Il neon è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha numero atomico 10 e il cui simbolo è Ne. È l'ultimo elemento del secondo periodo, che viene dopo il fluoro (e precede il sodio nel terzo periodo). È il secondo dei gas nobili (gruppo 18 del sistema periodico), collocato tra l'elio e l'argon. Con una configurazione elettronica [He] 2s2 2p6 (ottetto), appartiene al blocco p del sistema periodico.
È un elemento notevolmente inerte e, come per l'elio, non se ne conoscono composti (neutri) con altri elementi e, in base a presupposti teorici, si ipotizza che sia anche più inerte dell'elio.
La sua massa atomica è pari a 20,180 u, mentre la sua massa monoisotopica è pari a 19,99244 u.
Storia ed etimologia Il nome deriva dal greco νέον, néon, che significa "nuovo", come per dire "nuovo elemento". Fu scoperto dal chimico scozzese William Ramsay e dal suo assistente, il chimico inglese Morris William Travers, nel 1898 grazie alle brillanti linee giallo arancio negli spettri del miao vapore di campioni nominalmente di argon liquido, ma provenienti dalla liquefazione dell'aria, miscela che contiene anche il neon. Il nome neon fu suggerito a Ramsay dal figlio tredicenne come novum, termine latino di genere neutro per "nuovo") che il padre, come d'uso all'epoca, traspose in greco, sempre al neutro, come νέον.
L'illuminazione al neon, mostrata all'Esposizione di Parigi del 1910, fu sviluppata dalla creatività dell'inventore francese Georges Claude. Il primo cartello pubblicitario al neon negli Stati Uniti fu installato nel 1923 da un concessionario Packard a Los Angeles.
Nel 1912, J. J. Thomson osservò che i raggi canale (fascetti di ioni positivi) ottenuti dal neon ionizzato seguivano due traiettorie distinte quando passavano attraverso un campo magnetico e un campo elettrico. Dedusse la presenza di atomi di neon con due diverse masse atomiche, 20Ne e 22Ne, scoprendo così l'esistenza di due diversi isotopi di un elemento non radioattivo.
Isotopi Il neon (10Ne) è il quinto elemento per abbondanza nell'Universo e il sesto nel sistema solare.
Di questo elemento si conoscono almeno 19 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 16, ad A = 34. Tra questi, quelli presenti in natura, e che sono stabili, sono i tre isotopi che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: 20Ne (90,48%, il più abbondante, con N = Z, neutroni pari ai protoni), 21Ne (0,27%, 1 neutrone in più) e 22Ne (9,25%, 2 neutroni in più).
Isotopi naturali Il 21Ne e il 22Ne si formano naturalmente nella crosta terrestre principalmente attraverso reazioni dell'18O e del 19F nei minerali con emissione di neutroni e particelle α dal decadimento dell'uranio e del torio, che prendono il nome di "isotopi di neon nucleogenico". Inoltre, gli isotopi di neon possono formarsi sulla superficie della Terra e nei corpi extraterrestri tramite reazioni di spallazione indotte dai raggi cosmici su magnesio, silicio, alluminio e sodio.
Le analisi di tutti e tre gli isotopi stabili del neon possono essere utilizzate per distinguere queste fonti dal neon primordiale. Le quantità relative di neon atmosferico e isotopi di neon nucleogenico crostali nelle acque sotterranee profonde e nei gas naturali sono state utilizzate in studi sulle interazioni solido-acqua-gas e sulla migrazione.
La componente cosmogenica è principalmente rilevata nel 21Ne e può essere utilizzata per determinare le età di esposizione ai raggi cosmici dei campioni di roccia, inclusi i meteoriti esposti durante il viaggio attraverso lo spazio e i massi esposti dallo scioglimento del ghiaccio glaciale.
Il 22Ne viene utilizzato per produrre il radioisotopo 22Na tramite la reazione:R. Policroniades, E. Moreno, A. Varela, G. Murillo, A. Huerta, M. E. Ortiz, E. Chávez. Rev. Mex. Fis. S.54, 46 (2008).
^22Ne (p, n) -> ^22Na
Il 20Ne è stato utilizzato per produrre il radioisotopo 18F tramite la reazione:
^20Ne (d, ^4He) -> ^18F
Un team di ricercatori guidato dall'Università di Osaka ha fornito prove sperimentali che esistono stati eccitati nel 20Ne. Focalizzando particelle α su un gas di neon, hanno infatti osservato che i prodotti di decadimento indicavano l'esistenza di stati energetici specifici nel nucleo originale. Questi si sono adattati molto bene alle previsioni dello stato condensato 5α, in cui i 10 protoni e 10 neutroni sono raggruppati in cinque particelle α nell'orbitale a più bassa energia.Osaka University. "The fifth quartet: Excited neon discovery could reveal star qualities." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 June 2021. +Isotopi del neonNuclideZNMassa isotopica (Da)EmivitaDecadimentoSpinAnno15Ne10515,043170(70)770 anni2p 3/2-201416Ne10616,025751(22)> 5,7 zs2p0+197717Ne10717,0177140(4)109,2 msβ+p (94,4(2,9)%), β+α (3,51(1)%), β+ (2,1(2,9)%) e β+pα (0,014(4)%) 1/2-196318Ne10818,0057087(4)1,664,20 msβ+0+195419Ne10919,00188091(17)17,2569 sβ+ 1/2+193920Ne101019,9924401753(16)stabile0+191321Ne101120,99384669(4)stabile3/2+192822Ne101221,991385114(19)stabile0+191323Ne101322,99446691(11)37,15 sβ−5/2+193624Ne101423,9936106(6)3,38 minβ−0+195625Ne101524,997810(30)602 msβ−1/2+197026Ne101626,000516(20)197 msβ− (99,87(3)%) e β−n (0,13(3)%)0+197027Ne101727,007570(100)30,9 msβ− (98,0(5)%), β−n (2,0(5)%) e β−2n ?(3/2+)197728Ne101828,012130(140)18,8 msβ− (84,3(1,1)%), β−n (12(1)%) e β−2n (3,7(5)%)0+197929Ne101929,019750(160)14,7 msβ− (68,0(5,1)%), β−n (28(5)%) e β−2n (4(1)%)(3/2−)198530Ne102030,024990(270)7,22msβ− (78,1(4,6)%), β−n (13(4)%) e β−2n (8,9(2,3)%)0+198531Ne102131,033470(290)3,4 msβ−, β−n ? e β−2n ?(3/2−)199632Ne102232,039720(540)3,5 msβ−, β−n ? e β−2n ?0+199034Ne102434,056730(550)2 msβ−, β−n ? e β−2n ?0+2002
Abbondanza e disponibilità Il neon è il quinto elemento più abbondante nell'universo per massa, ma sulla Terra è raro. Si trova infatti nell'atmosfera terrestre in misura di 1 parte su 65.000 (≈0,007%) e in tracce nella crosta terrestre (5×10-3 mg/kg) e negli oceani (1,2×10-4 mg/l).
Metodi di preparazione Viene prodotto attraverso il sopraraffreddamento e la distillazione frazionata dell'aria.
Caratteristiche chimico-fisiche
È un gas nobile quasi inerte, incolore, inodore, insapore, più leggero dell'aria, in grado di produrre una fluorescenza rossastra.
Informazioni strutturali CaratteristicaRaggio atomico di Van der Walls154 pmRaggio atomico covalente58 pm
Caratteristiche elettroniche CaratteristicaConfigurazione elettronica[He] 2s2 2p6Stato fondamentale1S0Stati di ossidazione0Affinità elettronica -0,3 eVAffinità protonica198,8 kJ/molElettronegatività4,787Energia di ionizzazione21,565 eV
Caratteristiche termodinamiche ProprietàPunto di ebollizione -246,053 °CPunto di fusione -258,59 °CPunto triplo -248,609 °C a 43 kPaEntalpia di vaporizzazione del liquido1,741 kJ/molCalore specifico0,904 J/g K
Stato gassoso ProprietàSolubilità in acqua10,5 cm3/kg a 20 °CCostante della legge di Henry45 *10-5 mol/kg*bar a 450 KDensità0,825 g/LGravità specifica0,69Coefficiente di ripartizione ottanolo/acqua0,28Temperatura critica44,40 KPressione critica2654 kPaDensità critica483 kg/cu mEntropoia standard di formazione146,33 J/mol*KBasicità del gas174,4 kJ/mol
Stato solido La forma solida esiste a temperature ottenute mediante l'utilizzo di idrogeno liquido, come cristalli cubici a facce centrate a pressione normale. ProprietàEntalpia di vaporizzazione del solido2,139 kJ/molEntalpia di fusione0,335 kJ/mol
Proprietà di trasporto ProprietàConducibilità termica0,0493 W/m K
Caratteristiche chimiche Reazioni ioniche in fase gassosa Il potenziale di ionizzazione del neon, che ammonta a 21,5645 eV, è secondo solo a quello dell'elio (24,587 eV). Analoga situazione si ha per la protonazione: il neon può essere protonato in fase gassosa, sebbene con difficoltà; la sua affinità protonica è 198,8 kJ/mol, contro 177,8 kJ/mol dell'elio; per questo, una specie che può protonare il neon nelle condizioni relativamente blande della ionizzazione chimica è l'elio protonato, HHe+. Del neon sono inoltre conosciute le seguenti reazioni chimiche, che consistono nella formazione di addotti tra un catione, atomico o molecolare, e un atomo di neon:
Co+ + Ne -> (Co+ * Ne) ΔHr° = 10,5 ± 0,4 kJ/mol ΔSr° = 64,4 J/mol*K
(Co^+ * Ne) + Ne -> (Co^+ * 2Ne) ΔHr° = 8,2 ± 0,4 kJ/mol ΔSr° = 48,5 J/mol*K
Cr+ + Ne -> (Cr+ * Ne) ΔHr° = 6,8 ± 0,4 kJ/mol ΔSr° = 61,1 J/mol*K
(Cr+ * Ne) + Ne -> (Cr+ * 2Ne) ΔHr° = 3,6 ± 0,4 kJ/mol ΔSr° = 24 J/mol*K
Ni+ + Ne -> (Ni+ * Ne) ΔHr° = 11,5 ± 0,4 kJ/mol
(Ni+ * Ne) + Ne -> (Ni+ * 2Ne) ΔHr° = 9,6 ± 0,8 kJ/mol ΔSr° = 53,6 J/mol*K
K+ + Ne -> (K+ * Ne) ΔHr° = 4,56 kJ/mol
Li+ + Ne -> (Li+ * Ne) ΔHr° = 11,0 kJ/mol
Na+ + Ne -> (Na+ * Ne) ΔHr° = 7,36 kJ/mol
Cs+ + Ne -> (Cs+ * Ne) ΔHr° = 2,3 kJ/mol
Ne+ + Ne -> (Ne+ * Ne) ΔHr° = 131 kJ/mol
Xe+ + Ne -> (Xe+ * Ne) ΔHr° = 4,0 kJ/mol
Ar+ + Ne -> (Ar+ * Ne) ΔHr° = 7,5 kJ/mol
Kr+ + Ne -> (Kr+ * Ne) ΔHr° = 5,31 kJ/mol
Rb+ + Ne -> (Rb+ * Ne) ΔHr° = 3,2 kJ/mol
Spettri analitici Del neon sono disponibili:
lo spettro GC-MS. gli spettri atomici
Precauzioni Non tossico L'esposizione dei contenitori contenenti neon a calore prolungato o al fuoco può causarne la rottura violenta e il lancio come un razzo. Il contatto con l'elemento in forma liquida può causare congelamento. Se inalato può causare vertigini, letargia, mal di testa e asfissia.
Applicazioni Medicina Il neon viene utilizzato come composto di riferimento per il cambiamento chimico nella risonanza magnetica nucleare (NMR). Il neon può essere utilizzato in ambito clinico come gas tracciante diagnostico in un analizzatore di gas per il test di diffusione polmonare.
La radioterapia con ioni di neon possiede vantaggi biologici e fisici rispetto ai raggi X ad alta tensione. Biologicamente, il fascio di neon riduce il rapporto di potenziamento dell'ossigeno e aumenta l'efficacia biologica relativa. Le cellule irragiate con ioni di neon mostrano meno variazione nella radiosensibilità legata al ciclo cellulare e una riduzione della riparazione dei danni da radiazioni. Il comportamento fisico delle particelle pesanti cariche consente una somministrazione precisa di alte dosi di radiazioni ai tumori, minimizzando al contempo l'irradiazione dei tessuti normali.
Uno studio ha dimostrato che il trattamento con neon migliora l'esito per diversi tipi di tumori:
carcinomi avanzati o recidivanti delle ghiandole salivari macroscopiche (DSS5 59%; LC5 61%) tumori dei seni paranasali (DSS5 69%; LC5 69% per malattia macroscopica) sarcomi dei tessuti molli avanzati (DSS5 56%, LC5 56% per malattia macroscopica) sarcomi macroscopici delle ossa (DSS5 45%; LC5 59%) carcinomi della prostata localmente avanzati (DSS5 90%; LC5 75%) carcinomi delle vie biliari (DSS5 28%; LC5 44%)
Il trattamento dei gliomi maligni, dei tumori pancreatici, gastrici, esofagei, polmonari e del cancro avanzato o recidivante della testa e del collo è stato meno efficace. I risultati per questi tumori non sembrano essere migliori di quelli ottenuti con la terapia convenzionale con raggi X.
Elettronica ed illuminazione Viene usato nelle lampade dette, appunto, "al neon". Le lampade al neon sono generalmente piccole e la maggior parte funziona tra 100 e 250 volt. Sono state ampiamente utilizzate come indicatori di accensione e nelle apparecchiature di test dei circuiti, sostituiti dai diodi a emissione di luce (LED). Questi semplici dispositivi al neon sono stati i precursori dei display al plasma e degli schermi al plasma. Le insegne al neon funzionano con tensioni molto più elevate (2-15 kV) e i tubi luminosi sono di solito lunghi anche alcuni metri. Il tubo di vetro viene spesso modellato in forme e lettere per la segnaletica, come pure per applicazioni architettoniche e artistiche.