10 Ne ネオン 20.18
希ガス pブロック 2周期 18族

ネオン

Ne · 元素 10 · 希ガス

化学的には不活性ですが、光学的には忘れがたい元素です。ネオンは、20世紀の夜の都市を象徴した橙赤色の輝きです。

20°Cでの状態 気体
原子量 20.18 u
電子配置[He] 2s² 2p⁶

構造

ネオンの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている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

物性表

各バーは、その性質についてネオンが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

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 0.0491 W/m·K 8%

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%

同一性

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化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

ネオンの原子はどのくらいの大きさですか?

半径38 pmです。これは0.038 nmなので、約13.16百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

ネオンは、25 Kから27 Kまでの3 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

ネオンは周期2、族18に位置します。 族18のすべての元素は最外殻電子数が同じであるため、非常によく似た性質を示します。

その他の希ガス

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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。

ネオンの発見

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で綿密な成果の一つです。すでにアルゴン(1894年)を発見し、ヘリウム(1895年)を単離していた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、周期表の空白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の原子量予測を使い、未発見の元素の原子量は約20にな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は最も野心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。これは液体空気から数週間かけて分留する必要がある膨大な量でした。2人はこの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。蒸発中に、より軽い気体や重い気体が分離すると考えたためです。

転機は、軽い気体を含む最初の留分を、新たに入手したPlücker管(初期のガス放電管)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光を発しました。Traversは後に「その光景は見る喜びに満ちていた」と記しています。

命名と確認

Ramsayは直ちに、鮮やかな新元素を発見した興奮を反映し、ギリシャ語で「新しい」を意味する「neos」にちなんで「neon」という名前を提案しました。2人はその後数か月をかけて、ネオンの性質、すなわち原子量(20.2)、スペクトル線、化学的不活性を確認しました。

確認には綿密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年から1898年にかけて、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンという希ガスを発見し、1904年に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、新しい族全体、すなわち第18族の希ガスを加えることにつながりました。

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商品化しました。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を変える始まりとなりました。

科学的遺産

ネオンの発見は商業用途を超えて、原子構造に対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、電子殻理論の重要な証拠となり、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)が低圧(大気圧の0.3%)のネオンガスを通過すると、540.1ナノメートルで特徴的な橙赤色の光を発します。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、基底状態に戻る際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、熱いうち(約1,000°C)に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気体を封入します。異なる色は、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を管内面に塗布して実現します。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域が作られます。

レーザー技術

1960年にBell LabsのAli Javanが発明したヘリウム・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の割合で含まれています。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作ります。

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。消費者向け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。

極低温用途

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用途で、特殊な極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よく冷却します。

欧州宇宙機関は宇宙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できるためです。

プラズマおよび真空技術

ネオンは高いイオン化エネルギー(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価値があります。ネオンプラズマは下層を損傷させずに特定の材料を選択的に除去でき、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絶縁破壊特性を示します。ネオン封入電圧調整管は、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

都市照明および看板

  • 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
  • 広告ディスプレイ: 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・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: 分光法、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: 昔のテレビ管( obsolete )
  • 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: 衛星機器の冷却
  • 産業工程: 超低温材料試験

起源

自然界での存在

地殻に0.18 mg/kg存在し、44%の元素より存在度が高い

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なため、地球上では希少です。地球の大気中でネオンが占める割合はわずか18.2 ppm(0.00182%)で、ヘリウムより豊富ですが、微量気体と見なされています。

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、惑星内部から継続的に放出されたガスに由来します。より重い希ガスとは異なり、ネオンは原子量が小さいため、特に地球初期の高温期に相当量が大気から宇宙空間へ逃げました。

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、酸素16がさらに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%)を作ります。

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爆発の際に宇宙空間へ拡散し、やがて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、安定同位体であるNe-20(90.48%)、Ne-21(0.27%)、Ne-22(9.25%)の3種類から成ります。この同位体分布は、太陽系の形成や初期大気の進化に関する手がかりを与えます。隕石で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、地球初期の大気や主要な地質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の比は地質構造によって異なり、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、商業的なネオンの生産は完全に液体空気の分留に依存しています。この過程は、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。残った希ガスは「粗ネオン」留分に濃縮されます。

その後、複数段階の蒸留によって、沸点が最も近いヘリウムやアルゴンからネオンを分離します。主な生産はUkraine、Russia、Chinaで行われており、大規模な空気分離プラントによって、実用的な量のネオンを抽出するために必要な膨大な量の空気を経済的に処理できます。

取り扱い

安全性

安全情報および取り扱い

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、ガラス管による物理的危険です。

吸入および呼吸器への影響

急性ばく露: ネオンガスに短時間ばく露しても、有害な影響はありません。一部の希ガスとは異なり、ネオンは濃度が高くても、窒素酔いに似た麻酔作用を引き起こしません。

窒息リスク: 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、呼吸促迫、協調運動の喪失があります。

OSHAガイドライン: ネオンに関する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%超に保つことを義務付けています。

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、重大な感電リスクがあります。保守作業の前には必ず電源を切ってください。

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: 有資格の電気工事士が、現地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。

極低温安全(液体ネオン)

極低温の危険: -246°Cの液体ネオンに触れると、重度の凍傷を負う可能性があります。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。適切な通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極低温デュワーに保管してください。

緊急時の手順

酸素欠乏: 直ちに被災者を新鮮な空気の場所へ移し、可能であれば補助酸素を与え、長時間ばく露していた場合は医療機関を受診してください。

感電: 電源を切るまで被災者に触れないでください。必要に応じて心肺蘇生を開始し、直ちに救急サービスへ連絡してください。

極低温物質との接触: 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

ネオンとは何ですか?

ネオン(記号Ne)は周期表の元素10で、2周期、18族の希ガスです。 化学的には不活性ですが、光学的には忘れがたい元素です。ネオンは、20世紀の夜の都市を象徴した橙赤色の輝きです。 室温では気体です。

ネオンの電子配置はどのようなものですか?

ネオンの基底状態の電子配置は[He] 2s² 2p⁶で、2, 8という分布の電子殻が2個あります。 最外殻には8個の電子があり、これによって結合の性質が決まります。

ネオンの融点と沸点は何ですか?

ネオンの融点は24.6 K(-248.6 °C)、沸点は27.1 K(-246.1 °C)です。

ネオンの原子量は何ですか?

ネオンの標準原子量は20.18 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。

ネオンの密度はどのくらいですか?

ネオンは室温で気体です。密度は0 °C、1 atmで約0.9 g/Lで、空気よりおおむね軽いです。

ネオンを発見したのは誰で、いつですか?

ネオンは1898年にRamsay & Traversによって発見されました。 ギリシャ語の neos、「新しい」にちなんで名付けられました。

地球上でネオンはどのくらい一般的ですか?

地球の地殻におけるネオンの割合は約0.18 mg/kgで、実際に希少であるため高価です。