ネオン
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ネオン、  10 Ne
赤い光を発するガラス管
ネオン
外観電界中に置かれるとオレンジがかった赤色に輝く無色の気体
標準原子量A r °(Ne)
周期表におけるネオン
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
ヘ↑ネ↓アル
フッ素←ネオン→ナトリウム
原子番号（Z）10
グループ第18族（希ガス）
期間第2期
ブロック pブロック
電子配置[彼] 2s 2 2p 6
殻あたりの電子数2、8
物理的特性
STPでの 位相ガス
融点24.56  K (-248.59 °C、-415.46 °F)
沸点27.104 K (-246.046 °C、-410.883 °F)
密度（  STP）0.9002 g/L
液体時（ 沸点）1.207 g/cm 3 [ 3 ]
三重点24.556 K、43.37 kPa [ 4 ] [ 5 ]
臨界点44.4918 K, 2.7686 MPa [ 5 ]
融解熱0.335  kJ/モル
蒸発熱1.71 kJ/モル
モル熱容量20.79 J/(モル·K)
比熱容量1030.228 J/(kg·K)
蒸気圧
P （パ）1 10 100 1キロ 1万 10万
T （K）で 12 13 15 18 21 27
原子の性質
酸化状態共通: (なし) 0 [ 6 ]
イオン化エネルギー
  • 1位: 2080.7 kJ/mol
  • 2位: 3952.3 kJ/mol
  • 3位: 6122 kJ/mol
  • （もっと）
共有結合半径午後5時8 分
ファンデルワールス半径午後154時
スペクトル範囲における色の線
ネオンのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造面心立方格子（fcc）（cF4）
格子定数
ネオンの面心立方結晶構造
a  = 453.77 pm （三重点）[ 8 ]
熱伝導率49.1×10 −3  W/(m⋅K)
磁気秩序反磁性[ 9 ]
モル磁化率−6.74 × 10 -6  cm 3 /mol (298 K) [ 10 ]
体積弾性率654 GPa
音速435 m/s（気体、0℃）
CAS番号7440-01-9
歴史
ネーミングギリシャ語のνέονから来ており、「新しい」という意味である。
予測ウィリアム・ラムゼイ（1897）
発見と最初の分離ウィリアム・ラムゼイとモリス・トラヴァース[ 11 ] [ 12 ] (1898)
ネオンの同位体
主な同位体[ 13 ]減衰
アイソトープ豊富半減期（t 1/2）モード製品
20ネ 90.5% 安定した
21ネ 0.27% 安定した
22ネ 9.25% 安定した

ネオンは化学元素であり、記号Neで原子番号10で表されます。周期表では2番目の希ガスです。 [ 14 ]ネオンは標準条件下では無色、無臭、不活性の単原子ガスであり、密度は空気の約3分の2です。

ネオンは1898年にクリプトンとキセノンとともに発見され、窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素を除去した後の乾燥空気中に残る3つの希少な不活性元素の1つとして特定されました。その発見は、独特の鮮やかな赤色の発光スペクトルによって特徴づけられ、新元素としてすぐに認識されました。ネオンという名称は、ギリシャ語のνέον （ νέος ( neos )の中性単数形）に由来し、「新しい」という意味です。ネオンは化学的に不活性な気体です。ネオン化合物は存在しますが、それらは主にイオン性分子、またはファンデルワールス力によって結合した脆弱な分子です。

宇宙におけるネオンのほとんどは、恒星内部での酸素とヘリウムの核融合反応によるアルファ捕獲過程によって合成された。宇宙と太陽系では豊富に存在し、宇宙における存在比では水素、ヘリウム、酸素、炭素に次いで5番目に多いにもかかわらず、ネオンは地球上では比較的希少である。地球の大気体積の約18.2 ppmを占め 、地殻ではさらに少ない割合を占める。ネオンは揮発性が高く、固体に固定できる化合物を形成できないため、地球や内部地球型惑星ではネオンの存在が限られている。ネオンの高い揮発性は、初期太陽系で誕生したばかりの太陽の暖かさによって 微惑星から脱出することを容易にした。

ネオンの注目すべき用途としては、低電圧ネオングローランプ、高電圧放電管、ネオン広告看板などが挙げられ、これらの用途ではネオンは独特の赤みがかったオレンジ色の光を発します。[ 15 ] [ 16 ]この同じ赤い輝線は、ヘリウム-ネオンレーザーの特徴的な赤色光の原因です。ネオンはプラズマ管や冷媒としていくつかの用途がありますが、商業用途は比較的限られています。ネオンは主に液体空気の分留によって得られ、空気が唯一の供給源であるため、ヘリウムよりも大幅に高価です。

歴史

ネオンの元素記号を形成するネオンガス放電ランプ

ネオンは1898年、イギリスの化学者ウィリアム・ラムゼー卿（1852–1916）とモリス・トラヴァース（1872–1961）によってロンドンで発見されました。[ 11 ]ラムゼーは空気サンプルを冷やして液体にし、その後加熱して蒸発するガスを捕集することでネオンを発見しました。窒素、酸素、アルゴンのガスは既に特定されていましたが、残りのガスは1898年5月末から6週間かけて、おおよそ存在量の多い順に分離されました。最初に特定された残りのガスはクリプトンでした。クリプトンを除去した後、次に特定されたのは分光放電下で鮮やかな赤色を発するガスでした。6月に特定されたこのガスは、ラムゼーの息子によって提案されたラテン語のnovum（新しい）[ 17 ]のギリシャ語にちなんで「ネオン」と名付けられました。ネオンガスが電気的に励起されると、その特徴的な鮮やかな赤橙色を発する様子はすぐに注目を集めました。トラバースは後にこう記しています。「管から放たれる深紅の光は、それ自体が物語を語り、いつまでも忘れられない光景でした。」[ 18 ]

ネオンと共に、アルゴンとほぼ同じ密度を持ちながらスペクトルが異なる第二の気体の存在も報告されました。ラムゼーとトラバースはこれをメタゴンと名付けました。[ 19 ] [ 11 ]しかし、その後の分光分析により、メタゴンは一酸化炭素に汚染されたアルゴンであることが判明しました。最終的に、同じ研究チームは1898年9月に同じ方法でキセノンを発見しました。 [ 19 ]

ネオンは希少であったため、窒素を使用し1900年代初期に商業化されたムーア管のような照明への迅速な応用はできなかった。1902年以降、ジョルジュ・クロードの会社エア・リキードは、空気液化事業の副産物として工業的な量のネオンを生産した。1910年12月、クロードは密閉されたネオン管に基づく近代的なネオン照明を実演した。クロードは、その明るさからネオン管を家庭用屋内照明として短期間販売しようとしたが、住宅所有者がその色に反対したため市場は失敗した。1912年、クロードの仲間が人目を引く広告看板としてネオン放電管の販売を開始し、瞬く間に大成功した。ネオン管は、1923年にロサンゼルスのパッカード自動車販売店が購入した2つの大型ネオンサインとともに米国に導入された。その輝きと目を引く赤色により、ネオン広告は競合とは全く異なるものとなった。[ 20 ]ネオンの鮮やかな色彩と活気は当時のアメリカ社会を象徴し、「進歩の世紀」を暗示し、都市を放射状の広告と「電子グラフィック建築」で満たされたセンセーショナルな新しい環境に変えました。[ 21 ] [ 22 ]

1913 年、JJ トムソンがネオン線の構成に関する調査の一環として、ネオンイオンの流れを磁場と電場に通して、写真乾板でその流れの偏向を測定した際に、ネオンが原子の性質に関する基本的な理解に役立ちました。トムソンは、写真乾板上で 2 つの別々の光の斑点を観察し (図を参照)、これは 2 つの異なる偏向放物線を示唆していました。トムソンは最終的に、ネオンガス中の原子の一部が他の原子よりも質量が大きいという結論を下しました。当時トムソンは理解していませんでしたが、これは安定した原子の同位体の最初の発見でした。トムソンの装置は、現在私たちが質量分析計と呼んでいる機器の原型でした。

同位体

安定元素の同位体に関する最初の証拠は、1913年にネオンプラズマ実験によって示されました。JJトムソンの写真乾板の右下隅には、ネオン20とネオン22という2つの同位体の衝突痕跡が個別に見られます。

ネオンには3つの安定同位体、すなわち20 Ne (90.48%)、21 Ne (0.27%)、22 Ne (9.25%) がある。[ 13 ] 21 Neと22 Neは一部が原始的であり一部が核生成的（つまり、環境中の中性子や他の粒子と他の核種の核反応によって生成される）であり、その自然存在比の変動はよく理解されている。対照的に、20 Ne（恒星内元素合成で生成される主要な原始同位体）は、非常にまれなトリウム 228によるクラスター崩壊で生成される酸素 20の崩壊を除いて、核生成的または放射性であることが知られていない。そのため、地球における20 Neの変動の原因は激しく議論されてきた。 [ 23 ] [ 24 ]

核生成ネオン同位体を生成する主要な核反応は、24 Mgと25 Mgから始まり、中性子捕獲とアルファ粒子の即時放出の後、それぞれ21 Neと22 Neを生成します。これらの反応を引き起こす中性子は、主にウラン系列崩壊系列から派生したアルファ粒子からの二次的な破砕反応によって生成されます。その結果、花崗岩などのウランに富む岩石では、20 Ne/ 22 Ne比が低下し、21 Ne/ 22 Ne比が上昇する傾向が見られます。[ 24 ]

さらに、露出した陸生岩石の同位体分析により、宇宙線起源のネオン21が生成されたことが実証されています。この同位体は、マグネシウム、ナトリウム、シリコン、アルミニウムの核破砕反応によって生成されます。これら3つの同位体すべてを分析することで、宇宙線起源のネオンをマグマ起源ネオンと核生成ネオンに分離することができます。これは、ネオンが表層の岩石や隕石の宇宙線露出年代を決定する上で有用なツールとなることを示唆しています。[ 25 ]

太陽風中のネオンには、核起源や宇宙起源のネオンよりも20 Neの割合が高い。[ 24 ]火山ガスやダイヤモンドのサンプルで観測されたネオン含有量にも20 Neが豊富に含まれており、太古の、おそらく太陽起源であることを示唆している。[ 26 ]

特徴

ネオンはヘリウムに次いで2番目に軽い希ガスである。他の希ガスと同様、ネオンは無色無臭である。真空放電管の中では赤橙色に輝く。冷凍能力（単位体積あたり）は液体ヘリウムの40倍以上、液体水素の3倍である。[ 3 ]ほとんどの用途において、ネオンはヘリウムよりも安価な冷媒である。 [ 27 ] [ 28 ]イオン化エネルギーの点ではヘリウムがネオンを上回っているにもかかわらず、ネオンはすべての元素の中で最も化学的に反応性が低いと理論づけられており、前者よりもさらに低い。複数の計算研究から、ヘリウムは極限条件下で安定した化学種を形成できることが示唆されている。水素化ヘリウムイオンHeH⁺は実験的に観測されており、 Na 2 Heなどの高圧固体も確認されている。さらに、理論的研究では、HeH +から生成される中性化合物であるフッ化水素ヘリウム（HHeF）は極圧下でも安定する可能性があると予測されているが、類似のネオン化合物であるHNeFは非結合性であるため存在しない。対照的に、安定な中性または共有結合性のネオン化合物は、いかなる圧力および温度下でも存在することが知られていない。[ 29 ]ネオンを含む陰イオン錯体 [B 12 (CN) 11 Ne] -は理論的に予測されているものの、その存在は実験的に証明されておらず、ネオンは化合物の存在が明確に確認されていない唯一の希ガスとなっている。[ 30 ]

ネオンの発光スペクトルは、加熱されたときに知覚される色に寄与する光の個々の波長を示します。

ネオンプラズマは、通常の電圧・電流において、すべての希ガスの中で最も強い光放電を呈します。この光は、この範囲に多くの線があるため、人間の目には赤橙色に見えます。また、強い緑色の線も含まれていますが、分光器で分散させない限り、この線は見えません。[ 31 ]

発生

ネオンの安定同位体は恒星で生成される。ネオンの最も豊富な同位体である20 Ne（90.48%）は、恒星内元素合成における炭素燃焼過程における炭素と炭素の核融合によって生成される。この核融合には500メガケルビン以上の温度が必要であり、これは太陽質量の8倍以上の恒星の中心核で発生する。[ 32 ] [ 33 ]

ネオンは宇宙規模で豊富に存在し、質量では水素、ヘリウム、酸素、炭素に次いで宇宙で5番目に多い化学元素である（化学元素の項を参照）。[ 34 ]地球上でのネオンの相対的な希少性は、ヘリウムと同様、その相対的な軽さ、極低温での高い蒸気圧、化学的に不活性であることによる。これらの特性により、地球のような小型で高温の固体惑星を形成する凝結ガスや塵の雲にネオンが閉じ込められることはない。ネオンは単原子であるため、地球の大気の大部分を構成する二原子窒素や酸素の分子よりも軽い。ネオンを充填した風船は、ヘリウム風船よりも遅いとはいえ、空中に上昇する。[ 35 ]

宇宙におけるネオンの量は質量比で約750分の1である。太陽およびおそらく原始太陽系星雲では、約600分の1である。ガリレオ宇宙船の大気圏突入探査機は、木星の上層大気においてネオンの量が約10分の1に減少（枯渇）し、質量比で6,000分の1のレベルになっていることを発見した。これは、太陽系外縁部から木星にネオンをもたらした氷微惑星が、ネオンの大気成分を保持するには温度が高すぎる領域で形成されたこと（木星のより重い不活性ガスの量は太陽の数倍である）[ 36 ] 、あるいはネオンが木星内部に選択的に隔離されていることを示しているのかもしれない。[ 37 ]

ネオンは地球の大気中に55,000分の1 、体積比で18.2ppm（これは分子またはモル分率とほぼ同じ）、質量比で79,000分の1を占めています。地殻中にはより少量しか存在しません。工業的には、液化空気の極低温分留によって生産されています。 [ 3 ]

2015年8月17日、 NASAの科学者たちは月大気・ダスト環境探査機（LADEE）の研究に基づいて、月の外気圏でネオンを検出したと報告した。[ 38 ]

化学

Neクラスレート水和物の結晶構造[ 39 ]

ネオンは最初のpブロック希ガスであり、真の八重電子を持つ最初の元素である。ネオンは不活性であり、より軽い類似体であるヘリウムと同様に、ネオンを含む強く結合した中性分子は確認されていない。ネオン化合物の例としては、非常に弱いNe-Cr結合を含むCr(CO) 5 Neが挙げられる。[ 40 ]光学分析および質量分析による研究から、 [Ne Ar ] +、[Ne H ] +、[HeNe] +イオンが観測されている。[ 3 ]固体のネオンクラスレート水和物は、水氷とネオンガスから、圧力350～480 MPa、温度約-30 °Cで生成された。[ 41 ] Ne原子は水と結合しておらず、この物質中を自由に移動できる。クラスレートを真空チャンバーに数日間入れておくことで、ネオン原子を抽出することができ、最も密度の低い水の結晶形態である氷XVIが得られる。 [ 39 ]

よく知られているポーリングの電気陰性度スケールは化学結合エネルギーに基づいていますが、不活性なヘリウムとネオンについては明らかにそのような値は測定されていません。 （測定可能な）原子エネルギーのみに基づくアレンの電気陰性度スケールでは、ネオンが最も電気陰性度の高い元素であり、次いでフッ素とヘリウムがそれに続きます。[ 42 ]

ネオンの三重点温度（24.5561 K）は、 1990年の国際温度目盛りの定義固定点である。[ 43 ]

生産

ネオンは極低温空気分離プラントで空気から生産されます。高圧空気分離塔の上部にある主凝縮器から、主に窒素、ネオン、ヘリウム、水素からなる気相混合物[ 44 ]が取り出され、副塔の底部に送られてネオンが精留されます[ 45 ] 。その後、活性炭と接触させることでヘリウムからさらに精製されます。ネオンから水素を精製するには、酸素を加えて水を発生させ、これを凝縮させます[ 44 ] 。気相混合物88,000ポンド (40,000 kg) を処理することで、1ポンド (0.45 kg) の純粋なネオンを生産できます[ 44 ]

2022年のロシアによるウクライナ侵攻以前は、世界のネオン供給量の約70%がロシアの鉄鋼生産の副産物としてウクライナで生産されていました[ 46 ]。[ 47 ] 2020年現在、オデッサとモスクワに工場を持つアイスブリック社は、世界のネオン生産量の65%とクリプトンとキセノンの15%を供給しています。[ 48 ] [ 49 ]

2022年の不足

2014年のロシアによるクリミア併合後、世界のネオン価格は約600％上昇し、[ 50 ]一部のチップメーカーはロシアとウクライナの供給業者から離れ、 [ 51 ]中国の供給業者へとシフトし始めました。[ 49 ] 2022年のロシアによるウクライナ侵攻では、世界の供給量の約半分を生産していたウクライナの2社、オデッサとマリウポリにそれぞれ所在するCryoin Engineering（ウクライナ語：КріоінІнжинірінг）とInhaz（ウクライナ語：ІНГАЗ ）も閉鎖されました。[ 50 ]この閉鎖はCOVID-19によるチップ不足を悪化させると予測されており、[ 49 ] [ 48 ]これにより、ネオン生産がさらに中国にシフトする可能性があります。[ 51 ]

アプリケーション

照明と標識

コネチカット州ハムデンの花屋のネオンサイン

ネオン照明には全く異なる2つの種類が一般的に使用されています。ネオングローランプは一般に小型で、ほとんどが100～250ボルトで動作します。[ 52 ]電源オンインジケーターや回路試験装置に広く使用されていますが、現在ではこれらの用途では発光ダイオード（LED）が主流となっています。これらの単純なネオンデバイスは、プラズマディスプレイやプラズマテレビスクリーンの先駆けでした。[ 53 ] [ 54 ]ネオンサインは通常、はるかに高い電圧（2～15キロボルト）で動作し、発光管は通常数メートルの長さです。[ 55 ]ガラス管は、看板や建築、芸術用途向けに形や文字に成形されることがよくあります。

ネオンサインでは、低圧下で電流が流れると、ネオンは紛れもない明るい赤みがかったオレンジ色の光を発します。 [ 56 ]他の色の蛍光灯も「ネオン」と呼ばれることが多いですが、それらは異なる希ガスや様々な色の蛍光灯を使用しており、例えばアルゴンはラベンダー色や青色を生成します。[ 57 ] 2012年現在、100色以上の色があります。[ 58 ]

他の

ネオンは真空管、高電圧計、避雷器、波長計、テレビ受像管、ヘリウムネオンレーザーなどに使用されています。高純度ネオンを含む混合ガスは、半導体デバイス製造におけるフォトリソグラフィー用レーザーに使用されています。[ 50 ]

液化ネオンは、より極端な液体ヘリウム冷凍で達成できるより低い温度範囲を必要としない用途で極低温冷媒として商業的に使用されています。

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