标题：氖
简介
氖在地球大气中的含量为18.18×10-4%（体积百分），自然界中有3种稳定的同位素：氖20、氖21和氖22，其中氖20的丰度最大。氖是无色、无臭、无味的气体，熔点－248.67℃，沸点－245.9℃，气体密度0.9002克/升（0℃，1×10^5帕），在水中的溶解度10.5微升/千克水。在一般情况下，氖不生成化合物。氖可由液态空气分馏产物经低温选择吸附法制取。氖在放电时发出橘红色辉光，用于制造霓虹灯，还大量用于高能物理研究。
CAS号 7440-01-9
特征
氖是第二轻的稀有气体，在放电管里它发红色-橙色的光。氖的制冷量比液氦高40倍，比液氢高三倍。对比起氦来  在大多数情况下它是一种比较廉价的冷却液。在所有稀有气体中氖的放电在同样电压和电流情况下是最强烈的。
应用
氖发射的明亮的红橙色的光常被用来做霓虹灯做广告。其它应用有：
真空管
高压指示器
避雷针
电视机荧光屏
氦-氖激光
液氖被用作冷却液
用于高能物理研究，让氖充满火花室来探测微粒的行径。
填充水银灯和钠蒸气灯。
历史
1898年苏格兰化学家威廉·拉姆瑟和英格兰化学家莫理斯·特拉维斯（Morris Travers）在伦敦发现了氖。
出现
在标准状态下氖是单原子的气体。在地球大气层中氖非常稀少，只占其65,000分之一。工业使用液化空气冷却分离的方法来生产氖。
化合物
使用光谱和质谱分析观察到的含氖的离子包括Ne、(NeAr)、(NeH)和(HeNe)。氖的水合物很不稳定。
同位素
已知的氖的同位素共有11种，包括氖17至氖27，其中氖20（90.48%）、氖21（0.27%）、氖22（9.25%）是稳定的。氖21和氖22是核分裂产物，它们的来源已经很清楚了。氖20不是核分裂产物，对于其在地球上的丰度的来源有很激烈的争论。导致氖的核反应是镁24和镁25的中子发射和α衰变，其产物相应的是氖21和氖22。α衰变主要是从铀裂变系列来的，而中子则是α衰变的次级反应。总的来说这个反应系列导致低的氖20：氖22比例和在含铀岩石中（比如花岗岩）可以观察到的高的氖21：氖22比例。这个同位素是通过镁、钾、硅和铝的衰变导致的。通过对这三个同位素之间的比例的分析可以将宇宙部分的氖与岩浆里的氖和核反应产生的氖区分开来。这说明氖可能可以用来确定岩石和陨石的暴露时间。
火山气体中含的氖中氖20的成分比较高。这些地幔中的氖同位素与大气中的氖的来源可能不同。其中氖20的高含量可能来源于地球形成前，可能代表着太阳系的氖。金刚石中的氖20的含量也比较高，说明这个高含量可能的确来自于地球形成前太阳系星云的来源。
理化常数
元素名称：氖
  元素性质数据元素符号：Ne
元素类型：非金属元素
原子体积：(立方厘米/摩尔)17.3
元素在太阳中的含量：(ppm) 
1000
元素在海水中的含量:(ppm)
0.0002
地壳中含量：（ppm）  
0.00007
元素原子量：20.18
  用途质子数：10
中子数：10
原子序数：10
所属周期：2
所属族数：0
电子数：2-8
电子层：K-L
外围电子层排布：2s2 2p6
晶体结构：晶胞为面心立方晶胞。
晶胞参数：
a = 442.9 pm 
b = 442.9 pm 
c = 442.9 pm  
α = 90° 
β = 90° 
γ = 90° 
声音在其中的传播速率：（m/S）
435
比热 ：1020 J/(kg·K)
电离能 (kJ/ mol) 
M - M+ 2080.6 
M+ - M2+ 3952.2 
M2+ - M3+ 6122 
M3+ - M4+ 9370 
M4+ - M5+ 12177 
M5+ - M6+ 15238 
M6+ - M7+ 19998 
M7+ - M8+ 23069 
M8+ - M9+ 115377 
M9+ - M10+ 131429 
热导率： W/(m·K)
49.1
元素描述
稀有气体元素之一，无色，无臭，无味，气体密度0.9092克/升，液体密度1.204克/立方厘米，熔点：-248.67℃，沸点：-245.9℃，三相点：-249℃（43kPa），临界点：-288.75℃（2.76MPa）化学性质极不活泼，电离能21.564电子伏特，不能燃烧，也不助燃，在一般情况下不生成化合物，气态氖为单原子分子，氖还有一个特殊性质是气体与液体体积之比，大多数深冷液态气体在室温条件下产生500到800体积的气体，而氖则生成大于1400体积的气体。这就为它的贮藏和运输带来方便。100升空气中含氖约1.818毫升。
元素来源
在标准状态下氖是单原子的气体。在地球大气层中氖非常稀少，只占其65,000分之一。工业使用液化空气冷却分离的方法来生产氖。
由空气分离塔在制取氧氮气的同时，从中可以提取氖氦的混合气体，在经液氢冷凝法或活性炭硅胶的吸附作用，便可得到氖。
元素用途
大量用于高能物理研究，让氖充满火花室来探测和微粒的行径。也是制造霓虹灯和指示灯的好原料，和氩混合使用会有美丽的蓝光产生，也可用来填充水银灯和钠蒸气灯。液体氖还用来做制冷剂。
元素辅助资料
莱姆塞在发现氩和氦后，研究了它们的性质，测定了它们的原子量。接着他考虑它们在元素周期表中的位置。因为，氦和氩的性质与已发现的其他元素都不相似，所以他提议在化学元素周期表中列入一族新的化学元素，暂时让氦和氩作为这一族的成员。他还根据门捷列夫提出的关于元素周期分类的假说，推测出该族还应该有一个原子量为20的元素。
在1896～1897年间，莱姆塞在特拉威斯的协助下，试图用找到氦的同样方法，加热稀有金属矿物来获得他预言的元素。他们试验了大量矿石，但都没有找到。最后他们想到了，从空气中分离出这种气体。但要将空气中的氩除去是很困难的，化学方法基本无法使用。只有把空气先变成液体状态，然后利用组成它成分的沸点不同，让它们先后变成气体，一个一个地分离出来。把空气变成液体，需要较大的压力和很低的温度。而正是在19世纪末，德国人林德和英国人汉普森同时创造了致冷机，获得了液态空气。1898年5月24日莱姆塞获得汉普森送来的少量液态空气。莱姆塞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（neon），元素符号Ne，来自希腊文neos（新的）。
应用
氖是一种稀有气体，在一般情况下不与其他物质发生反应。氖在放电时发出橘红色辉光，大量应用于城市霓虹灯。另外日常生活中使用的试电笔中也充入氖气，这是利用了氖放电发光以及电阻很大的特性。使用试电笔时，笔尖接触被测电路，手触摸电笔尾部，这样才能形成回路。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橘红色，证明被检验电路通电良好。此外，氖被大量用于高能物理研究方面。
同位素
同位素
已知的氖的同位素共有19种，包括氖16至氖34，其中氖20（90.48%）、氖21（0.27%）、氖22（9.25%）是稳定的。氖21和氖22是核分裂产物，它们的来源已经很清楚了。氖20不是核分裂产物，对于其在地球上的丰度的来源有很激烈的争论。导致氖的核反应是镁24和镁25的中子发射和α衰变，其产物相应的是氖21和氖22。α衰变主要是从铀裂变系列来的，而中子则是α衰变的次级反应。总的来说这个反应系列导致低的氖20：氖22比例和在含铀量较高的岩石中（比如花岗岩）可以观察到的高的氖21：氖22比例。这个同位素是通过镁、钾、硅和铝的衰变导致的。通过对这三个同位素之间的比例的分析可以将宇宙部分的氖与岩浆里的氖和核反应产生的氖区分开来。这说明氖可能可以用来确定岩石和陨石的暴露时间。
符号
质子
中子
质量(u)
半衰期
原子核自旋
相对丰度
相对丰度的变化量
16Ne
10
6
16.025761(22)
9E-21 s [122(37) keV]
0+
17Ne
10
7
17.017672(29)
109.2(6) ms
1/2-
18Ne
10
8
18.0057082(3)
1.672(8) s
0+
19Ne
10
9
19.0018802(3)
17.296(5) s
1/2+
20Ne
10
10
19.9924401754(19)
稳定
0+
0.9048(3)
0.8847-0.9051
21Ne
10
11
20.99384668(4)
稳定
3/2+
0.0027(1)
0.0027-0.0171
22Ne
10
12
21.991385114(19)
稳定
0+
0.0925(3)
0.0920-0.0996
23Ne
10
13
22.99446690(11)
37.24(12) s
5/2+
24Ne
10
14
23.9936108(4)
3.38(2) min
0+
25Ne
10
15
24.997737(28)
602(8) ms
(3/2)+
26Ne
10
16
26.000461(29)
197(1) ms
0+
27Ne
10
17
27.00759(12)
32(2) ms
(3/2+)#
28Ne
10
18
28.01207(16)
18.3(22) ms
0+
29Ne
10
19
29.01939(29)
15.6(5) ms
(3/2+)#
30Ne
10
20
30.02480(61)
5.8(2) ms
0+
31Ne
10
21
31.03311(97)#
3.4(8) ms
7/2-#
32Ne
10
22
32.04002(86)#
3.5(9) ms
0+
33Ne
10
23
33.04938(86)#
<260 ns
7/2-#
34Ne
10
24
34.05703(87)#
1# ms [>1.5 &micro;s]
0+
备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。
氦氖激光器
一般由三个部分组成：（1）能实现粒子数反转的工作物质。氦氖激光器中，通过氦原子的协助，使氖原子的两个能级实现粒子数反转；（2）光泵：通过强光照射工作物质而实现粒子数及转的方法称为光泵法。例如红宝石激光器，是利用大功率的闪光灯照射红宝石（工作物质）而实现粒子数反转。造成了产生激光的条件；（3）光学共振腔：最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。这两个互相平行的反射镜，一个反射率接近100%，即完全反射。另一个反射率约为98%，激光就是从后一个反射镜射出的 
这些知识得有相应的原子物理和量子力学知识才能理解。
氦-氖激光管：这是一种原子型气体激光管。结构如图1-104所示。玻璃管M内封有按一定比例（如5:1）混合的氦、氖气体，气压约为1-10毫米汞柱。 
（1）电子的激发作用。电极D1、D2放电时，从阴极逸出的电子被电场力加速，获得动能。这样的电子流不断与氦、氖原子碰撞，使其能量增高，处于激发态。 
（2）基态：原子在每一特定温度下，都有一个稳定的能量状态，称为基态。激发态的原子会自发回到基态，同时将多余的能量转化成光子辐射出去。 
（3）能级：原子能量的增加（或减少），不是爬坡式的渐变，而是阶梯式的跃变。即由一个能态跳到另一能态，稍事停留，再进一步跃迁。这些“阶梯”，在一定条件下，能量值是固定的，称为能级。 
原子在特定的两能级间跃迁，辐射的光子频率是固定的。如氖原子从2S能级跃迁到2P能级时，会辐射波长1.15微米的光波（2S、2P为能级符号，不代表能量值）。 
纯氖气的这种自发辐射效率极低。因为每个原子所受的碰撞不同，会跃迁到许多不同的能级，2S能级只是其中之一，只有少数原子处于这一状态。其它能级的原子向基态跃迁时，辐射的大都是红外光波。 
（4）亚稳态：原子在激发态各能级上停留时间大都很短，为 - 秒（停留时间指原子保持某一能量状态的时间，也叫能级寿命，但也有例外。实验表明，多数气体都存在一个能级，原子在这一能级上停留的时间较长，为 - 秒，称为亚稳态。这虽是一短暂的时间值，但它却比一般的能级寿命延长了103-106倍。这就使在同一时刻，亚稳态上的原子数要比邻近能级多数十万倍。若使这些原子同时跃迁，释放的能量就很可观了。 
（5）氦原子的作用：氦原子的亚稳态恰好和氖原子的2S能级很接近（仅差0.04-0.15电子伏）。亚稳态氦原子与基态氖原子碰撞，可直接把氖原子激发到2S能级。这样，就可以在2S能级获得比纯氖时多数十万倍的原子，它们向2P能级跃迁时，辐射光波的能量较纯氖时增加数十万倍。 
不过，这种光还不是我们所需要的。因为各原子的辐射方向、相位十分杂乱，有的互相抵消，实际输出的能量并不大，射到某个点（如衍射用的小孔）上的光能就更少了，不能满足实验需要。因此，要进一步放大激光的能量，并把能量集中成一束发射出去。为达到这一目的，激光管内设置了共振腔。 
（6）共振腔：氦一氖激光管的共振腔是一个内径2mm左右的玻璃管（图1-104中的中间细部）。两端各有一个反射镜J1、J2。两镜平行度很高，反射率也很高。受激辐射的红光与共振腔同轴的部分就在其中反射。共振腔的长度做成使某种波长增益而使其它波长衰减。J1、J2两镜反射率略有不同，如J1为98%，J2为100%。有一部分光会透过J1输出。同时，由不断进行的光辐射给共振腔补充能量。当这种补充与损耗（包括输出和反射损耗等）平衡时，管子的J1端就会稳定、连续地输出束状单色光。由于共振腔内径很小，所以射出的光束很细。J1、J2平行度很高，光束的发散角也就很小。在实验室的有限距离内，可认为这一光束是良好平行的。