《化学元素知识》元素中的化学史丨（10）【元素家族】“霓虹”元素：氖

天下任我行之由 2020-11-13

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第十号元素氖在宇宙中其实不少，丰度仅次于氢、氦、碳、氧，这是因为“α粒子链”，氧核和“α粒子”氦核很容易发生反应生成氖核。在宇宙中，双数原子数的元素丰度总是比较高，如氦（2）、碳（6）、氧（8）明显比锂（3）、硼（5）、氮（7）、氟（9）高，只有铍（4）这一个反例，那是因为铍8太不稳定。

但是在地球上，氖却如此之少，因为它很难和其他元素化合，所以无法结合成化合物沉淀在地表。在地壳里也几乎见不到，只有在空气里能找到痕量的氖，约占空气的1/65000。这是因为氖气是一种单原子气体，虽然氖的原子量20大于氮的14和氧的16，但是氮气和氧气都是双原子气体，它们的分子量28和32就比氖气要重的多了，经过了漫长的地质年代，氖气不断散逸到大气层以外，单拳难敌双手啊！

【和其他的惰性气体一样，氖是单原子分子，孤零零的。】

和氦一样，氖是苏格兰化学家拉姆塞发现的，他是一个幸运的人，一下子就把稀有气体一族连锅端了，氖是其中之一。

拉姆塞发现并成功分离了这些气体之后的一个晚上，他和助手特拉弗斯想测试一下这些气体是否导电，就把一种稀有气体注射在真空玻璃管里，然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极连接在高压电源上，聚精会神地观察这种气体能否导电。

【这两位科学家十足幸运，一下子就发现了一个族的5种元素。】

一个意外的现象发生了：注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光令拉姆赛和特拉弗斯惊喜不已，特拉弗斯这样在实验记录本上写道：“真空管里红光的闪耀，似乎在诉说着这种气体的故事，让我们陷入深思、没齿难忘！”

回家后拉姆塞告诉了他儿子这一重大发现，他的儿子提议把这种气体叫做：neon，意为“新的”气体，源自希腊文：novum。

拉姆赛和特拉弗斯的新发现传出来以后，立马吸引了很多人的眼球，氖那红色的耀眼光芒迅速走出实验室，被一些商家寻觅到商机。

这个时候正是19-20世纪之交，约20年前，爱迪生发明了白炽灯，1896年，新式的穆尔放电管被发明出来，最早是用氮气和二氧化碳作为工作气体的。大家发现，如果把氖气放进去，就可以得到稳定的红色光源。但是当时，氖气只有在实验室里才有，价格可是非常昂贵的。

1902年，法国人乔治*克劳德创办了液体空气公司，专门生产液化的氢气、氧气、氮气等等。氖气是他们的副产物，就这样，氖气的成本一下子就低了很多，普遍使用成为可能。

【乔治*克劳德，他创办的液化空气公司一直延续到现在。】

1910年，巴黎车展在法国大皇宫举办，乔治*克劳德在这里展示了他们公司的新产品：两根充了氖气的灯管，每根灯管足有12米长。这种新式的灯成为这次车展的最亮点，吸引了全世界的眼球。

乔治*克劳德后来又改进了技术，延长了灯的寿命，申请了专利，他因此赚了一大笔钱，成了百万富翁。这种新式的灯也被成为氖灯（Neon lamp），翻译成中文就是我们现在很熟悉的“霓虹灯”，取自neon的发音，这个翻译很美，本身也有彩色的意思。现在你明白了吧，“霓虹灯”这个美丽的名字跟我们一衣带水的友好邻邦可一点关系都没有！

【1910年巴黎车展是霓虹灯的诞生之年。】

拉姆塞和特拉弗斯在试验过氖气之后，还试验了氦、氩、氪、氙等气体，发现不同的气体可以发出不同的颜色：氦是黄色、氩气是蓝色，氪是深蓝色，氙是白色。霓虹灯制造者有了更多的素材。再往后，人们又发明了荧光粉，不同的气体加上不同的荧光粉就可以组合出更多的颜色。五彩缤纷的霓虹灯被生产制造出来，点缀了我们的城市。

【直到现在，霓虹灯还在我们身边扮演重要角色。图中是上海南京路步行街。】

氖还被用于氦氖激光器，这是第一种气体激光器，也是最重要的红光放射源。

【氦氖激光器曾被广泛使用，上世纪90年代之后被成本更低的半导体激光器取代。】

氖和氦一样，都属于惰性气体，化学性质非常不活泼，化学家们做过很多尝试，试图合成氖的化合物，都失败了。直到现在，只在质谱仪和光谱分析中找到过氖氩离子、氖氢离子、氦氖离子等的踪影，这些不是电中性的化合物，所以我们可以说，还没有发现氖的中性化合物。

2014年12月10日，德国哥廷根大学宣布，德法研究人员制造出了水的一种新结晶形式——“冰十六”，这是冰的第十七种形态，也是最轻的一种冰，密度仅仅有0.81克/立方厘米。他们是用这样的方法得到这种新式的冰：先在零下130度的低温下制造出氖的笼形水合物，就是水分子组成一个笼子的形状，将氖原子装在“笼子”里。这种水合物不代表发现了氖的化合物，因为这种“笼子”没有化学键的参与，是非常不坚固的，很容易用真空的方法将其中的氖抽出来，剩下仅由水分子形成的晶体结构，这就是“冰十六”。由于氖留下了很多空隙，所以“冰十六”的密度自然就小了很多。