Neon

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Emissionsspektrum von Neon

Neon (griechisch νέος néos, deutsch ‚neu‘) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ne und der Ordnungszahl 10.

Im Periodensystem steht es in der 8. Hauptgruppe, bzw. der 18. IUPAC-Gruppe und zählt daher zu den Edelgasen. Wie die anderen Edelgase ist es ein farbloses, äußerst reaktionsträges, einatomiges Gas. In vielen Eigenschaften wie Schmelz- und Siedepunkt oder Dichte steht es zwischen dem leichteren Helium und dem schwereren Argon.

Allgemeines

Im Universum gehört Neon zu den häufigsten Elementen, auf der Erde ist es dagegen relativ selten, da wie bei Helium ein großer Teil des Gases in das Weltall entwichen ist. Vorwiegend ist es in der Erdatmosphäre zu finden, nur geringe Mengen sind in Gesteinen eingeschlossen.

Wie Krypton und Xenon wurde auch Neon 1898 von William Ramsay und Morris William Travers durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft entdeckt. Die bekannteste Anwendung sind die Leuchtröhren oder Neonlampen, in denen Neon durch Gasentladungen in einer typischen orangeroten Farbe zum Leuchten angeregt wird.

Geschichte

William Ramsay

1894 war von Lord Rayleigh und William Ramsay als erstes Edelgas das Argon entdeckt worden. Ramsay isolierte 1895 auch das zuvor nur aus dem Sonnenspektrum bekannte Helium aus Uranerzen. Aus den Gesetzen des Periodensystems erkannte er, dass es zwischen Helium und Argon ein weiteres Element mit einer Atommasse von etwa 20 u geben müsste.

Er untersuchte daher ab 1896 zunächst verschiedene Minerale und Meteoriten und die von diesen beim Erhitzen oder Lösen abgegebenen Gase. Ramsay und sein Mitarbeiter Morris William Travers waren dabei jedoch nicht erfolgreich, es wurden Helium und seltener Argon gefunden. Auch die Untersuchung heißer Gase aus Cauterets in Frankreich und aus Island brachten keine Ergebnisse.[1]

Schließlich begannen sie, 15 Liter Rohargon, das aus flüssiger Luft isoliert wurde, zu untersuchen und durch Verflüssigen und fraktionierte Destillation zu trennen. Das erste dadurch abgetrennte und am Flammenspektrum nachgewiesene Element war dabei das Krypton, am 13. Juni 1898 gelang schließlich die Isolierung eines leichteren Elementes aus der niedriger siedenden Fraktion des Rohargons. Dieses nannten Ramsay und Travers Neon, nach dem griechischen νέος. Kurze Zeit später konnten sie aus der Krypton enthaltenden Fraktion ein weiteres Element, das Xenon gewinnen.[1]

Die erste Anwendung des neu entdeckten Gases war die 1910 von dem Franzosen Georges Claude entwickelte Neonlampe: In eine Glasröhre gefülltes Neon wird durch hohe Spannungen zum Leuchten angeregt.[2]

Nukleosynthese

Neon, vor allem das Isotop 20Ne, ist ein wichtiges Zwischenprodukt in der Nukleosynthese in Sternen, entsteht aber erst beim Kohlenstoffbrennen. Während des Heliumbrennens bei etwa 200 · 108 K entsteht 20Ne auf Grund des geringen Einfangquerschnitts von 16O für α-Teilchen nicht, lediglich die Isotope 21Ne und 22Ne können aus dem schwereren 18O entstehen. Steigen die Temperatur und die Dichte eines Sterns nach Verbrauch des Heliums deutlich an, so kommt es zum Kohlenstoffbrennen, bei dem zwei Kohlenstoffatome zu einem angeregten Magnesiumisotop 24Mg* fusionieren. Aus diesem bildet sich durch α-Zerfall 20Ne.

LaTeX: \mathrm{^{12}C \ + \ ^{12}C \longrightarrow \ ^{24}Mg \longrightarrow \ ^{20}Ne \ + \ ^{4}He}

Bei weiterem Temperatur- und Druckanstieg kommt es zum Neonbrennen, bei dem 20Ne im α-Zerfall zu 16O reagiert beziehungsweise mit den entstandenen Heliumkernen zu 24Mg fusioniert.

LaTeX: \mathrm{^{20}Ne + \gamma \longrightarrow \ ^{16}O + \ ^4He}
LaTeX: \mathrm{^{20}Ne + ^4He \longrightarrow \ ^{24}Mg + \gamma}

Dieses findet auf Grund der höheren Empfindlichkeit von 20Ne im Vergleich zu 16O gegenüber Gammastrahlung vor den eigentlich zu erwartenden Reaktionen des leichteren Sauerstoffkerns statt. Erst nach Ende des Neonbrennens findet das Sauerstoffbrennen statt, bei dem aus 16O schwerere Elemente wie Silicium, Phosphor und Schwefel gebildet werden.[3][4]

Vorkommen

Neon zählt im Universum zu den häufigsten Elementen, lediglich Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff sind häufiger. Auf der Erde ist es dagegen – wie Helium – relativ selten, der Gesamtanteil an der Erdhülle beträgt etwa 0,005 ppm. Der Großteil des Neons befindet sich dabei in der Atmosphäre, mit einem durchschnittlichen Gehalt von 18,18 ppm ist es nach Argon das häufigste Edelgas.[5] Aus der unterschiedlichen Verteilung der leichten und schweren Isotope des Neons auf der Erde und Sonne kann geschlossen werden, dass seit Entstehung der Erde ein Großteil des Neons aus der Atmosphäre entwichen ist und bevorzugt die schwereren Isotope 21Ne und 22Ne zurückgeblieben sind.

In kleinen Mengen kommt Neon auch in Gesteinen der Erde vor. Nachgewiesen wurde es in Granit, Basaltgesteinen, Diamanten und vulkanischen Gasen. Auf Grund verschiedener Isotopenzusammensetzungen wird vermutet, dass dieses Neon drei verschiedene Ursprünge hat: Primordiales Neon, dessen Zusammensetzung derjenigen der Sonne entspricht und das ohne Kontakt zur Atmosphäre in Diamanten oder im Erdmantel eingeschlossen ist; atmosphärisches Neon und durch Spallationsreaktionen mit kosmischer Strahlung entstandenes Neon.[6]

Auf Gasplaneten wie Jupiter kann auf Grund der hohen Gravitation das Neon nicht entweichen, die Isotopenzusammensetzung entspricht daher derjenigen bei der Bildung des Planeten. Wie von der Raumsonde Galileo festgestellt, entspricht das Verhältnis von 20Ne zu 22Ne demjenigen der Sonne, was Rückschlüsse auf die Entstehungsbedingungen, etwa die Temperatur, bei der Bildung der Gasplaneten zulässt.[7]

Gewinnung und Darstellung

Neon lässt sich als Nebenprodukt bei der Luftzerlegung nach dem Linde-Verfahren gewinnen. Nach Abtrennung von Wasser, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, den bei höheren Temperaturen siedenden Edelgasen und dem Großteil an Stickstoff bleibt ein Gasgemisch zurück, das zu 35 % aus Neon, daneben aus Helium, Wasserstoff und etwa 50 % Stickstoff besteht (jeweils Stoffmengenanteile). Dieses kann auf verschiedene Weisen getrennt werden, so dass am Ende die reinen Gase Neon und Helium gewonnen werden. Eine Möglichkeit ist es, die Gase über Kondensation bei unterschiedlichen Siedepunkten und die Ausnutzung des Joule-Thomson-Effektes zu trennen. Nach Abtrennung des Wasserstoffes über katalytische Reaktion mit zugegebenem Sauerstoff und Entfernung des Wassers wird dabei zunächst bei 30 bar und 66 K der Stickstoff verflüssigt und abgetrennt. Nach der Entfernung des restlichen Stickstoffes durch Adsorption an Silicagel bleibt ein Gasgemisch von etwa 76 % Neon und 24 % Helium zurück. Dieses wird bei Raumtemperatur zunächst auf 180 bar verdichtet und stufenweise auf 50 K abgekühlt. Bei der Expansion auf 25 bar und anschließend auf 1,5 bar kondensiert das Neon, während Helium gasförmig bleibt. Eine Feintrennung erfolgt danach durch Rektifikation.[8]

Eine Alternative ist die Adsorption. Dazu wird nach der Abtrennung des Stickstoffes das Neon bei 5 bar und 67 K an ein Trägermaterial adsorbiert. Dieses gibt bei 3 bar das Neon wieder ab, so dass es vom Helium getrennt werden kann. Um eine größere Reinheit zu erreichen, wird das Neon zweimal nacheinander adsorbiert.[8]

Zu weitern Themen siehe auch

Siehe auch

Literatur

Weblinks

 Wiktionary: Neon – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 William Ramsay: The Rare Gases of the Atmosphere. Nobelpreisrede, 12. Dezember 1904.
  2. Patentanmeldung US1125476 System of illuminating by luminescent tubes. Angemeldet am 8. Oktober 1911, veröffentlicht am 19. Januar 1915, Anmelder: Georges Claude.
  3. L. R. Buchmann, C. A. Barnes: Nuclear reactions in stellar helium burning and later hydrostatic burning stages. In: Nuclear Physics A. 777, 2006, S. 254–290; doi:10.1016/j.nuclphysa.2005.01.005.
  4. S. E. Woosley, A. Heger: The evolution and explosion of massive stars. In: Rev. Mod. Phys. Band 74, 2002, S. 1015–1071, doi:10.1103/RevModPhys.74.1015.
  5. David R. Williams: Earth Fact Sheet. NASA, Greenbelt, Stand 20. Mai 2009.
  6. Alan P. Dickin: Radiogenic isotope geology. 2. Auflage. Cambridge University Press, 2005, ISBN 0-521-82316-1, S. 303–307.
  7. P. R. Mahaffy, H. B. Niemann, A. Alpert, S. K. Atreya, J. Demick, T. M. Donahue, D. N. Harpold, T. C. Owen: Noble gas abundance and isotope ratios in the atmosphere of Jupiter from the Galileo Probe Mass Spectrometer. In: J. Geophys. Res. Band 105, 2000, S. 15061–15071, doi:10.1029/1999JE001224.
  8. 8,0 8,1 P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger: Noble Gases. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2006, doi:10.1002/14356007.a17_485.
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