네온, Neon

 

 

네온, Neon
원자 기호	Ne
원자 번호	10
족, 주기, 구역	18족, 2주기, p-구역
전자배치	1s2 2s22p6
전자배치
색이 없는 기체지만, 고전압의 전기장 하에서는 빨간 주황색의 빛을 낸다. 네온가스가 방전튜브 안에 있는 것을 네온사인이라고 부른다.
네온의 방출 스펙트럼 이미지 준비중
원소 분류	비활성 기체
원자량	20.1797(6)
상태	기체
밀도	0.9002 g/L
녹는점	24.56 K, -248.59 °C
끓는점	27.07 K, -246.08 °C
삼중점	24.5561 K (-249°C), 43kPa
융해열	0.335 kJ·mol−1
기화열	1.71 kJ·mol−1
열용량	5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1
산화수	1, 0
이온화에너지	1st: 2080.7 kJ·mol−1 2nd: 3952.3 kJ·mol−1 3rd: 6122 kJ·mol−1
공유 반지름	58 pm
반데르발스 지름	154 pm
자기성	비자기성
열전도율	49.1x10-3  W·m−1·K−11

 

 네온, Neon은 화학 기호 Ne를 가지며 원자 번호 10인 화학 원소이다. 우주에서 네온이 매우 흔한 원소이지만 지구에서는 희귀하다. 색이 없고 표준상태에서 반응성이 없는 비활성 기체이다. 네온은 저전압 또는 고전압 방전 튜브(네온 사인)에서 빨간 빛의 오랜지색을 낸다. 네온은 상업적으로 공기에서 추출된다.


 역사

네온의 화학 기호인 'Ne' 모양으로 만든 네온 가스-방전등

 그리스어로 νέον (neon)는 '새로운 것(new one)'을 뜻한다. 영국 런던의 화학자 William Ramsay 경 과 Morris W. Travers가 1898년에 발견했다. 네온은 Ramsay가 공기 시료를 냉각시켜 액체로 만든 후 액체를 가열하여 끓어나오는 기체를 각각 포집해서 발견했다. 이때 끓어나온 기체로는 질소, 산소, 아르곤, 크립톤, 제논, 네온이 있었다. 전기로 방전시키자 밝은 붉은 빛을 방출하기 때문에 즉시 알아차릴 수 있었다. Travers는 '핏빛의 빛이 나오는 튜브는 우리에게 자신만의 이야기를 들려주고 있었고 절대로 잊을 수 없었다'고 후에 기록했다.

 네온은 질소가 1900년대 초반에 상업적으로 생산되기 전까지 Moore tubes의 라인에 빛으로써 즉각적으로 응용하게 되었다. 1902년 이후, Georges Claude회사는 공기 액화 산업의 부산물로써 산업에 필요한 네온을 충분히 생산했고, 1910년 12월 Claude社는 네온을 봉인된 튜브에 넣은 현대 네온 사인을 제시했다. 1912년 Claude社는 네온 방전 튜브를 광고 사인으로 팔기 시작했다. 1923년 미국에 소개되기 시작했고, 두개의 커다란 네온 사인을 Los Angeles Packard car dealership이 구매했다. 반짝이는 빨간 색은 네온 광고를 경쟁력 있는 것으로 인식하게 만들었다.


 네온은 J.J. Thomson이 1913년 원자의 본질에 대해 기초적인 이해를 하는데 도움을 주었다. 그의 설명의 한 부분에 따르면 음극선의 조성으로 있다가 네온 이온의 흐름이 전자기장에 의해 흐르고 경로가 현상되었다. 톰슨은 사진 건판에 나타난 두개의 분리된 빛의 부분을 관찰했고, 두개의 다른 굴절을 가졌다는 것을 암시했다. 톰슨은 결국에 네온 가스 안에 있는 다른 것들보다 무겁다는 결론을 내렸다. 그 당시에 톰슨은 이해하지 못했지만, 안정한 원자의 동위원소에 대한 첫 발견이였다. 이제는 기구로 무게가 다른 원소들을 구별하는데 그것을 질량분석기mass spectrometer라고 한다.


동위원소


안정한 동위원소에 대한 첫번째 증거이다. 톰슨이 발견한 두개의 빛인 오른쪽 아래에 네온-22와 네온-20을 볼 수 있다.


네온은 비활성 기체중에서 두번째로 가볍다. 네온은 세가지의 안정한 동위원소가 있는데,  ²⁰Ne (90.48%), ²¹Ne (0.27%) 그리고 ²²Ne (9.25%)이다. ²¹Ne과 ²²Ne는 부분적으로 태초부터 있었고 부분적으로는 핵합성반응으로 생겨났다. 이와는 달리 ²⁰Ne는 핵합성반응으로 생겨나는 것인지 핵분열로 생겨나는 것인지 알려지지 않았다. 이런 이유로 지구에 있는 ²⁰Ne은 뜨겁게 논쟁거리의 대상이다. 

 핵반응으로 생겨나는 네온의 동위원소 중 가장 주된 핵반응은 ²⁴Mg와 ²⁵Mg로부터 시작해서 중성자 흡수를 한 후 즉시 알파입자를 방출하여 각각 ²¹Ne과 ²²Ne를 만들어낸다. 반응으로부터 생겨난 중성자들은 대부분 우라늄-시리즈 연쇄 붕괴로 생겨난 알파입자의 이차적인 핵파쇄에 의해 생겨난다. 결과적으로 화강암과 같이 우라늄이 많은 암석으로부터 관찰되는 ²⁰Ne/²²Ne 비는 낮고 ²¹Ne/²²Ne 비는 높다. 네온-21은 핵합성 반응으로부터 생성될 수 있는데, 네온-20이 중성자를 흡수하여 생성된다.

 게다가, 육지 위로 노출된 암석의 동위원소 분석은 ²¹Ne이 우주선에 의해 생겨났음을 나타낸다. 이 동위원소는 마그네슘, 나트륨(소듐), 실리콘, 알류미늄의 핵파쇄 반응에 의해 생겨났다. 세 종류의 동위원소 분석에 의하면, 우주선에 의해 생겨난 것은 마그마로부터 온 네온과 핵합성으로 만들어진 네온으로부터 설명할 수 있다. 이런 추측으로 암석이 표면으로 들어나게 된 시기를 결정할 수 있게 해준다.

 제논과 비슷하게, 네온은 화산 가스에 매우 풍부한 ²⁰Ne과 핵합성으로 만들어진 ²¹Ne, ²²Ne가 관찰된다. 맨틀로부터 나온 네온의 동위원소 조성은 대기로부터 나오지 않았음을 보여준다. ²⁰Ne이 많은 조성은 초기 지구의 희귀 기체를 보여주며, 다이아몬드에서도 ²⁰Ne가 많이 발견된다.


 성질

네온의 방전 튜브

 네온은 헬륨 다음으로 두번째로 가벼운 비활성 기체이다. 진공 방전 튜브 안에서 빨간 주황색으로 발광한다. 또한 네온은 액체로 존재하는 온도 범위가 가장 좁은 원소이다(24.55 K ~ 27.05 K,−248.45 °C ~ −245.95 °C). 액체 헬륨의 범위는 네온의 40배이며, 액체 수소는 3배가 된다.


네온의 자외선 스펙트럼(왼쪽)부터 적외선 스펙트럼(오른쪽) 선을 표시했다.

 네온 플라즈마는 보통 전압과 전류에서 모든 비활성 기체 중에서 가장 강렬한 빛을 낸다. 그렇게 나오는 빛은 인간의 눈에 빨간 주황색 빛으로 보이게 된다. 빨간색-주황색 범위에서 많은 스펙트럼 선이 나오기 때문에 강력한 빛의 초록색이 숨겨진다.

 네온 발광의 쓰임은 꽤 다른 두가지가 있다. 네온 방전 램프는 일반적으로 작으며, 100~250 볼트로 작동된다. 서킷-테스트 장비의 표시등으로 널리 쓰였지만 이제는 LED가 대체했다. 이런 간단한 네온 장비는 플라즈마 디스플레이, 플라즈마 TV 스크린의 선구자로 쓰인다. 네온 사인은 보통 2~15kV 의 높은 전압으로 작동된다. 유리로 된 튜브는 모양이나 글자를 만들 수 있어 건축이나 미술쪽으로 응용이 된다.


 존재량

 안정한 네온의 동위원소는 항성에서 생성된다. ²⁰Ne은 헬륨과 산소가 알파 과정을 통해 연소해 생성되는데, 100MK 이상의 온도와 태양 질량의 3배 이상의 질량이 필요하다.

 네온은 우주 규모로 존재한다. 네온은 수소, 헬륨, 산소, 탄소 다음으로 5번째로 무게가 많은 원소이다. 지구에서는 상대적으로 적은데, 헬륨처럼 가볍고 높은 증기압과 화학적으로 무반응성이기 때문이다.

 네온은 단원자 분자이기 때문에 지구 대기의 대부분을 차지하는 이원자 분자인 질소와 산소보다도 가볍다. 그래서 네온으로 체운 풍선은 공기 위로 뜨지만 헬륨 풍선보다는 느리다.

 지구에서 네온은 희귀한데, 지구 대기 부피의 65,000 분의 1을 차지하고 무게로는 83,000 분의 1을 차지한다. 상업적으로 네온 생산은 대기를 액화시켜 분별증류하여 생산한다.


 응용

'네온' 사인은 네온과 더불어 다른 비활성 기체를 사용한 것일 수 있다.

 네온은 사인으로 주로 사용되고 눈에 띄고 밝은 빨간 주황색 빛을 낸다. 비록 '네온'이라고 계속 부르지만 모든 다른 색은 다른 비활성 기체 또는 색을 내는 형광 물질과 함께 섞어서 만든다.

 네온은 진공 튜브에 충전되어 사용되는데, 고전압 지시등, 텔레비젼 튜브, 헬륨-네온 레이저등에 사용된다. 액화 네온은 상업적으로 극저온을 만들기 위해 사용된다.

 기체 네온과 액화 네온은 둘다 상대적으로 적은 양이여도 비싼데, 액화 네온의 가격은 액화 헬륨의 55배에 달한다. 네온이 비싼 이유로는 네온이 매우 적기도 하고 헬륨과 달리 오로지 대기로부터만 얻을 수 있기 때문이다.

 네온의 삼중점 온도 24.5561K는 1990년 국제 온도 규격에서 고정되어 정의되었다.

 화합물

 네온은 p 구역의 첫 비활성 기체이다. 네온은 일반적으로 반응성이 없다고 간주한다. 중성 네온의 화합물은 알려진 것이 없다. 하지만 이온인 Ne⁺, (NeAr)⁺, (NeH)⁺, (HeNe⁺) 은 광학 분석, 질량분석 연구에서 관찰되기도 하고 불안정한 수화물이 확인되지는 않았지만 관찰이 되었다.