ImUniversum gehört Neon zu denhäufigsten 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 derErdatmosphäre zu finden, nur geringe Mengen sind in Gesteinen eingeschlossen.
1894 war vonLord Rayleigh undWilliam Ramsay als erstes Edelgas dasArgon entdeckt worden. Ramsay isolierte 1895 auch das zuvor nur aus demSonnenspektrum bekannteHelium ausUranerzen. Aus den Gesetzen des Periodensystems erkannte er, dass es zwischen Helium und Argon ein weiteres Element mit einerAtommasse von etwa 20 u geben müsste.
Er untersuchte daher ab 1896 zunächst verschiedene Minerale undMeteoriten und die von diesen beim Erhitzen oder Lösen abgegebenen Gase. Ramsay und sein MitarbeiterMorris William Travers waren dabei jedoch nicht erfolgreich, es wurden Helium und seltener Argon gefunden. Auch die Untersuchung heißer Gase ausCauterets inFrankreich und ausIsland brachten keine Ergebnisse.[11]
Schließlich begannen sie, 15 Liter Rohargon, das aus flüssiger Luft isoliert wurde, zu untersuchen und durch Verflüssigen undfraktionierte Destillation zu trennen. Das erste dadurch abgetrennte und am Flammenspektrum nachgewiesene Element war dabei dasKrypton, am 13. Juni 1898 gelang schließlich die Isolierung eines leichteren Elementes aus der niedriger siedenden Fraktion des Rohargons. Dieses nannten Ramsay und TraversNeon, nach dem griechischenνέοςnéos, deutsch‚neu‘.[12] Kurze Zeit später konnten sie aus der Krypton enthaltenden Fraktion ein weiteres Element, dasXenon, gewinnen.[11]
Die erste Anwendung des neu entdeckten Gases war die 1910 von dem FranzosenGeorges Claude entwickelteNeonlampe: In eine Glasröhre gefülltes Neon wird durch hohe Spannungen zum Leuchten angeregt.[13]
Neon, vor allem dasIsotop20Ne, ist ein wichtiges Zwischenprodukt in derNukleosynthese in Sternen, entsteht aber erst beimKohlenstoffbrennen. Während desHeliumbrennens bei etwa 200 · 106K entsteht20Ne auf Grund des geringenEinfangquerschnitts von16O für α-Teilchennicht, lediglich die Isotope21Ne und22Ne können aus dem schwereren18O 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 angeregtenMagnesiumisotop24Mg* fusionieren. Aus diesem bildet sich durchα-Zerfall20Ne.
Bei weiterem Temperatur- und Druckanstieg kommt es zumNeonbrennen, bei dem20Ne durchPhotodesintegration zu16O wird beziehungsweise mit den entstandenen Heliumkernen zu24Mg fusioniert.
Dieses findet auf Grund der höheren Empfindlichkeit von20Ne im Vergleich zu16O gegenüberGammastrahlung vor den eigentlich zu erwartenden Reaktionen des leichteren Sauerstoffkerns statt. Erst nach Ende des Neonbrennens findet dasSauerstoffbrennen statt, bei dem aus16O schwerere Elemente wieSilicium,Phosphor undSchwefel gebildet werden.[14][15]
Neon zählt imUniversum zu den häufigsten Elementen, lediglichWasserstoff, Helium,Sauerstoff,Kohlenstoff undStickstoff sind häufiger. Auf der Erde ist es dagegen – wie Helium – relativ selten, der Gesamtanteil an derErdhülle beträgt etwa 0,005 ppm.[1] 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.[16] 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 Isotope21Ne und22Ne zurückgeblieben sind.
In kleinen Mengen kommt Neon auch in Gesteinen der Erde vor. Nachgewiesen wurde es inGranit,Basaltgesteinen,Diamanten undvulkanischen 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 durchSpallationsreaktionen mitkosmischer Strahlung entstandenes Neon.[17]
AufGasplaneten wieJupiter kann auf Grund der hohenGravitation das Neon nicht entweichen, die Isotopenzusammensetzung entspricht daher derjenigen bei der Bildung des Planeten. Wie von der RaumsondeGalileo festgestellt, entspricht das Verhältnis von20Ne zu22Ne demjenigen der Sonne, was Rückschlüsse auf die Entstehungsbedingungen, etwa die Temperatur, bei der Bildung der Gasplaneten zulässt.[18]
Neon lässt sich als Nebenprodukt bei der Luftzerlegung nach demLinde-Verfahren gewinnen. Nach Abtrennung vonWasser,Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, den bei höheren Temperaturen siedenden Edelgasen und dem Großteil an Stickstoff bleibt ein Gasgemisch zurück, das zu 35 % aus Neon, daneben ausHelium,Wasserstoff und etwa 50 % Stickstoff besteht (jeweilsStoffmengenanteile). 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 desJoule-Thomson-Effektes zu trennen. Nach Abtrennung des Wasserstoffes überkatalytische 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 durchAdsorption anSilicagel 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 durchRektifikation.[19]
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.[19]
Bis zumEinmarsch russischer Truppen 2022 in die Ukraine wurden dort etwa 70 % der Weltproduktion an Neon erzeugt. Da Neon ein essentieller Faktor bei der Herstellung von Halbleiterprodukten ist, kann dieser Ausfall zu ernsten Problemen in diesem Bereich führen.[20]
Kubisch-dichteste Kugelpackung von festem Neon,a = 443 pmLinienspektrum einer Gasentladung in Neon
Neon ist ein bei Normalbedingungen einatomiges, farbloses und geruchlosesGas, das bei 27 K (−246 °C)kondensiert und bei 24,57 K (−248,59 °C) erstarrt. Es besitzt damit den kleinsten Temperaturbereich aller Elemente, in dem es flüssig ist. Wie die anderen Edelgase außer dem Helium kristallisiert Neon in einerkubisch dichtesten Kugelpackung mit demGitterparametera = 443 pm.[21]
Wie alle Edelgase besitzt Neon nur abgeschlosseneElektronenschalen (Edelgaskonfiguration). Dadurch lässt sich erklären, dass das Gas stets einatomig vorliegt und die Reaktivität gering ist.
Mit einer Dichte von 0,9 kg/m3 bei 0 °C und 1013 hPa ist Neon etwas leichter als Luft, steigt also auf. ImPhasendiagramm liegt derTripelpunkt bei 24,56 K und 43,37 kPa,[22] diekritische Temperatur bei 44,4 K, derkritische Druck bei 265,4 kPa und die kritische Dichte bei 0,483 g/cm3.[23]
In Wasser ist Neon schlecht löslich, in einem Liter Wasser können sich bei 20 °C maximal 10,5 ml Neon lösen.[23]
Wie andere Edelgase zeigt Neon beiGasentladungen ein charakteristischesLinienspektrum. Da die Linien im sichtbarenSpektralbereich vorwiegend im roten bis gelben Bereich sind, erscheint das Gas bei einer Entladung in einer typischen roten Farbe.
Als typisches Edelgas ist Neon äußerst reaktionsträge, es sind wie beim Helium bislang keine Verbindungen des Elementes bekannt. SogarClathrate, bei denen andere Edelgase in anderen Verbindungen physikalisch eingeschlossen sind, sind unbekannt. Nachtheoretischen Berechnungen ist Neon das am wenigsten reaktive Element. So ist die berechneteDissoziationsenthalpie für Verbindungen des Typs NgBeO (Ng: Edelgas) bei der Neonverbindung am geringsten. Es zeigte sich, dass selbst das Neonanalogon der einzig bekannten, nach Rechnungen stabilen Heliumverbindung HHeF nicht stabil sein sollte. Mögliche Erklärungen für diese Ergebnisse sind die größeren Fluor-Wasserstoff-Abstände und damit schwächere Anziehungskräfte im HNe+-Ion im Vergleich zur Helium-Spezies oder abstoßende p-π-Wechselwirkungen in Neon-Kationen.[24]
Es sind lediglich ausmassenspektrometrischen Untersuchungen einigeIonen bekannt, in denen Neon beteiligt ist. Zu diesen zählen das Ne+-Ion und einige Element-Neon-Ionen wie ArNe+, HeNe+ und HNe+.[25]
Es sind insgesamt 19Isotope des Neons zwischen15Ne und34Ne bekannt. Von diesen sind drei,20Ne,21Ne und22Ne stabil und kommen auch in der Natur vor.20Ne ist mit 90,48 % Anteil mit Abstand am häufigsten.21Ne ist mit 0,27 % Anteil auf der Erde am seltensten und22Ne kommt mit einer Häufigkeit von 9,25 % in der natürlichen Isotopenverteilung auf der Erde vor. Alle anderen Isotope haben kurzeHalbwertszeiten von maximal 3,38 Minuten bei24Ne.[26]
Bedingt durch den Verlust von Neon in das Weltall und die Bildung in Kernreaktionen ist das Verhältnis von20Ne/22Ne und21Ne/22Ne von Neon, das in Gesteinen eingeschlossen ist und keinen Kontakt zur Atmosphäre besitzt, nicht immer gleich. Daher lassen sich aus den Isotopenverhältnissen Rückschlüsse auf die Entstehung schließen. So ist in Gesteinen, in denen Neon durchSpallationsreaktionen entstanden ist, der Gehalt an21Ne erhöht. Primordiales Neon, das vor dem Verlust eines großen Teils des Neons in Gesteinen undDiamanten eingeschlossen wurde, besitzt dagegen einen höheren Anteil an20Ne.[17]
Wie die anderen Edelgase hat Neon auf Grund der Reaktionsträgheit keine biologische Bedeutung und ist auch nicht toxisch. In höheren Konzentrationen wirkt es durch Verdrängung des Sauerstoffs erstickend.[27] Bei Drücken von mehr als 110 bar wirkt esnarkotisierend.[28]
Auf Grund der Seltenheit und komplizierten Herstellung und des damit einhergehenden höheren Preises im Vergleich zum ähnlichen Argon wird Neon weniger verwendet: Die weltweite Produktion betrug 2020 etwa zwischen 720.000 und 760.000 m³.[29]
Neon ist Füllgas vonLeuchtröhren undGlimmlampen, in denen es durchGasentladung zum Leuchten in einer typischen orangeroten Farbe angeregt wird. Auch in Blitz- undStroboskoplampen wird Neon als Füllgas genutzt.[23]
InHelium-Neon-Laser wird ein Gemisch an Helium und Neon eingesetzt. Die notwendigeBesetzungsinversion des Lasermediums Neon wird dabei durch die Anregung des Heliums (Gasentladung) und den strahlungslosen Übergang von Elektronen zum Neon erreicht. Diestimulierte Emission erfolgt beiWellenlängen von 632,8 nm (Rot), wenn die Resonatorspiegel diese Wellenlänge bevorzugt reflektieren. Weitere erzeugbare Wellenlängen sind 1152,3 nm, 3391 nm (Infrarot), sowie 543,3 nm (Grün).[30]
Excimerlaser verwenden Neon als Puffergas, daher ist dieUltraviolett-Fotolithografie in der Halbleiterfertigung ein großer Verbraucher von Neon.[31] Die Halbleiterfertigung ist Haupt-Einsatzgebiet der Excimerlaser und verbrauchte 2020 etwa 80 bis 90 % des erzeugten Neons.[29]
Flüssiges Neon kann alsKältemittel eingesetzt werden. Es hat eine 40-mal höhereKühlleistung als flüssiges Helium und eine dreimal höhere als Wasserstoff.[19] Dadurch, durch die tiefere Temperatur alsFlüssigstickstoff sowie wegen geringerer Diffusionsrate als Helium ist es in einigen wenigen, nicht preissensitiven Anwendungen, wie der Vorrats-Verdampfungskühlung von Sensoren in der Raumfahrt, überlegen.
Neon kann im Gemisch mit Sauerstoff alsAtemgas für dasTauchen in großer Tiefe genutzt werden. Es wird jedoch nur selten eingesetzt, da es im Vergleich zum ähnlich verwendbaren Helium einen höheren Preis besitzt und auch einen größerenAtemwiderstand aufweist.[32][33]
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