Néon

Le néon est l'élément chimique de numéro atomique 10, de symbole Ne. Son nom est tiré du grec νέος / néos, « nouveau ».

Néon
Lampe à décharge contenant du néon.
Fluor ← Néon → Sodium He     10 Ne                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Ne ↓ Ar Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Ne
Nom	Néon
Numéro atomique	10
Groupe	18
Période	2e période
Bloc	Bloc p
Famille d'éléments	Gaz noble
Configuration électronique	[He] 2s2 2p6
Électrons par niveau d’énergie	2, 8
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	20,179 7 ± 0,000 6 u[1]
Rayon atomique (calc)	(38 pm)
Rayon de covalence	58 pm[2]
Rayon de van der Waals	154 pm
État d’oxydation	0
Oxyde	Inconnu
Énergies d’ionisation[3]
1re : 21,564 54 eV	2e : 40,962 96 eV
3e : 63,45 eV	4e : 97,12 eV
5e : 126,21 eV	6e : 157,93 eV
7e : 207,275 9 eV	8e : 239,098 9 eV
9e : 1 195,828 6 eV	10e : 1 362,199 5 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 20Ne 90,48 % stable avec 10 neutrons 21Ne 0,27 % stable avec 11 neutrons 22Ne 9,25 % stable avec 12 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	Gaz (non magnétique)
Masse volumique	0,900 32 g·L-1 (1 atm, 0 °C)[1] équation[4] : ${\displaystyle \rho =7.3718/0.3067^{(1+(1-T/44.4)^{0.2786})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 24,56 à 44,4 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 24,56 −248,59 61,796 1,24704 25,88 −247,27 60,69544 1,22483 26,54 −246,61 60,1313 1,21345 27,21 −245,94 59,55733 1,20187 27,87 −245,28 58,97293 1,19007 28,53 −244,62 58,37739 1,17806 29,19 −243,96 57,76996 1,1658 29,85 −243,3 57,1498 1,15328 30,51 −242,64 56,51595 1,14049 31,17 −241,98 55,86734 1,1274 31,83 −241,32 55,20275 1,11399 32,5 −240,65 54,52079 1,10023 33,16 −239,99 53,81987 1,08609 33,82 −239,33 53,09815 1,07152 34,48 −238,67 52,35348 1,05649 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 35,14 −238,01 51,5833 1,04095 35,8 −237,35 50,78458 1,02483 36,46 −236,69 49,95368 1,00807 37,13 −236,02 49,08608 0,99056 37,79 −235,36 48,1762 0,9722 38,45 −234,7 47,2169 0,95284 39,11 −234,04 46,19886 0,93229 39,77 −233,38 45,10954 0,91031 40,43 −232,72 43,9314 0,88654 41,09 −232,06 42,63864 0,86045 41,75 −231,4 41,19062 0,83123 42,42 −230,73 39,51666 0,79745 43,08 −230,07 37,47283 0,7562 43,74 −229,41 34,66164 0,69947 44,4 −228,75 24,036 0,48505
Système cristallin	Cubique à faces centrées
Couleur	Incolore
Point d’ébullition	−246,053 °C[1]
Énergie de fusion	0,331 7 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	1,71 kJ·mol-1 (1 atm, −246,05 °C)
Température critique	44,491 8 K (−228,658 2 °C)[1]
Pression critique	2,768 6 MPa
Point triple	24,556 K[5] ; 43,37 kPa
Volume molaire	22,414×10-3 m3·mol-1
Pression de vapeur	équation[4] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(29.755+{\frac {-271.06}{T}}+(-2.6081)\times ln(T)+(5.2700E-4)\times T^{2})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 24,56 à 44,4 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) P (Pa) 24,56 −248,59 43 800 25,88 −247,27 69 546,65 26,54 −246,61 86 089,59 27,21 −245,94 105 443,39 27,87 −245,28 127 891,25 28,53 −244,62 153 723,22 29,19 −243,96 183 235,52 29,85 −243,3 216 730,02 30,51 −242,64 254 513,92 31,17 −241,98 296 899,7 31,83 −241,32 344 205,16 32,5 −240,65 396 753,78 33,16 −239,99 454 875,12 33,82 −239,33 518 905,54 34,48 −238,67 589 188,92 T (K) T (°C) P (Pa) 35,14 −238,01 666 077,69 35,8 −237,35 749 933,87 36,46 −236,69 841 130,28 37,13 −236,02 940 051,93 37,79 −235,36 1 047 097,42 38,45 −234,7 1 162 680,53 39,11 −234,04 1 287 231,9 39,77 −233,38 1 421 200,77 40,43 −232,72 1 565 056,9 41,09 −232,06 1 719 292,52 41,75 −231,4 1 884 424,43 42,42 −230,73 2 060 996,22 43,08 −230,07 2 249 580,58 43,74 −229,41 2 450 781,72 44,4 −228,75 2 665 200
Vitesse du son	936 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique	1 028 J·kg-1·K-1 équation[4] : ${\displaystyle C_{P}=(1.0341E6)+(-138770)\times T+(7154.0)\times T^{2}+(-162.55)\times T^{3}+(1.3841)\times T^{4}}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 24,56 à 40 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 24,56 −248,59 36 660 1 817 25 −248,15 36 920 1 830 26 −247,15 37 706 1 868 26 −247,15 37 706 1 868 27 −246,15 38 672 1 916 27 −246,15 38 672 1 916 28 −245,15 39 724 1 968 28 −245,15 39 724 1 968 29 −244,15 40 800 2 022 29 −244,15 40 800 2 022 30 −243,15 41 871 2 075 30 −243,15 41 871 2 075 31 −242,15 42 942 2 128 31 −242,15 42 942 2 128 32 −241,15 44 052 2 183 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 32 −241,15 44 052 2 183 33 −240,15 45 270 2 243 33 −240,15 45 270 2 243 34 −239,15 46 701 2 314 34 −239,15 46 701 2 314 35 −238,15 48 484 2 403 35 −238,15 48 484 2 403 36 −237,15 50 788 2 517 36 −237,15 50 788 2 517 37 −236,15 53 817 2 667 37 −236,15 53 817 2 667 38 −235,15 57 809 2 865 38 −235,15 57 809 2 865 39 −234,15 63 034 3 124 40 −233,15 69 800 3 459
Conductivité thermique	0,046 1 W·m-1·K-1
Divers
No CAS	7440-01-9
No ECHA	100.028.282
No CE	231-110-9
Précautions
SGH[6]
Attention H280 et P410+P403 H280 : Contient un gaz sous pression ; peut exploser sous l'effet de la chaleur P410+P403 : Protéger du rayonnement solaire. Stocker dans un endroit bien ventilé.
SIMDUT[7]
A, A : Gaz comprimé température critique = −228,7 °C Divulgation à 1,0 % selon les critères de classification
Transport[6]
-    1065    Numéro ONU : 1065 : NÉON COMPRIMÉ Classe : 2 Étiquette : 2 : Gaz
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Dans le tableau périodique des éléments, il se trouve dans le 8^e groupe principal, ou le 18^e groupe de l'UICPA, et appartient donc aux gaz nobles. Comme les autres gaz rares, c'est un gaz incolore, extrêmement inerte et monoatomique. Pour de nombreuses propriétés telles que le point de fusion et d'ébullition ou la masse volumique, il se situe entre l'hélium, plus léger, et l'argon, plus lourd.

Le néon est l'un des éléments les plus abondants de l'univers, mais il est relativement rare sur Terre, car, comme l'hélium, une grande partie du gaz s'est échappée dans l'espace. On le trouve principalement dans l'atmosphère terrestre dont il est un des gaz à l'état de traces ; seules de petites quantités sont piégées dans les roches.

Comme le krypton et le xénon, le néon est découvert en 1898 par William Ramsay et Morris William Travers par distillation fractionnée de l'air liquide. Les applications les plus connues sont les tubes fluorescents ou les lampes néon, dans lesquels le néon est excité par des décharges électriques pour briller d'une couleur typiquement rouge-orange.

Histoire

William Ramsay.

En 1894, John William Strutt Rayleigh et William Ramsay découvrent l'argon, le premier gaz noble. En 1895, Ramsay isole également de l'hélium, auparavant connu uniquement dans le spectre solaire, à partir de minerais d'uranium. D'après les lois du tableau périodique, il reconnaît alors qu'il doit y avoir un autre élément entre l'hélium et l'argon avec une masse atomique d'environ 20 u^[8].

À partir de 1896, il commence donc à étudier divers minéraux et météorites ainsi que les gaz qu'ils émettent lorsqu'ils sont chauffés ou dissous. Cependant, Ramsay et son collègue Morris William Travers ne réussissent pas avoir de résultats concluants, et ne parviennent à trouver que de l'hélium et, plus rarement, de l'argon. Ils enquêtent alors sur les gaz chauds de Cauterets en France et d'Islande, sans résultat^[8].

Enfin, ils commencent à examiner 15 litres d'argon brut isolé de l'air liquide et séparé par liquéfaction et distillation fractionnée. Le premier élément à être séparé et détecté par le spectre de la flamme est le krypton. Le 13 juin 1898, ils réussissent finalement à isoler un élément plus léger de la fraction à plus bas point d'ébullition de l'argon brut. Ramsay et Travers décident de nommer cet élément Néon, d'après le grec νέος / néos, « nouveau ». Peu de temps après, ils réussissent à extraire un autre élément, le xénon, grâce au même procédé^[8].

La première application du gaz nouvellement découvert est la lampe néon développée en 1910 par le français Georges Claude : le néon remplissant un tube de verre est excité par des tensions élevées et émet de la lumière^[9].

Isotopes

Au total, 19 isotopes du néon sont connus, entre ¹⁵Ne et ³⁴Ne. Parmi ceux-ci, seuls ²⁰Ne, ²¹Ne et ²²Ne sont stables et se trouvent également dans la nature. Le ²⁰Ne est de loin le plus abondant et représente 90,48 % des isotopes. ²¹Ne est le plus rare sur Terre avec une part de 0,27 % et ²²Ne se produit avec une fréquence de 9,25 % dans la distribution isotopique naturelle sur Terre. Tous les autres isotopes ont une courte demi-vie, de 3,38 minutes maximum pour ²⁴Ne^[10].

Caractéristiques

Raies spectrales.

Caractéristiques physiques

Dans les conditions normales de température et de pression, le néon est un gaz monoatomique, incolore et inodore. À pression normale, il se condense à 27 K (−246 °C) et se solidifie à 24,57 K (−248,59 °C) (à cette pression il est, de tous les éléments, celui dont la plage de température de l'état liquide est la plus petite). Comme les autres gaz nobles, à l'exception de l'hélium, le néon cristallise dans un système cristallin cubique avec un paramètre de maille a = 443 pm.

Avec une densité de 0,9 kg/m³ à 0 °C et 1 013 hPa, le néon est légèrement plus léger que l'air, donc il s'élève. Dans le diagramme de phase, le point triple est à 24,56 K et 43,37 kPa, le point critique est à 44,4 K, 265,4 kPa et une densité critique de 0,483 g/cm^3[11].

Le néon est peu soluble dans l'eau ; un maximum de 10,5 ml de néon peut se dissoudre dans un litre d'eau à 20 °C^[11].

Comme d'autres gaz nobles, le néon présente une raie spectrale caractéristique lors des décharges de gaz. Comme les raies dans le domaine spectral visible sont principalement dans la gamme rouge à jaune, le gaz apparaît dans une couleur rouge orangée lors d'une décharge.

Caractéristiques chimiques

En tant que gaz noble typique, le néon est extrêmement inerte ; comme pour l'hélium, aucun composé de l'élément n'est connu. Même les clathrates, où d'autres gaz nobles sont physiquement enfermés dans d'autres composés, sont inconnus. Selon les calculs théoriques, le néon est l'élément le moins réactif. Ainsi, l'enthalpie de dissociation calculée pour les composés de type NgBeO (Ng : gaz noble) est la plus faible pour le composé néon. Il s'est avéré que même l'analogue néon du seul composé connu de l'hélium HHeF, qui est stable selon les calculs, ne devrait pas être stable. Les explications possibles de ces résultats sont les distances fluor-hydrogène plus grandes et donc des forces d'attraction plus faibles dans l'ion HNe+ par rapport aux espèces d'hélium ou des interactions p-π répulsives dans les cations du néon^[12].

Seuls quelques ions dans lesquels le néon est impliqué sont connus grâce à des études de spectrométrie de masse. Parmi ceux-ci, on trouve l'ion Ne+ et certains éléments-ions comme ArNe+, HeNe+ et HNe+^[13].

Applications

Enseigne au néon.

La couleur orange rougeâtre que le néon émet dans les tubes néon est largement utilisée pour les signaux publicitaires. « Néon » est devenu le nom donné à ce type de lumière bien qu'en réalité de nombreux autres gaz soient utilisés. Il s'agit d'un abus de langage, en particulier pour l'éclairage domestique ; il s'agit en réalité de tubes fluorescents ou tubes luminescents (de leur nom officiel). C'est par une généralisation abusive qu'on dénomme néons tous les tubes fluorescents et notamment ceux des enseignes lumineuses. Seul le rouge est en effet possible avec le néon et les autres couleurs sont, soit obtenues avec d'autres composés (hélium : jaune ; CO₂ : blanc ; argon : violet ; argon/mercure : bleu), soit produites par un revêtement fluorescent excité par un rayonnement ultraviolet.

Ampoule de lampe témoin au néon et son spectre.

Autres utilisations :

• lampe témoin ;
• tube Nixie ;
• parafoudres ;
• dans les écrans de télévision dits « plasma » en mélange avec le xénon ;
• le néon est utilisé dans certains lasers.

Le néon liquéfié est utilisé commercialement comme réfrigérant cryogénique.

Production

Le néon est produit à partir de l'air de l'atmosphère dans des usines utilisant le procédé cryogénique de distillation fractionnée de l'air liquide.

L'air liquide est très progressivement réchauffé. Chaque composé (oxygène, azote, néon, hélium…) change alors d'état pour redevenir gazeux, chacun à une température spécifique. La portion de l'air qui redevient gazeux à la température de −245,92 °C est le néon.

Notes et références

1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0).
2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j).
3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87^e éd. (ISBN 0849304873), p. 10-202.
4. (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, USA, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50.
5. Procès-verbaux du Comité international des poids et mesures, 78^e session, 1989, p. T1-T21[PDF] (et p. T23-T42, version anglaise).
6. Fiche Sigma-Aldrich du composé Neon puriss., ≥99.99%, consultée le 17 août 2018.
7. « Néon » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009.
8. (en) William Ramsay, « The Rare Gases of the Atmosphere », sur Prix Nobel, 12 décembre 1904 (consulté le 4 juin 2020).
9. (en) Georges Claude, System of illuminating by luminescent tubes : Patent application, 1911 (lire en ligne).
10. (en) G. Audi, F.G. Kondev, Meng Wang, W.J. Huang et S. Naim, « The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties », Chinese Physics C, vol. 41, n^o 3,‎ 2017, p. 138 (lire en ligne, consulté le 4 juin 2020).
11. (de) « Neon », sur Römpp Lexikon Chemie (consulté le 4 juin 2020).
12. (en) Errol G. Lewars, Modeling Marvels : Computational Anticipation of Novel Molecules, Dordrecht, Springer, 2008, 282 p. (ISBN 978-1-4020-6972-7), p. 69-80.
13. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis, 2010, p. 4-23.

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

• Néon, sur Wikimedia Commons
• néon, sur le Wiktionnaire

Articles connexes

• Chimie des gaz nobles

Liens externes

• (en) « Technical data for Neon » (consulté le 23 avril 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

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