元素

氖元素-点缀城市夜空的元素

本文投稿作者 漂泊

霓虹灯是一个城市的美容师,每当夜幕降临时,华灯初上,五颜六色的霓虹灯就会把夜色中城市装扮得格外美丽。霓虹灯之所以能如此绚丽,全靠其中无色无味的神秘气体,这种气体就是稀有气体氖气。

氖的基本物理性质

分类 非金属、稀有气体元素
原子序号原子量 10 (20.1797)
电子配置 2s22p6
密度 0.8999kg/m
融点 -248.67°C
沸点 -246.05℃
硬度
形状 无色/气体
丰度 地球 – 宇宙3.44 x 106
发现者 威廉·拉姆齐,莫里斯·特拉弗斯(1898)
主要的同位素 20Ne(90.48%),21Ne(0.27%),22Ne(9.25%)
用途例 霓虹灯,激光原料
前后的元素 氟-氖-钠

稀有气体氖气的发现

1868年的一天,天文学家在太阳的光谱中发现一条特殊的黄色谱线,这条谱线和早已发现的钠元素的D1和D2两条黄色谱线不同,所以科学家们凭此预言太阳中很有可能有一种未知元素存在。后来将这种元素命名为“氦”,意为“太阳元素”。但后来发现这种元素其实在地球上也存在,1895年,美国地质学家希尔布兰德观察到钇铀矿放在硫酸中加热会产生一种不能自燃、也不能助燃的气体。他对气体的成分做了猜想,他认为这可能是一种惰性气体,但没有继续研究。英国化学家拉姆塞知道这一实验后,用钇铀矿重复了这一实验,得到了少量气体。在用光谱分析法检验该气体时,意外地发现一条黄线和几条微弱的其他颜色的亮线。拉姆塞把它与已知的谱线对照,没有一种同它相似。经过苦苦思索,终于想起27年前发现的太阳上的氦。氦的光谱正是黄线,如果这两条黄线能够重合,那么钇铀矿中放出的气体应是太阳元素氦了。拉姆塞十分谨慎,请当时英国最著名的光谱专家克鲁克斯帮助检验,证实拉姆塞所得的未知气体即为“太阳元素”气体。1895年3月,拉姆塞在《化学新闻》上首先发表了在地球上发现氦的简报,同年在英国化学年会上正式宣布这一发现。后来,人们在大气中、水中、天然气中、石油气中以及铀和外的矿石中,甚至在陨石中也发现了氦。这是人类发现地第二种稀有气体,第一种是之前被拉姆塞从空气中分离的氩气。

之后,拉姆塞试图用类似的方法来发现新的稀有气体,他尝试了很多矿石,但都以失败告终。1898年5月24日拉姆塞获得英国人汉普森送来的少量液态空气,他和特拉威斯从液态空气中首先分离出了氪。接着他们又对分离出来的氩气进行了反复液化、挥发,收集其中易挥发的组分。1898年6月12日他们终于找到了氖,元素符号Ne,来自希腊文Neos(新的)。

威廉拉姆齐

威廉·拉姆齐

拉姆齐是英国化学家,他发现并确定了稀有气体元素,同时也确定了他们在元素周期表中的位置,凭此他获得了1904年的诺贝尔化学奖。他不仅是一位优秀的化学家,也是一名优秀的语言学家,他精通英、法、意、德、荷等多种语言,被誉为“科学界中最优秀的语言学家”。

霓虹灯标志着夜晚的城市

霓虹灯是一种能够明亮发光的冷阴极气体放电灯,它的灯管中充满着稀薄的氖气,两端加有数千伏的电极,气体电离时就会发出绚丽的光线,如果混入一些其他的气体,还会有不同的颜色产生,例如汞蒸气(蓝色)、氢气(红色)、氦气(黄色)、二氧化碳(白色)。霓虹灯是由法国科学家乔治·克劳德(Georges Claude)制作的,并于1900年代初在巴黎世界博览会上展示。但霓虹灯能够发明,其实还是要归功于拉姆塞的发现。1898年6月的一个夜晚,拉姆塞在验证一种稀有气体的导电性时,无意中发现这种气体在高压下不仅能够导电,还能发出美丽的红光,这种神秘的气体就是氖气。他后来也发现其他的稀有气体也具有类似的性质,根据这个原理,霓虹灯被制造了出来。制造霓虹灯的办法,是采用低熔点的钠——钙硅酸盐玻璃做灯管,根据需要设计不同的图案和文字,用喷灯进行加工,然后烧结电极,再用真空泵抽空,并根据要求的颜色充进不同的稀有气体而制成。现代的霓虹灯更加精致,有的将玻璃管弯曲成各种各样折形状,制成更加动人的图形;还有的在灯管内壁涂上荧光粉,使颜色更加明亮多彩,各种颜色的光交相辉映,使城市之夜变得绚丽多彩。霓虹灯自问世以来,历经百年不衰。

不同的颜色取决于要封闭的惰性气体(气体)

 

氖气在日常生活中的妙用——试电笔

试电笔是一种电工工具,用来检测电线中是否有电,它的核心部件是一个氖管,其中填充了氖气。试电笔是利用了氖放电发光以及电阻很大的特性制作的。使用试电笔时,用手接触试电笔尾部的金属帽,这样带电体、试电笔、人体和大地就会形成一条闭合回路,电流从电笔一端流入,经过氖气后,电流强度降至人体安全范围,再到达尾部,经人体导入大地。当看到试电笔中间的氖气窗亮起红色,证明被检验电路通良好。试电笔就是这样发挥作用的。氖气不仅可以点缀我们的城市,在我们日常生活中也发挥着巨大的作用,为我们带来便利。

试电笔以及检测到有电时氖管发光的样子

 

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Peng Li

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