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Néon

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(Redirecionado de Neônio)
Image Nota: Para outros significados, veja Néon (desambiguação).
Néon, 10Ne
Image
Aparência
gás incolor, exibindo incandescência laranja-avermelhada quando colocado num campo elétrico de alta voltagem.
Néon na tabela periódica
Flúor ← Néon → Sódio

He
  Image
 
10		 Ne
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↑
Ne
↓
Ar
Número atómico (Z)10
Sériegases nobres
Grupo18 (VIIIA)
Período2
Blocop
Propriedades atómicas
Massa atómica20,1797(6) u
Raio atómico (calculado)38 pm
Raio covalente69 pm
Raio de Van der Waals154 pm
Configuração electrónica[He] 2s2 2p6
Elétrons (por nível de energia)2, 8 (ver imagem)
Image
Linhas espectrais do néon.
Propriedades físicas
Estado em CPTPgasoso
Ponto de fusão24,56 K
Ponto de ebulição27,07 K
Densidade, dureza0,8999 kg/m3, não apresenta dureza
Entalpia de fusão0,3317 kJ/mol
Entalpia de vaporização1,7326 kJ/mol
Pressão de vapor1 Pa a 12 K
Outras propriedades
Estrutura cristalinacúbico de faces centradas
Calor específico103 J/(kg·K)
Condutividade térmica0,0493 W/(m·K)
Velocidade do som435 m/s a 20 °C
Número CAS7440-01-9
1.º Potencial de ionização2080,7 kJ/mol
2.º Potencial de ionização3952,3 kJ/mol
3.º Potencial de ionização6122 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
20Ne90,48%estável com 10 neutrões
21Ne0,27%estável com 11 neutrões
22Ne9,25%estável com 12 neutrões
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O néon, em português europeu, ou neônio, em português brasileiro,[1] é um elemento químico de símbolo Ne e número atômico 10. É o segundo gás nobre da tabela periódica.[2] Em condições padrão, é um gás monoatômico, incolor, inodoro e inerte, com densidade de aproximadamente dois terços da densidade do ar.

O neônio foi descoberto em 1898 junto com o criptônio e o xenônio. Os três eram os gases raros inertes que ainda restavam no ar seco depois da remoção de nitrogênio, oxigênio, argônio e dióxido de carbono. Seu espectro de emissão vermelho vivo permitiu reconhecê-lo de imediato como um novo elemento. O nome neon vem da palavra grega νέον, forma neutra singular de νέος (neos), "novo". O neônio é quimicamente inerte. Embora existam espécies químicas contendo neônio, elas são em sua maior parte moléculas iônicas ou moléculas frágeis mantidas por forças de van der Waals.

A maior parte do neônio do cosmos foi formada pela fusão nuclear no interior de estrelas, a partir de oxigênio e hélio pelo processo de captura alfa. Apesar de ser abundante no Universo e no Sistema Solar, onde ocupa o quinto lugar em abundância cósmica depois de hidrogênio, hélio, oxigênio e carbono, é relativamente escasso na Terra. Corresponde a cerca de 18,2 ppm do volume da atmosfera terrestre e a uma fração menor da crosta. Sua elevada volatilidade e a incapacidade de formar compostos que o fixem a sólidos explicam sua escassez na Terra e nos planetas terrestres internos. Essa volatilidade também facilitou sua fuga dos planetesimais aquecidos pelo jovem Sol.

Entre seus usos estão lâmpadas de descarga de baixa tensão, tubos de descarga de alta tensão e letreiros luminosos, nos quais produz um brilho vermelho-alaranjado característico.[3][4] A mesma linha de emissão vermelha produz a luz característica dos lasers de hélio-neônio. O elemento também é usado em tubos de plasma e como fluido refrigerante, mas seus usos comerciais são limitados. É obtido principalmente pela destilação fracionada do ar líquido e, como o ar é sua única fonte, custa consideravelmente mais que o hélio.

História

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Lâmpadas de descarga de gás formando o símbolo químico do neônio

O neônio foi descoberto em 1898, em Londres, pelos químicos britânicos sir William Ramsay (1852–1916) e Morris William Travers (1872–1961).[5] Ramsay resfriou uma amostra de ar até liquefazê-la, aqueceu o líquido e recolheu os gases à medida que entravam em ebulição. Nitrogênio, oxigênio e argônio já haviam sido identificados. Os gases restantes foram isolados aproximadamente por ordem de abundância ao longo de seis semanas, a partir do fim de maio de 1898. O primeiro foi o criptônio. Depois que ele foi retirado, o gás seguinte produziu luz vermelha intensa sob descarga espectroscópica. Identificado em junho, recebeu o nome "neon", o equivalente grego do latim novum, "novo",[6] por sugestão do filho de Ramsay. A cor vermelho-alaranjada intensa emitida pelo gás quando excitado eletricamente foi percebida de imediato. Travers escreveu mais tarde: "o clarão de luz carmesim do tubo contava sua própria história e era uma visão para contemplar e jamais esquecer".[7]

Um segundo gás foi anunciado junto com o neônio. Tinha aproximadamente a mesma densidade do argônio, mas espectro diferente, e Ramsay e Travers o chamaram de metargon.[8][5] A análise espectroscópica posterior mostrou que era argônio contaminado com monóxido de carbono. Em setembro de 1898, a mesma equipe encontrou o xenônio pelo mesmo processo.[8]

A escassez de neônio retardou seu emprego em iluminação nos moldes dos tubos de Moore, que usavam nitrogênio e começaram a ser comercializados no início do século XX. Depois de 1902, a Air Liquide, empresa de Georges Claude, passou a produzir neônio em escala industrial como subproduto da liquefação do ar. Em dezembro de 1910, Claude apresentou a iluminação moderna por neônio com um tubo selado contendo o gás. Ele tentou por pouco tempo vender esses tubos para iluminação residencial interna, devido à intensidade da luz, mas os consumidores rejeitaram sua cor. Em 1912, um associado de Claude começou a vender tubos de descarga como letreiros publicitários e encontrou um mercado muito maior. Os tubos chegaram aos Estados Unidos em 1923, quando uma concessionária Packard de Los Angeles comprou dois grandes letreiros. O brilho e a forte cor vermelha diferenciavam a publicidade em neônio de outros anúncios.[9] A intensidade e a vivacidade da cor do neônio foram associadas à sociedade norte-americana daquele período e à ideia de um "século de progresso". Anúncios luminosos e uma "arquitetura eletrográfica" mudaram a aparência noturna das cidades.[10][11]

Em 1913, J. J. Thomson estudava a composição dos raios anódicos quando fez feixes de íons de neônio atravessarem campos magnético e elétrico e mediu seus desvios em uma placa fotográfica. A placa mostrou duas manchas separadas, correspondentes a duas parábolas de desvio. Thomson concluiu que alguns átomos do gás tinham massa maior que os demais. Ele não interpretou o resultado dessa maneira na época, mas o experimento constituiu a primeira descoberta de isótopos de átomos estáveis. O aparelho de Thomson era uma forma rudimentar do que passou a ser chamado de espectrômetro de massa.

Isótopos

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Image
A primeira evidência de isótopos de um elemento estável foi obtida em 1913 em experimentos com plasma de neônio. No canto inferior direito da placa fotográfica de J. J. Thomson aparecem as marcas separadas de impacto dos isótopos neônio-20 e neônio-22.

O neônio tem três isótopos estáveis: 20Ne (90,48%), 21Ne (0,27%) e 22Ne (9,25%).[12] 21Ne e 22Ne são em parte primordiais e em parte nucleogênicos, isto é, produzidos por reações nucleares de outros nuclídeos com nêutrons ou outras partículas do ambiente, e suas variações de abundância natural são bem compreendidas. O 20Ne, principal isótopo primordial produzido na nucleossíntese estelar, não tem produção nucleogênica ou radiogênica conhecida, exceto pelo decaimento do oxigênio-20, produzido em casos muito raros de decaimento por aglomerado do tório-228. As causas das variações de 20Ne na Terra foram objeto de intenso debate.[13][14]

As principais reações nucleares que geram isótopos nucleogênicos de neônio começam com 24Mg e 25Mg, que produzem, respectivamente, 21Ne e 22Ne após captura neutrônica e emissão imediata de uma partícula alfa. Os nêutrons envolvidos vêm sobretudo de reações secundárias de espalação por partículas alfa, por sua vez provenientes das cadeias de decaimento do urânio. O resultado é uma tendência a razões 20Ne/22Ne menores e 21Ne/22Ne maiores em rochas ricas em urânio, como granitos.[14]

A análise isotópica de rochas terrestres expostas também detectou produção cosmogênica de 21Ne por raios cósmicos. Esse isótopo é gerado por reações de espalação em magnésio, sódio, silício e alumínio. A análise dos três isótopos permite separar o componente cosmogênico do neônio magmático e do neônio nucleogênico. O método pode ser usado para determinar idades de exposição cósmica de rochas superficiais e meteoritos.[15]

O neônio do vento solar contém proporção maior de 20Ne que as fontes nucleogênicas e cosmogênicas.[14] Amostras de gases vulcânicos e diamantes também têm enriquecimento em 20Ne, compatível com uma origem primordial, possivelmente solar.[16]

Características

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O neônio é o segundo gás nobre mais leve, depois do hélio. Assim como os outros gases nobres, é incolor e inodoro. Em um tubo de descarga a vácuo, emite luz vermelho-alaranjada. Por unidade de volume, o neônio líquido tem capacidade de refrigeração mais de 40 vezes maior que a do hélio líquido e três vezes maior que a do hidrogênio líquido.[17] Na maioria das aplicações, é um refrigerante menos caro que o hélio.[18][19] Embora o hélio tenha energia de ionização maior, cálculos teóricos apontam o neônio como o elemento quimicamente menos reativo, ainda menos reativo que o hélio. Estudos computacionais mostram que o hélio pode formar espécies químicas estáveis em condições extremas. O íon hidreto de hélio HeH+ foi observado experimentalmente, e sólidos de alta pressão como Na2He também foram confirmados. Trabalhos teóricos preveem que o fluoreto de hidreto de hélio, HHeF, um composto neutro derivado de HeH+, poderia ser estável sob pressão extrema, enquanto o composto análogo de neônio HNeF parece não formar um estado ligado e, por isso, não existiria. Nenhum composto neutro ou covalente estável de neônio é conhecido em qualquer pressão ou temperatura.[20] Um complexo aniônico contendo neônio, [B12(CN)11Ne]−, foi previsto teoricamente, mas sua existência ainda não foi comprovada em experimento. O neônio é o único gás nobre sem compostos definitivamente confirmados.[21]

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O espectro de emissão do neônio mostra os comprimentos de onda individuais que formam a cor percebida quando o gás é excitado.

Entre os gases nobres, o plasma de neônio produz a descarga luminosa mais intensa em tensões e correntes usuais. Para o olho humano, a cor média é vermelho-alaranjada devido às muitas linhas nessa faixa. Há também uma linha verde forte, pouco visível sem a separação dos componentes por um espectroscópio.[22]

Ocorrência

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Os isótopos estáveis do neônio são produzidos em estrelas. Seu isótopo mais abundante, 20Ne (90,48%), surge da fusão nuclear entre núcleos de carbono no processo de fusão do carbono da nucleossíntese estelar. A reação exige temperaturas acima de 500 megakelvins, encontradas nos núcleos de estrelas com mais de oito massas solares.[23][24]

O neônio é o quinto elemento químico mais abundante do Universo em massa, depois de hidrogênio, hélio, oxigênio e carbono.[25] Sua relativa raridade na Terra, assim como a do hélio, decorre da baixa massa, da alta pressão de vapor em temperaturas muito baixas e da inércia química. Essas propriedades dificultaram sua retenção nas nuvens de gás e poeira em condensação que formaram planetas sólidos menores e mais quentes, como a Terra. O neônio é monoatômico e, por isso, mais leve que as moléculas diatômicas de nitrogênio e oxigênio que constituem a maior parte da atmosfera terrestre. Um balão cheio de neônio sobe no ar, embora mais devagar que um balão de hélio.[26]

Estimativas de abundância dão cerca de 1.300 ppm de neônio em massa no Universo e 1.000 ppm no Sol.[27] A sonda atmosférica da missão Galileo encontrou na alta atmosfera de Júpiter uma abundância de neônio cerca de dez vezes menor, em torno de uma parte em 6.000 em massa. Uma possibilidade é que os planetesimais de gelo que levaram neônio do Sistema Solar externo para Júpiter tenham se formado numa região quente demais para reter esse componente atmosférico. A abundância dos gases inertes mais pesados em Júpiter é várias vezes maior que a encontrada no Sol.[28] Outra possibilidade é que o neônio seja retido seletivamente no interior do planeta.[29]

Na atmosfera terrestre, o neônio corresponde a cerca de uma parte em 55.000, ou 18,2 ppm em volume, valor aproximadamente igual à fração molecular ou molar, e a uma parte em 79.000 em massa. Sua proporção na crosta é menor. Em escala industrial, é produzido por destilação fracionada criogênica do ar liquefeito.[17]

Em 17 de agosto de 2015, cientistas da NASA anunciaram a detecção de neônio na exosfera da Lua a partir de medições da sonda Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE).[30]

Química

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Estrutura cristalina de um hidrato de clatrato de Ne.[31]

O neônio é o primeiro gás nobre do bloco p e o primeiro elemento com um octeto eletrônico completo. É inerte. Assim como seu análogo mais leve, o hélio, não foram identificadas moléculas neutras fortemente ligadas que contenham neônio. Cr(CO)5Ne é um exemplo de espécie contendo neônio e apresenta uma ligação Ne–Cr muito fraca.[32] Os íons [NeAr]+, [NeH]+ e [HeNe]+ foram observados em estudos ópticos e de espectrometria de massa.[17] Um hidrato de clatrato sólido de neônio foi produzido a partir de gelo de água e neônio gasoso sob pressões de 350 a 480 MPa e temperaturas em torno de −30 °C.[33] Os átomos de Ne não ficam ligados à água e podem se mover livremente pelo material. Eles podem ser extraídos deixando o clatrato numa câmara de vácuo por alguns dias, o que produz gelo XVI, a forma cristalina de água de menor densidade.[31]

A escala de eletronegatividade de Pauling se baseia nas energias das ligações químicas, valores que não foram medidos para os gases inertes hélio e neônio. A escala de Allen usa apenas energias atômicas mensuráveis e nela o neônio é o elemento mais eletronegativo, seguido de perto pelo flúor e pelo hélio.[34]

A temperatura do ponto triplo do neônio, 24,5561 K, é um ponto fixo de definição da Escala Internacional de Temperatura de 1990.[35]

Produção

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O neônio é obtido do ar em instalações criogênicas de separação do ar. Uma mistura gasosa formada principalmente por nitrogênio, neônio, hélio e hidrogênio[36] é retirada do condensador principal, no topo da coluna de separação de ar de alta pressão, e levada à base de uma coluna lateral para retificação do neônio.[37] O hélio pode ser removido por contato com carvão ativado. Para retirar o hidrogênio, acrescenta-se oxigênio, formando água que é condensada.[36] Cerca de 0,454 kg de neônio puro podem ser obtidos do processamento de aproximadamente 39,9 toneladas dessa mistura gasosa.[36]

Antes da invasão russa da Ucrânia em 2022, cerca de 70% do fornecimento mundial de neônio era produzido na Ucrânia[38] como subproduto da produção de aço na Rússia.[39] Em 2020, a empresa Iceblick, com instalações em Odessa e Moscou, fornecia 65% da produção mundial de neônio e 15% da produção de criptônio e xenônio.[40][41]

Escassez de 2022

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Os preços mundiais do neônio subiram cerca de 600% depois da anexação da Crimeia pela Rússia em 2014.[42] Alguns fabricantes de chips começaram a substituir fornecedores russos e ucranianos[43] por fornecedores na China.[41] A invasão de 2022 também interrompeu as operações de duas empresas ucranianas que produziam cerca de metade do fornecimento mundial, Cryoin Engineering (Кріоін Інжинірінг) e Inhaz (ІНГАЗ), instaladas em Odessa e Mariupol, respectivamente.[42] Previa-se que os fechamentos agravariam a escassez global de chips entre 2020 e 2023,[41][40] e poderiam acelerar a transferência da produção de neônio para a China.[43]

Aplicações

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Iluminação e sinalização

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Letreiro de neônio em uma floricultura de Hamden, Connecticut

Dois tipos bastante diferentes de iluminação de neônio são de uso comum. As lâmpadas de descarga de neônio são em geral pequenas, e a maioria funciona entre 100 e 250 volts.[44] Foram muito usadas como indicadores de funcionamento e em equipamentos para teste de circuitos, mas os diodos emissores de luz (LEDs) passaram a predominar nessas funções. Esses dispositivos simples antecederam as telas de plasma e os televisores de plasma.[45][46] Letreiros de neônio funcionam normalmente em tensões muito maiores, entre 2 e 15 quilovolts, e seus tubos luminosos costumam ter metros de comprimento.[47] Os tubos de vidro podem ser moldados em formas e letras para sinalização, arquitetura e arte.

Nos letreiros, o neônio produz luz vermelho-alaranjada intensa quando uma corrente elétrica atravessa o gás sob baixa pressão.[48] Tubos luminosos de outras cores também costumam ser chamados de "neon", embora usem outros gases nobres ou diferentes cores de iluminação fluorescente. O argônio, por exemplo, produz tonalidade lavanda ou azul.[49] Em 2012, havia mais de cem cores disponíveis.[50]

Outros

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O neônio é usado em válvulas a vácuo, indicadores de alta tensão, para-raios, tubos de medidores de comprimento de onda, tubos de televisão e lasers de hélio-neônio. Misturas gasosas com neônio de alta pureza são usadas em lasers para fotolitografia na fabricação de dispositivos semicondutores.[42]

O neônio liquefeito é usado comercialmente como refrigerante criogênico em aplicações que não exigem as temperaturas mais baixas obtidas com refrigeração por hélio líquido.

Ver também

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Referências

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Ligações externas

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