Neón

El neón es un elemento químico con el símbolo Ne y el número atómico 10. Es un gas noble. El neón es un gas monatómico incoloro, inodoro e inerte en condiciones estándar, con cerca de dos tercios de la densidad del aire. Fue descubierto (junto con el criptón y el xenón) en 1898 como uno de los tres elementos inertes raros residuales que quedaban en el aire seco, después de que el nitrógeno, el oxígeno, el argón y el dióxido de carbono fueran eliminados. El neón fue el segundo de estos tres gases raros en ser descubierto e inmediatamente fue reconocido como un nuevo elemento de su espectro de emisión de color rojo brillante. El nombre neón se deriva de la palabra griega, νέον, forma singular neutra de νέος (neos), que significa nuevo. El neón es químicamente inerte, y no se conocen compuestos de neón sin carga. Los compuestos de neón que se conocen actualmente incluyen moléculas iónicas, moléculas que se mantienen unidas por las fuerzas de van der Waals y los clatratos.

Durante la nucleogénesis cósmica de los elementos, se acumulan grandes cantidades de neón a partir del proceso de fusión por captura alfa en las estrellas. Aunque el neón es un elemento muy común en el universo y el sistema solar (es el quinto en abundancia cósmica después del hidrógeno, el helio, el oxígeno y el carbono), es raro en la Tierra. Compone alrededor de 18,2 ppm de aire por volumen (esto es aproximadamente lo mismo que la fracción molecular o molar) y una fracción más pequeña en la corteza terrestre. La razón de la relativa escasez del neón en la Tierra y en los planetas interiores (terrestres) es que el neón es muy volátil y no forma compuestos que lo fijen a los sólidos. Como resultado, escapó de los planetesimales bajo el calor del recién encendido Sol en el Sistema Solar temprano. Incluso la atmósfera exterior de Júpiter está algo agotada de neón, aunque por una razón diferente.

El neón da un distintivo brillo rojizo-naranja cuando se usa en lámparas de neón de bajo voltaje, tubos de descarga de alto voltaje y carteles publicitarios de neón. La línea de emisión roja del neón también causa la conocida luz roja de los láseres de helio-neón. El neón se utiliza en algunas aplicaciones de tubos de plasma y refrigerantes, pero tiene pocos otros usos comerciales. Se extrae comercialmente mediante la destilación fraccionada de aire líquido. Como el aire es la única fuente, es considerablemente más caro que el helio.

Historia

El neón fue descubierto en 1898 por los químicos británicos Sir William Ramsay (1852-1916) y Morris W. Travers (1872-1961) en Londres. El neón fue descubierto cuando Ramsay enfriaba una muestra de aire hasta convertirla en líquido, luego calentaba el líquido y capturaba los gases mientras hervía. Los gases nitrógeno, oxígeno y argón habían sido identificados, pero los gases restantes fueron aislados aproximadamente en su orden de abundancia, en un período de seis semanas que comenzó a fines de mayo de 1898. El primero en ser identificado fue el criptón. El siguiente, después de que el criptón fuera eliminado, fue un gas que dio una luz roja brillante bajo una descarga espectroscópica. Este gas, identificado en junio, fue llamado “neón”, el análogo griego del latín novum (“nuevo”) sugerido por el hijo de Ramsay. El característico color rojo-naranja brillante emitido por el neón gaseoso cuando se excitaba eléctricamente se notó inmediatamente. Travers escribió más tarde: “el resplandor de la luz carmesí del tubo contaba su propia historia y era un espectáculo para meditar y nunca olvidar”.

También se informó de un segundo gas junto con el neón, que tenía aproximadamente la misma densidad que el argón pero con un espectro diferente - Ramsay y Travers lo llamaron metargón. Sin embargo, los análisis espectroscópicos posteriores revelaron que era argón contaminado con monóxido de carbono. Finalmente, el mismo equipo descubrió el xenón por el mismo proceso, en septiembre de 1898.

La escasez del neón impidió su rápida aplicación para la iluminación a lo largo de las líneas de los tubos de Moore, que utilizaban nitrógeno y que se comercializaron a principios de 1900. Después de 1902, la empresa de Georges Claude, Air Liquide, produjo cantidades industriales de neón como subproducto de su negocio de licuefacción de aire. En diciembre de 1910 Claude demostró una moderna iluminación de neón basada en un tubo sellado de neón. Claude trató brevemente de vender tubos de neón para la iluminación doméstica de interiores, debido a su intensidad, pero el mercado fracasó porque los propietarios se opusieron al color. En 1912, el socio de Claude comenzó a vender tubos de descarga de neón como llamativos carteles publicitarios y tuvo un éxito inmediato. Los tubos de neón se introdujeron en los EE.UU. en 1923 con dos grandes letreros de neón comprados por un concesionario de automóviles Packard de Los Ángeles. El brillo y el color rojo llamativo hizo que la publicidad de neón fuera completamente diferente a la de la competencia. El intenso color y la vibración del neón se equiparaba con la sociedad americana de la época, sugiriendo un “siglo de progreso” y transformando las ciudades en nuevos y sensacionales ambientes llenos de anuncios radiantes y “arquitectura electro-gráfica”.

El neón desempeñó un papel en la comprensión básica de la naturaleza de los átomos en 1913, cuando J. J. Thomson, como parte de su exploración en la composición de los rayos de canal, canalizó corrientes de iones de neón a través de un campo magnético y eléctrico y midió la desviación de las corrientes con una placa fotográfica. Thomson observó dos parches de luz separados en la placa fotográfica (ver imagen), que sugerían dos parábolas diferentes de desviación. Thomson llegó a la conclusión de que algunos de los átomos del gas de neón tenían una masa mayor que el resto. Aunque Thomson no lo entendió en ese momento, este fue el primer descubrimiento de isótopos de átomos estables. El dispositivo de Thomson era una versión rudimentaria del instrumento que ahora llamamos espectrómetro de masas.

Ocurrencia natural

Los isótopos estables de neón se producen en las estrellas. El isótopo más abundante del neón, el 20Ne (90,48%), es creado por la fusión nuclear del carbono y el carbón en el proceso de combustión del carbono de la nucleosíntesis estelar. Esto requiere temperaturas superiores a los 500 megakelvin, que se producen en los núcleos de estrellas de más de 8 masas solares.

El neón es abundante a escala universal; es el quinto elemento químico más abundante en el universo por su masa, después del hidrógeno, el helio, el oxígeno y el carbono (véase elemento químico). Su relativa rareza en la Tierra, como la del helio, se debe a su relativa ligereza, a la alta presión de vapor a muy bajas temperaturas y a la inercia química, propiedades todas que tienden a evitar que quede atrapado en las nubes de gas y polvo de condensación que formaron los planetas sólidos más pequeños y cálidos como la Tierra.

El neón es monatómico, lo que lo hace más ligero que las moléculas de nitrógeno diatómico y oxígeno que forman la mayor parte de la atmósfera de la Tierra; un globo lleno de neón se elevará en el aire, aunque más lentamente que un globo de helio.

La abundancia de neón en el universo es de aproximadamente 1 parte en 750; en el Sol y presumiblemente en la nebulosa del sistema proto-solar, alrededor de 1 parte en 600. La sonda de entrada en la atmósfera de la nave espacial Galileo encontró que incluso en la atmósfera superior de Júpiter, la abundancia de neón se reduce (se agota) en aproximadamente un factor de 10, a un nivel de 1 parte en 6.000 de masa. Esto puede indicar que incluso los planetesimales de hielo que trajeron el neón a Júpiter desde el sistema solar exterior, se formaron en una región demasiado caliente para retener el componente atmosférico de neón (las abundancias de gases inertes más pesados en Júpiter son varias veces mayores que las encontradas en el Sol).

El neón comprende 1 parte en 55.000 en la atmósfera de la Tierra, o 18,2 ppm en volumen (esto es más o menos lo mismo que la molécula o fracción molar), o 1 parte en 79.000 de aire en masa. Comprende una fracción más pequeña en la corteza. Se produce industrialmente por destilación criogénica fraccionada de aire licuado.

El 17 de agosto de 2015, sobre la base de estudios realizados con la nave espacial Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), los científicos de la NASA informaron de la detección de neón en la exosfera de la luna.

Producción

El neón puede obtenerse como subproducto de la separación del aire mediante el proceso de Linde. Tras la separación del agua, el dióxido de carbono, el oxígeno, los gases nobles que hierven a temperaturas más altas y la mayoría del nitrógeno, queda una mezcla de gases que consiste en un 35% de neón, helio, hidrógeno y aproximadamente un 50% de nitrógeno (en cada caso en proporciones molares). Esto puede ser separado de diferentes maneras, de modo que al final se obtienen los gases puros de neón y helio. Una posibilidad es separar los gases por condensación en diferentes puntos de ebullición y utilizando el efecto Joule-Thomson. Después de la separación del hidrógeno por medio de una reacción catalítica con adición de oxígeno y eliminación del agua, el nitrógeno se licua primero a 30 bar y 66 K y luego se separa. Tras la eliminación del nitrógeno restante por adsorción en gel de sílice, queda una mezcla de gas de aproximadamente 76 % de neón y 24 % de helio. Este se comprime primero a 180 bar a temperatura ambiente y se enfría por etapas hasta 50 K. Durante la expansión a 25 bar y luego a 1,5 bar, el neón se condensa mientras el helio permanece en estado gaseoso. A continuación se realiza una separación fina por rectificación.

Una alternativa es la adsorción. Para ello, el neón es adsorbido en un material portador a 5 bar y 67 K después de la separación del nitrógeno. Este material libera el neón a 3 bar, para que pueda ser separado del helio. Para lograr una mayor pureza, el neón es adsorbido dos veces seguidas.

Uso económico

El neón se utiliza a menudo en los signos y produce una luz brillante rojiza-naranja inconfundible. Aunque las luces de tubo con otros colores a menudo se llaman “neón”, utilizan diferentes gases nobles o colores variados de iluminación fluorescente.

El neón se utiliza en tubos de vacío, indicadores de alto voltaje, pararrayos, tubos con ondómetro, tubos de televisión y láseres de helio-neón. El neón licuado se utiliza comercialmente como refrigerante criogénico en aplicaciones que no requieren el rango de temperatura más bajo posible con una refrigeración más extrema de helio líquido.

El neón, ya sea líquido o gaseoso, es relativamente caro: para pequeñas cantidades, el precio del neón líquido puede ser más de 55 veces el del helio líquido. El gasto del neón es la rareza del neón, que, a diferencia del helio, sólo puede obtenerse del aire.

La temperatura de punto triple del neón (24,5561 K) es un punto fijo definitorio en la Escala Internacional de Temperatura de 1990.

Biología

Como los otros gases nobles, el neón no tiene importancia biológica debido a su inercia y tampoco es tóxico. En concentraciones más altas tiene un efecto asfixiante al desplazar el oxígeno. A presiones de más de 110 bar tiene un efecto narcótico.