Как найти массу одной молекулы неона

Атом и молекула неона. Формула неона. Строение атома неона:

Неон (лат. Neon, от греч. νέος – «новый») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Ne и атомным номером 10. Расположен в 18-й группе (по старой классификации – главной подгруппе восьмой группы), втором периоде периодической системы.

Неон – неметалл. Относится к группе инертных (благородных) газов.

Неон обозначается символом Ne.

Как простое вещество неон при нормальных условиях представляет собой инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Молекула неона одноатомна.

Химическая формула неона Ne.

Электронная конфигурация атома неона 1s² 2s² 2p⁶. Потенциал ионизации (первый электрон) атома неона равен 2080,66 кДж/моль (21,564540(7) эВ).

Строение атома неона. Атом неона состоит из положительно заряженного ядра (+10), вокруг которого по двум оболочкам движется 10 электронов. При этом 2 электрона находятся на внутреннем уровне, а 8 электронов – на внешнем. Поскольку неон расположен во втором периоде, оболочек всего две. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внешняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома неона на 2s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 2p-орбитали находятся шесть спаренных электрона. В свою очередь ядро атома неона состоит из 10 протонов и 10 нейтронов. Неон относится к элементам p-семейства.

Радиус атома неона (вычисленный) составляет 38 пм.

Атомная масса атома неона составляет 20,1797(6) а. е. м.

Неон – пятый по распространённости элемент Вселенной после водорода, гелия, кислорода и углерода. Содержание неона в земной коре составляет 3,0×10^-7 %, в морской воде и океане – 1,2×10^-8 %.

Неон – химически инертный химический элемент.

Неон, свойства атома, химические и физические свойства

Химические свойства

Все благородные газы имеют завершенную электронную оболочку, поэтому они химически инертны. Химическая инертность неона исключительна, в этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения. Даже так называемые клатратные соединения неона с водой (Ne·6Н₂О), гидрохиноном и другими веществами (подобные соединения тяжелых благородных газов — радона, ксенона, криптона и даже аргона — широко известны) получить и сохранить очень трудно.

Однако, с помощью методов оптической спектроскопии и масс-спектрометрии установлено существование ионов Ne⁺, (NeAr)⁺, (NeH)⁺, и (HeNe)⁺.

Применение

«Неоновая» вывеска

Жидкий неон используют в качестве охладителя в криогенных установках. Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном. Неоном наполняют газоразрядные лампы, сигнальные лампы в радиотехнической аппаратуре, фотоэлементы, выпрямители. Смесь неона и гелия используют как рабочую среду в газовых лазерах (гелий-неоновый лазер).

Трубки, заполненные смесью неона и азота, при пропускании через них электрического разряда дают красно-оранжевое свечение, в связи с чем они широко используются в рекламе. По традиции «неоновыми» часто называют также разрядные трубки других цветов, в реальности использующие свечение других благородных газов или флуоресцирующего покрытия (см. справа). Для получения любых цветов, кроме красного, используют электрический разряд в аргоне с добавлением небольших количеств паров ртути в газоразрядных трубках, изнутри покрытых люминофором нужного цвета свечения, преобразующих ультрафиолетовое излучение разряда в видимый свет, или разряд в смеси других благородных газов.

Неоновые лампы применяются для сигнальных целей на маяках и аэродромах, так как их красный цвет очень слабо рассеивается туманом и мглой.

Основное и возбужденное состояние атома

Электронные формулы, которые мы составляли до этого, соответствуют основному энергетическому состоянию атома. Это наиболее выгодное энергетически состояние атома.

Однако, чтобы образовывать химические связи, атому в большинстве ситуаций необходимо наличие неспаренных (одиночных) электронов.  А химические связи энергетически очень для атома выгодны. Следовательно, чем больше в атоме неспаренных электронов  — тем больше связей он может образовать, и, как следствие, перейдёт в более выгодное энергетическое состояние.

Поэтому при наличии свободных энергетических орбиталей на данном уровне спаренные пары  электронов могут распариваться, и один из электронов спаренной пары может переходить на вакантную орбиталь. Таким образом число неспаренных электронов увеличивается, и атом может образовать больше химических связей, что очень выгодно с точки зрения энергии. Такое состояние атома называют возбуждённым и обозначают звёздочкой.

Например, в основном состоянии бор имеет следующую конфигурацию энергетического уровня:

+5B 1s²2s²2p¹      1s    2s     2p 

На втором уровне (внешнем) одна спаренная электронная пара, один одиночный электрон и пара свободных (вакантных) орбиталей. Следовательно, есть возможность для перехода электрона из пары на вакантную орбиталь, получаем возбуждённое состояние атома бора (обозначается звёздочкой):

+5B* 1s²2s¹2p²      1s    2s     2p

Попробуйте самостоятельно составить электронную формулу, соответствующую возбуждённому состоянию атомов. Не забываем проверять себя по ответам!

15. Углерода

16. Бериллия

17. Кислорода

Биологическая роль

Неон не играет никакой биологической роли.

Физиологическое действие

Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм. Наркотическое воздействие неона (как и гелия) при нормальном давлении в опытах не регистрируется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД).

В связи с этим, наряду с гелием, неон в составе неоно-гелиевой смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза. Преимущество смеси в том, что она меньше охлаждает организм, так как теплопроводность неона меньше, чем гелия.

Лёгкий неоно-гелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.

Содержание неона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии.

Электронное строение атома неона

Атом неона состоит из положительно заряженного ядра (+10), вокруг которого по атомным оболочкам (орбиталям) движутся 10 электронов. Поскольку неон расположен во втором периоде, этих оболочек две. Схема строения атома гелия представлена на рисунке 1:

Рис. 1. Строение атома неона.

Электронную конфигурацию атома неона можно записать двояко:

+10 Ne)₂)₈;

1s²2s²2p⁶.

Неон относится к семейству p-элементов. Энергетическая диаграмма атома неона имеет вид:

Энергетический уровень атома неона завершенный, поскольку на p-орбитали может располагаться всего шесть электронов. Именно поэтому неон относят к инертным газам. Химически он малоактивен.

Атомы неона в соединениях проявляют валентность .

Валентность неона характеризует способность атома Ne к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Распространённость

Земная кора

Из всех стабильных элементов второго периода неон — самый малораспространённый на Земле^[6]. В рамках восьмой группы неон по содержанию в земной коре занимает третье место — после аргона и гелия^[6]. Газовые туманности и некоторые звезды содержат неона во много раз больше, чем на Земле.

На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82×10% по объёму, а его общие запасы оцениваются в 7,8×10 м³. В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (для сравнения: в том же объёме воздуха содержится только 5,2 см³ гелия). Среднее содержание неона в земной коре мало − 7×10% по массе. Всего на нашей планете около 6,6×10 т неона. В изверженных породах находится около 10 т этого элемента. По мере разрушения пород газ улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды.

Причину неоновой бедности нашей планеты ученые усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов, которые не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете^[].

Изотопы

Основная статья: Изотопы неона

Существует три стабильных изотопа неона: ²⁰Ne (изотопная распространённость 90,48 %), ²¹Ne (0,27 %) и ²²Ne (9,25 %).

Кроме трёх стабильных нуклидов неона, существует ещё шестнадцать нестабильных изотопов. Повсеместно преобладает лёгкий ²⁰Ne.

Во многих альфа-активных минералах относительное содержание тяжелых ²¹Ne и ²²Ne в десятки и сотни раз больше содержания их в воздухе. Это вызвано тем, что основными механизмами образования этих изотопов являются ядерные реакции, происходящие при бомбардировке ядер алюминия, натрия, магния и кремния продуктами распада ядер тяжёлых элементов. Кроме того, подобные реакции происходят в земной коре и атмосфере под воздействием космического излучения.

Зафиксирован также ряд малопродуктивных ядерных реакций, при которых образуются ²¹Ne и ²²Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжёлого кислорода ¹⁸O и фтора ¹⁹F:

 ₈¹⁸O + ₂⁴He → ₁₀²¹Ne + ¹n

 ₉¹⁹F + ₂⁴He → ₁₀²²Ne + ₁¹H

Источник преобладающего на Земле лёгкого нуклида Ne до сих пор не установлен.

Свойства

• Благородные газы – бесцветные одноатомные газы без цвета и запаха.
• Инертные газы обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими газами и при прохождении через них тока ярко светится, в частности неон огненно-красным светом, так как самые яркие его линии лежат в красной части спектра.
• Насыщенный характер атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же молекулярным весом.

Интересные факты

• «Неоновые огни» оправдывают своё название только в случае свечения красного цвета. Для получения других цветов используют электрический разряд в парах ртути в газоразрядных трубках, изнутри покрытых люминофором нужного цвета свечения, преобразующих ультрафиолетовое излучение разряда в видимый свет, или разряд в смеси других благородных газов.

Теги