。未知の気体に高電圧をかけると、それまで見たことのない鮮やかな橙赤色の発光が生じました。Traversは後に「その光景は喜びに満ちたものでした」と書いています。

命名と確認

Ramsayは、この鮮やかな新元素を発見した興奮を表すため、ギリシャ語で「新しい」を意味する「neos」に由来する「neon」という名前を直ちに提案しました。2人はその後数か月をかけて、ネオンの性質、原子量(20.2)、スペクトル線、化学的不活性を確認しました。

確認には、 painstakingな分光分析が必要でした。各元素は励起されると固有のスペクトル線を生じ、それが原子の指紋として機能します。ネオンのスペクトルには、これまで観測されたことのない特定の波長の線が現れ、2人が新しい元素を単離したことを決定的に証明しました。

影響と評価

Ramsayは1894-1898年にヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンを含む希ガスを発見し、その功績によって1904年のノーベル化学賞を受賞しました。彼の研究は、Mendeleevの周期表が不完全であることを証明し、まったく新しい族である第18族、希ガスの追加につながりました。

この発見はすぐに実用的な意味を持ちました。2年以内に、フランスのGeorges Claudeが最初のネオン照明を開発し、RamsayとTraversが苦労して単離した気体を製品化しました。1910年までには、ネオンサインがParisの街路を照らし、世界中の都市の夜景の変化が始まりました。

科学的遺産

ネオンの発見は、商業的用途にとどまらず、原子構造に関する理解を根本的に変えました。希ガスの化学的不活性は、電子殻理論を裏付ける重要な証拠となり、原子が化学結合を形成する理由の理解に役立ちました。ネオンの完全な最外電子殻(2-8配置)は、化学的安定性を理解するためのモデルとなりました。

用途

ネオンの用途

産業および商業用途

ネオン照明技術

ネオンの最も有名な用途は、世界中の都市景観に革命をもたらしました。高電圧(3,000-15,000 volts)を低圧(大気圧の0.3%)のネオンガスに通すと、540.1ナノメートルの特徴的な橙赤色の発光が生じます。この現象は、電気エネルギーによってネオン原子がより高いエネルギー状態に励起され、基底状態に戻るときに特定の波長の光子を放出することで起こります。

現代のネオンサインでは、約1,000°Cで熱して形を曲げたガラス管に、純粋なネオンガスまたはネオンとアルゴンの混合物を封入します。管の内側を、ネオンの紫外線放射を受けると蛍光を発する蛍光体粉末でコーティングすることで、さまざまな色を実現します。ネオンに水銀蒸気を混ぜると青色光が生じ、さまざまな蛍光体によって、タイムズスクエアやラスベガスで見られる全色のスペクトルが作り出されます。

レーザー技術

1960年にBell LabsのAli Javanによって発明されたヘリウム・ネオン(HeNe)レーザーは、最初の連続波気体レーザーであり、現在も重要な役割を果たしています。これらのレーザーには、低圧のヘリウムとネオンが10:1の割合で混合されています。ヘリウム原子は放電によって励起され、衝突を通じてネオン原子にエネルギーを移し、レーザー発振に必要な反転分布を生み出します。

HeNeレーザーは主に632.8ナノメートル(赤色光)で動作し、バーコードスキャナー、測量機器、ホログラフィー、科学研究に使用されます。民生用途では半導体レーザーに大きく置き換えられていますが、優れたビーム品質と安定性により、精密用途に適しています。

低温用途

液体ネオンは、液体水素(20K)と液体窒素(77K)の間の温度を必要とする特殊な用途で、特別な低温冷却剤として使用されます。沸点27.1K(-246°C)では、液体ネオンは、ヘリウムでは高価すぎ、窒素では不十分な粒子加速器やMRI装置の超伝導磁石を効率的に冷却します。

European Space Agencyは、宇宙空間に設置する赤外線望遠鏡で液体ネオンを使用しています。中間的な温度と化学的不活性により、ヘリウム再循環システムの複雑さなしに検出器アレイを冷却するのに適しています。

プラズマおよび真空技術

ネオンは高い電離ポテンシャル(21.6 eV)と安定したプラズマ特性を持つため、半導体製造のプラズマエッチング工程で有用です。ネオンプラズマは、下層を損傷させずに特定の材料だけを選択的に除去できるため、コンピューターチップ上にナノスケールの回路パターンを作成するうえで重要です。

真空管やガス封入スイッチでは、ネオンが信頼性の高い電気的絶縁破壊特性をもたらします。ネオン封入電圧安定管は、変化する電流負荷に対して一定の電圧を維持しますが、現代の電子機器では大部分が固体素子に置き換えられています。

日常生活における一般的な用途

都市照明および標識

  • ネオンサイン:レストランの看板、「OPEN」の看板、芸術作品
  • 建築照明:建物の輪郭照明、橋の照明
  • 広告表示:映画館の看板、カジノの看板
  • アート作品:美術館の展示、公共芸術プロジェクト

科学および技術機器

  • バーコードスキャナー:食料品店、図書館、倉庫
  • 測量機器:建設現場、土地測量
  • 実験室用機器:分光分析、干渉計測
  • ホログラフィー機器:セキュリティーホログラム、芸術的ホログラフィー

電気用途

  • 電圧表示器:高電圧警告灯
  • 試験機器:電気試験装置
  • テレビ技術:旧式テレビ管(廃止)
  • 避雷器:ガス封入サージ保護装置

特殊冷却

  • 研究施設:素粒子物理学実験
  • 医療機器:特殊MRI冷却システム
  • 宇宙技術:人工衛星搭載機器の冷却
  • 産業工程:超低温材料試験

由来

天然での存在

0.18 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 44% of elements

自然界での存在と生成

大気中の存在

ネオンは宇宙で5番目に豊富な元素ですが、原子量が小さく化学的に不活性であるため、地球上では希少です。地球の大気中のネオンはわずか18.2 ppm(0.00182%)で、ヘリウムより豊富ですが、微量気体とされています。

この大気中のネオンは、地球の形成時に閉じ込められた原始ガスと、地球内部から継続的に放出されるガスに由来します。より重い希ガスは保持されやすいのに対し、ネオンは原子量が小さい(20.18 amu)ため、特に地球初期の高温期に大気から大きく逃げ出しました。

恒星内元素合成

ネオンは、質量が太陽の8倍を超える大質量星の最終進化段階で、アルファ過程によって生成されます。炭素12の原子核がアルファ粒子(ヘリウム4の原子核)を捕獲して酸素16を形成し、さらに別のアルファ粒子を捕獲して、最も豊富なネオン同位体であるネオン20(天然ネオンの90.48%)を生成します。

この過程は、星が超新星爆発を起こす直前に、星の中心部で6億Kを超える温度で起こります。生成されたネオンは超新星によって宇宙空間にまき散らされ、最終的に地球のような新しい恒星系や惑星に取り込まれます。

同位体組成

天然のネオンは、3種類の安定同位体、Ne-20(90.48%)、Ne-21(0.27%)、Ne-22(9.25%)から成ります。この同位体分布は、太陽系の形成と初期大気の進化に関する手がかりを与えます。隕石には異なるネオン同位体比が見られ、初期太陽系星雲におけるネオンの供給源が複数あったことを示しています。

深海堆積物や古代の岩石には、地球初期の大気と主要な地質学的事象の時期を科学者が理解するのに役立つネオン同位体の特徴が保存されています。Ne-20とNe-22の比は異なる地質層で変化し、地球化学的な指紋として機能します。

商業的な抽出

ネオンを含む鉱物は存在しないため、商業的なネオン生産は完全に液体空気の分留に依存しています。この工程は、液体酸素と液体窒素を生産する空気分離プラントで始まります。ネオンを含む残りの希ガスは、「粗ネオン」留分に濃縮されます。

さらに、複数回の蒸留段階によって、ネオンを沸点が最も近いヘリウムやアルゴンから分離します。大規模な空気分離プラントで、意味のある量のネオンを抽出するために必要な膨大な空気を経済的に処理できるウクライナ、ロシア、中国で主に生産されています。

取り扱い

安全性

安全情報と取り扱い

一般的な安全性

ネオンは化学的に不活性で、生体組織と反応したり有毒な化合物を形成したりしないため、毒性のリスクは最小限です。ただし、すべての不活性ガスと同様に、密閉空間で酸素を置換して窒息を引き起こす可能性があります。主な安全上の懸念は、ネオンサインで使用される高電圧電気機器と、ガラス管による潜在的な物理的危険です。

吸入と呼吸器への影響

急性ばく露:ネオンガスへの短時間のばく露によって有害な影響は生じません。一部の希ガスとは異なり、ネオンは高濃度でも、窒素酔いに似た麻酔作用を引き起こしません。

窒息のリスク:密閉空間では、ネオン濃度が70%を超えると酸素欠乏を引き起こし、数分以内に意識を失う可能性があります。症状には、めまい、混乱、速い呼吸、協調運動の喪失などがあります。

OSHAガイドライン:ネオンに特定のばく露限界はありませんが、OSHAは密閉空間の酸素濃度を19.5%超に保つことを求めています。

電気安全(ネオンサイン)

高電圧の危険:ネオンサイン用変圧器は3,000-15,000 voltsで動作し、深刻な感電のリスクがあります。保守作業の前には、必ず電源を切断してください。

必要な個人用保護具:ネオン照明システムを扱う際は、絶縁手袋、安全眼鏡、電圧検出器を使用してください。

設置要件:有資格の電気技師が、地域の電気規則に従ってネオンシステムを設置してください。

低温安全(液体ネオン)

極低温の危険:-246°Cの液体ネオンは、接触すると重度の凍傷を引き起こす可能性があります。保護具には、断熱手袋、フェイスシールド、つま先が覆われた靴が含まれます。

圧力の危険:液体ネオンが急速に温まると、密閉容器内に危険な圧力上昇が生じます。適切な排気システムと圧力逃し弁を使用してください。

保管要件:酸素置換を防ぐため、十分な換気を備えた専用の低温デュワー容器に保管してください。

緊急時の手順

酸素欠乏:被害者を直ちに新鮮な空気の場所へ移し、可能であれば酸素を補給し、長時間ばく露した場合は医療機関を受診してください。

感電:電源が切断されるまで被害者に触れないでください。必要に応じてCPRを開始し、直ちに救急サービスへ連絡してください。

低温物質との接触:患部をぬるま湯(熱湯ではありません)で洗い流し、凍傷部分をこすらず、重度のばく露の場合は直ちに医療機関を受診してください。

簡単な回答

ネオン:よくある質問

What is ネオン?

ネオン (symbol Ne) is element 10 on the periodic table, a 希ガス in period 2, group 18. Chemically inert, optically unforgettable: neon is the orange-red glow that defined the twentieth-century city at night. At room temperature it is a gas.

What is the electron configuration of ネオン?

ネオン's ground-state electron configuration is [He] 2s² 2p⁶, giving 2 occupied shells holding 2, 8 electrons respectively. Its outer shell holds 8 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

What are the melting and boiling points of ネオン?

ネオン melts at 24.6 K (-248.6 °C) and boils at 27.1 K (-246.1 °C).

What is the atomic mass of ネオン?

The standard atomic weight of ネオン is 20.18 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is ネオン?

ネオン is a gas at room temperature; its density is about 0.9 g/L at 0 °C and 1 atm — roughly lighter than air.

Who discovered ネオン, and when?

ネオン was discovered in 1898 by Ramsay & Travers. It is named after greek neos, "new".

How common is ネオン on Earth?

ネオン makes up about 0.18 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.