Els empèdocles moderns – William Ramsay (1898) i l’element 10 (Ne) – neó (nilunnili, Nun)

Aquesta sèrie, alguna vegada ho hem dit, és la sèrie del nombre Z, que és la sèrie dels nombres naturals. Nosaltres ens permetíem, però, la llibertat d’afegir un capítol d’entrada (dedicat a Z=0), que converteix aquesta sèrie en la sèrie dels nombres enters no-negatius. Si el neutró lliure pot ser representat per una Z=0 i A=1, el protó lliure ho és per la Z=1 A=1. El nombre atòmic Z és, al capdavall, el nombre protònic, és a dir el nombre de protons que hom troba en el nucli atòmic, i que és alhora idèntic al nombre de càrrega del nucli i, per als àtoms neutres (no-iònics) és també idèntic al nombre d’electrons o nombre de càrrega de l’escorça. El nombre atòmic Z identifica unívocament un element químic. El nombre màssic A és el nombre total de nucleons (nombre nucleònic), és a dir la suma de protons i de neutrons del nucli atòmic, i coincideix amb el nombre bariònic de l’àtom. Originàriament, el nombre Z (de l’alemany Zahl, nombre o xifra) sorgí de la construcció d’una taula periòdica d’elements, i així ja el trobem en les primeres propostes de John Newlands (1865) en aquest sentit i, encara que no explícitament, en la taula de Dmitri Mendeleev. El nombre A (Atomgewicht, en alemany pes atòmic) fou deduït de l’anomenada “llei de proporcions definides”, identificada per Joseph Proust ja en el 1806 pels seus estudis sobre l’oxidació del ferro (“la llei de la natura que presideix qualsevol veritable combinació”) o de la moderna teoria atòmica de John Dalton (1803), que donà lloc a propostes teòriques com la de William Prout (que contemplava l’àtom d’hidrogen, com a “protil”, com l’únic objecte fonamental). Jöns Jacob Berzelius, paradoxalment, trobà que la massa atòmica no seguia uns valors enters, per bé que A recupera el seu caràcter de nombre enter amb la descoberta dels isòtops un segle més tard. Al llarg d’aquesta sèrie, però, hem vist com el valor de massa de cada isòtop no coincideix exactament amb el nombre A, més enllà del cas del carboni-12, on la coincideixi es deu a la mateixa definició de la “unitat de massa atòmica”; si mesuréssim les masses atòmiques en kg (o en un submúltiple adient) ni tan sols el carboni-12 escaparia de la discrepància. Això es deu al fet que la massa del neutró és 1,674927351•10-27 kg i la del protó de de 1,672621777•10-27, a banda del fet que la massa d’un nucli varia addicionalment d’acord amb l’energia d’unió que manté aplegats els protons i neutrons que l’integren. Però si tornem als nombres enters Z i A, podem fer algunes reflexions. Charles Janet, en la “Classificació helicoïdal dels elements químics” (1928), a banda de resoldre gràficament la posició de les “terres rares” (lantànids i actínids) en relació amb el bloc de “metalls de transició” i el bloc “alcalí i alcalino-terri”, postula l’element 0 (Z=0) amb el qual començàvem la nostra sèrie. Però Janet no s’atura pas ací. Janet interpreta l’element 0 com el vincle amb una imatge especular de la taula d’elements químics, és a dir una en la qual Z adopta valors (enters) negatius. La proposta no era del tot nova, car ja hem vist com alguns teòrics del flogist havien parlat en el seu moment de “masses negatives”, mentre que en el anys 1880 i 1890 la teoria vorticial de la gravetat postulava quelcom de semblant, i la paraula “antimatèria” havia estat ja encunyada per Arthur Schuster (1898). Dirac postulà ja l’existència d’antielectró (el positró, una partícula de la mateixa massa que l’electró però de càrrega electrònica inversa, és a dir positiva) en el mateix 1928. En el 1995, hom obtingué, si es vol dir així, la síntesi artificial de l’element de nombre atòmic -1, nou àtoms d’antihidrogen (Baur et al., 1996). L’element de nombre atòmic -2 fou observat ja en els anys 1970 en forma de nuclis d’antiheli-3 (3-2He2-; Z=-2, A=+3, car la massa de l’antimatèria és del mateix signe que la de la matèria; però amb càrrega elèctrica negativa, car els antiprotons tenen una càrrega elèctrica de signe oposat a la dels protons) (Antipov et al., 1974). De moment hom no arribat encara a sintetitzar/observar nuclis o àtoms d’antiliti o d’antielements de Z encara més negativa. Per la banda de dalt, Janet, en el 1928, s’aturava en l’element 120, per bé que en aquella època hom no coneixia cap element transurànic (més pesant que 92U). Glen T. Seaborg, molts anys després, diria que el límit superior podria trobar-se amb Z=130. Hom dóna a l’element 137 el nom jocós de “feynmani”, perquè Richard Feynman, emprant l’equació relativista de Dirac, posava el límit de Z en 1/α, on α és la constant d’estructura fina, de la qual deduïa que l’element Uts era el “non plus ultra”. Emprant aquest mateix raonament hom posa el límit en l’element 173, mentre que amb altres criteris, hi ha autors que el posen en el 155 (Albert Khazan) o en el 128 (John Emsley). Walter Greiner, en canvi, considera que la taula periòdica s’estén fins a l’infinit i que és qüestió d’aplegar les energies i instruments necessaris per sintetitzar aquesta llista infinita d’elements. Però no acaba ací la qüestió. A banda dels nuclis convencionals integrats per un nombre de protons i de neutrons, hi ha els hipernuclis, que resulten de la captació per part d’un nucli convencional d’un o més hiperons. Els hiperons són barions com els protons i neutrons, però es caracteritzen per contindre quarks “strange”. Els hipernuclis són una mena de “matèria exòtica”. Un altre dia en parlarem. Mentrestant arribem al nombre 10 dels elements químics.

La “classificació helicoïdal dels elements químics”, de Charles Janet (1928). Aquesta taula periòdica, i la seva versió horitzontal permeten una representació més acurada dels períodes, blocs i grups d’elements, ja que cada fila es correspon a la regla de Madelung-Klechkowski d’ocupació dels orbitals electrònics. Alhora, hi veiem representat l’element 0, quatre anys abans de la descoberta efectiva del neutró

William Ramsay i la descoberta del neó

William Ramsay, caricaturitzat per Leslie Ward (1851-1922) per al Vanity Fair del 2 de desembre del 1908, assenyala en la taula periòdica el grup VIII d’elements, els gasos inerts o nobles, descoberts i definits en bona mesura gràcies als seus estudis. En la pissarra hi ha escrita la composició percentual de l’aire, definida pels tres gasos principals, nitrogen, oxigen i argó

William Ramsay ja ha aparegut en aquesta sèrie. Però no n’hem parlat amb profunditat. Va nàixer a Glasgow el 2 d’octubre del 1852, fill del matrimoni format per William Ramsay i Catherine Robertson. William Ramsay pare era enginyer civil. L’avi patern, també anomenat William Ramsay, era fabricant químic. El geòleg Andrew Ramsay (1814-1891) era un oncle patern seu. El nostre William Ramsay es va formar a la Universitat de Glasgow (1866-69) i a la Anderson’s Institution (1869). Entre els mentors que l’orientaren cap a la química podem esmentar Thomas Anderson (1819-1874) que, des del 1852, ocupava la càtedra règia de química de Glasgow. Anderson mateix, de jove, havia treballat amb els mítics Jöns Jakob Berzelius (1779-1848), a Suècia, i Justus von Liebig (1803-1873), a Alemanya. William Ramsay també va fer cap al continent per ampliar estudis a la Universitat de Tübingen. Sota la direcció de Wilhelm Rudolph Fittig (1835-1910), nomenat recentment professor titular, Ramsay va fer la tesi doctoral, titulada “Investigacions sobre els àcids toluic i nitrotoluic”, és a dir sobre el toluè (metilbenzè) i el nitrotoluè (metilnitrobenzè). La tesi fou defensada amb èxit el 1873, i Ramsay retornà a Glasgow, per treballar com a ajudant d’Anderson. Anderson ja era molt malalt, i a començament del 1874 renuncià a la càtedra (es moriria el 2 de novembre). Ramsay mantingué el vincle amb l’Anderson’s Institution fins el 1879, quan fou nomenat professor de química en l’University College of Bristol, una institució que havia estat fundada feia uns anys per servir les necessitats d’aquesta puixant vila industrial anglesa.

Ramsay combinà la recerca sobre química orgànica amb un interès creixent per la química de gasos, particularment sobre els òxids de nitrogen. A les tasques docents afegia, a més les de gestió del centre, car el 1881 fou nomenat “principal”. El mateix any es casava amb Margaret Buchanan. Del matrimoni naixerien dos fills, Catherine Elizabeth (familiarment, Elska) i un fill, indefectiblement batejat com a William (concretament, William George Ramsay).

El 1887, a 63 anys, Alexander William Williamson, després de trenta-dos anys d’ocupar la càtedra de química pràctica del University College de Londres, es retirava. William Ramsay, llavors de 35 anys, el substituí. Continuà el seu treball sobre els òxids de nitrogen i altres aspectes de la química de gasos.

El 19 d’abril del 1894, John William Strutt, tercer baró de Rayleigh, llavors de 52 anys, i des de feia 7 professor de filosofia natural de Cambridge, pronunciava una conferència sobre química atmosfèrica. Lord Rayleigh remarcà un problema encara no resolt, la discrepància entre la densitat del nitrogen pur obtingut per síntesi química i la densitat del nitrogen pur obtingut de l’aire sec després de l’eliminació de l’oxigen, del diòxid de carboni. Ramsay hi era entre el públic. Rayleigh i Ramsay discutiren després específicament sobre aquesta discrepància i acordaren posar-s’hi a treballar, cadascú des del seu laboratori.

El mes d’agost, Ramsay comunicà a Rayleigh que havia trobat la raó de la discrepància. L’aire atmosfèric contenia un gas prèviament desconegut, que havia passat desapercebut per la manca de reactivitat química. De fet, era encara més “inert” químicament que el mateix nitrogen, i per això Ramsay el denominà “argó” (del grec, literalment, sense força).

D’altra banda, Ramsay investigava la síntesi química de gasos. En aquesta tasca comptà amb la col•laboració de John Norman Collie (*Alderley Edge, Cheshire, 10.09.1859) i Morris Travers (*Kensington, Londres, 24.01.1872). En el 1895, estudiant els gasos emesos per l’atac amb àcid sulfúric de la cleveïta, Ramsay aïllà un gas que resultà ser el mateix que els astrònoms havien detectat feia dècades en les espectrometries de la llum solar: el gas heli. L’aïllament de l’heli, per les mateixes dates, fou aconseguit independentment per dos altres investigadors, Per Theodor Cleve i Nils Langlet. Ramsay va estudiar el gas heli i arribà a la conclusió que era tan poc reactiu com el gas argó. En el 1898, Hugo Erdmann proposava designar-los amb el nom comú de gas noble (en alemany, Edelgas). Aquesta denominació acabaria imposant-se a les de “gas inert” o a la de “gas rar”. D’altra banda, en haver situat l’argó com un element del tercer període en la taula periòdica, però d’un grup distint dels coneguts, Ramsay ja havia previst el 1897 l’existència d’un gas inert per al segon període de la taula periòdica.

Morris William Travers (1872-1961), fotografiat el 1917 per Walter Stoneman (1876-1958)

Durant un temps, Travers i Ramsay continuaran les investigacions sobre els gasos emesos per minerals o meteorits atacats amb àcid o sobreescalfats. En alguns casos compraren l’emissió d’heli, que interpretaren com un “constituent de certs minerals”. Haurien de passar alguns anys, perquè hom entengués que l’heli emès era el producte de la fracció alfa de la radioactivitat natural de l’urani.

Paral•lelament, Travers i Ramsay continuaven amb els estudis de l’aire atmosfèric i el seu anàlisi a través de la destil•lació fraccionada. Com que cada gas de l’aire atmosfèric té un temperatura diferent d’ebullició, és possible separar-los a través de la liqüefacció a molt baixes temperatures. Havien definit l’aire, aproximadament, com una barreja, en volum, del 78% de nitrogen, 21% d’oxigen i 1% d’argó. Per estudiar les propietats de l’argó, feien preparacions d’argó líquid, a les que després deixaven tornar a la forma de gas. En un d’aquests experiments, realitzat el 30 de maig del 1898, permeté la detecció en l’argó regasificat d’un altre gas, a unes concentracions baixíssimes, gairebé en el límit de detecció, la qual cosa li valdria després el nom de “criptó” (del grec kryptos, ocult). En el mes de juny, en detectaren un altre, que després rebria el nom de “neó” (del grec neon, nou), segons la recomanació d’un jovenet William George Ramsay. El 12 de juliol, encara detectaren un tercer, que després rebria el nom de “xenó” (del grec xenos, foraster). Tots tres materials es trobaven en concentracions de traça en l’argó liquat procedent de l’aire atmosfèric. Tots tres es comportaven, com l’argó i l’heli, com a gasos inerts, la qual cosa explicava que haguessin passat desapercebuts fins llavors.

Cadascun d’aquests gasos es comportava de manera diferent quan era sotmès a una descàrrega elèctrica en l’espectroscopi. El gas neó ionitzat emetia una llum vermella ataronjada, que ja no passà desapercebuda ni els experiments mateixos de la descoberta ja que, com escriuria Travers anys després, “la lluïssor de llum carmesina del tub parlava per ella mateixa i era una visió en la qual aprofundir i no oblidar mai”.

El gas neó és incolor, però situat en un camp elèctric d’alt voltatge, emet una llum característica, entre taronja i vermella

Els estudis experimentals de Ramsay i d’altres investigadors sobre la liqüefacció de l’aire es traduïren aviat en empreses industrials, com Air Liquide, fundada el 1902 per Georges Claude. Aquesta companyia aconseguí produir neó en prou quantitats com perquè fos interessant el seu ús en il•luminació. Daniel McFarlan Moore (1869-1936) havia millorat el tub de descàrrega elèctrica, i tubs de Moore plens de nitrogen havien començat a comercialitzar-se. El desembre del 1910, Georges Claude va presentar un llum de neó basat en un tub de Moore, pensat per a la il•luminació d’interiors. Però no van fer forat davant de la llum més blanca que oferien les bombetes incandescents. En el 1912, però, hom començà a comercialitzar el tub de neó per a la confecció de rètols i anuncis publicitaris, els quals es generalitzarien de mica en mica en les dècades següents.

J. J. Thomson, en el 1913, estudiava justament els raigs emesos en un tub de descàrrega. Elèctrictament, hom diferenciava els raigs catòdics (de càrrega elèctrica negativa i que, per tant, s’adreçaven al càtode o pol elèctric positiu) i els raigs anòdics (de càrrega elèctrica positiva, i que s’adreçaven a l’ànode). Els raigs anòdics també rebien el nom de raigs de canal, perquè eren els que passaven (repel•lits elèctricament) a través dels forats o canals del càtode. Cada partícula iònica mostrava, d’acord amb la relació de càrrega elèctrica i de massa, una determinada trajectòria parabòlica en les plaques fotogràfiques realitzades en aquests experiments. En estudiar el cas del neó, Thomson n’identificà dues, de la qual cosa deduí que una part minoritària dels àtoms de neó eren una massa superior als de la majoria.

Paràboles de partícules ionitzades en un tub de descàrrega. S’anoten les corresponent a ions mercuri (Hg+ i Hg2+) a formes iòniques d’òxids de carboni (CO2+ i CO+) i les degudes a dos isòtops de neó, de massa atòmica de 20 i de 22. Gràcies a l’experiment de Thomson hom podia entendre perquè el neó (i altres elements) presentaven una massa atòmica no entera (en el cas del neó, de 20,2 o 20,18). La massa atòmica 20,18 resulta de la ponderació de masses pràcticament enteres dels seus isòtops. Aquesta hipòtesi fou comprovada experimentalment per Francis William Aston (1877-1945) en 1919, no tan sols pel que fa al neó sinó també per al clor.

La descoberta dels gasos inerts o gasos nobles introduí un nou grup en la taula periòdica dels elements. Sir William Ramsay va rebre el Premi Nobel de Química del 1904, “en reconeixement dels seus serveis en la descoberta dels elements gasosos inerts de l’aire, i la determinació del lloc que ocupen en el sistema periòdic”. En el 1910 encara afegiria un nou gas inert a la llista, el més dens, i que anomenà radó pel fet de mostrar radiactivitat. El prestigi adquirit per Ramsay tingué llums i ombres. Fou un dels impulsors del nou Indian Institute of Science que, a suggerència de Ramsay, fou establert a Bangalore, mentre que Morris Travers hi viatjava per ésser-ne el primer director. Ara bé, també fou, en el 1905, un dels avaladors de la Industrial and Engineering Trust Ltd., companyia que afirmava disposar d’un procés secret per extreure or de l’aigua marina; la companyia va atreure inversors, va realitzar compres de terrenys en el litoral, i poc després es va fondre. En el 1913, a 61 anys, deixà la càtedra de química del University College de Londres, i es retirà a Hazlemere, High Wycombe, Buckinghamshire. Es moria el 23 de juliol del 1916, com a conseqüència d’un càncer nasal.

Pel que fa a Morris “Rare Gas” Travers, a partir del 1906, fou el primer director de l’Indian Institute of Science. Part dels fons provenien del govern colonial de Mysore i una altra part del llegat de l’industrial parsi Jamsetji Nusserwanji Tata (mort el 1904). Els conflictes entre les parts allargaren el procés i l’Institut no arrencà fins el juny del 1911. Disposava de quatre departaments: Química General, Química Orgànica, Química Aplicada i Enginyeria Elèctrica. El 1914 tornà a Anglaterra i fou director de la fàbrica de vidre de Duroglass Limited. El 1920 fundà amb F. W. Clark, una companyia (Travers and Clark Ltd.), que desenvolupà alts forns i maquinària per a la gasificació del carbó i d’altres processos de transformació de combustibles. El 1927 fou nomenat Professor Honorari de Química Aplicada de la Universitat de Bristol. Abans i després realitzà aportacions a la química fonamental i aplicada. En el 1956 va publicar “The life of Sir William Ramsay”. Es va morir el 25 d’agost del 1961, a 89 anys.

El neó: isòtops i abundància

Ja hem comentat que el neó és un element poliisotòpic. La massa atòmica del neó s’avalua en 20,1797 uma, i resulta de fet de la mitjana ponderada dels seus isòtops:
– neó-16 (16Ne; 16,025761 uma). Nucli format per 10 protons i 6 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 9•10-21 s. Decau, amb pèrdua de dos protons, a oxigen-14.
– neó-17 (17Ne; 17,017672 uma). Nucli format per 10 protons (2 d’ells en halo) i 7 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1092 s. Decau majoritàriament (96,0%) a oxigen-16 (amb emissió d’un protó i d’un positró), o bé a carboni-13 (2,7%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró) o a fluor-17 (1,3%; amb emissió d’un positró).
– neó-18 (18Ne; 18,0057082 uma). Nucli format per 10 protons i 8 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,672 s. Decau a fluor-18 (per captura electrònica) o oxigen-16 (per emissió de dos protons o d’un nucli d’heli-2).
– neó-19 (19Ne; 19,0018802 uma). Nucli format per 10 protons i 9 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 17,296 s. Decau a fluor-19, amb emissió d’un positró.
– neó-20 (20Ne; 19,9924401754 uma). Nucli format per 10 protons i 10 neutrons. És un isòtop estable. El 90,48% dels àtoms de neó són de neó-20, percentatge que pot variar segons la mostra entre el 88,47% i el 90,51%.
– neó-21 (21Ne; 20,99384668 uma). Nucli format per 10 protons i 11 neutrons. És un isòtop estable, i el tercer més abundant del neó, amb un percentatge del 0,27% (que pot arribar al 1,71% en algunes mostres).
– neó-22 (22Ne; 21,991385114 uma). Nucli format per 10 protons i 12 neutrons. És un isòtop estable, el segon més abundant, amb un percentatge de 9,25% (que varia entre el 9,20% i el 9,96%).
– neó-23 (23Ne; 22,99446690 uma). Nucli format per 10 protons i 13 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 37,24 s. Decau, amb emissió d’un electró, a sodi-23.
– neó-24 (24Ne; 23,9936108 uma). Nucli format per 10 protons i 14 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 202,8 s (més de 3 minuts). Decau, amb emissió d’un electró, a sodi-24.
– neó-25 (25Ne; 24,997737 uma). Nucli format per 10 protons i 15 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,602 s. Decau, amb emissió d’un electró, a sodi-25.
– neó-26 (26Ne; 26,000461 uma). Nucli format per 10 protons i 16 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,197 s. Decau majoritàriament (99,87%) a sodi-26 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,13%) a sodi-25 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– neó-27 (27Ne; 27,00759 uma). Nucli format per 10 protons i 17 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,032 s. Decau majoritàriament (98%) a sodi-27 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (2%) a sodi-26 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– neó-28 (28Ne; 28,01207 uma). Nucli format per 10 protons i 18 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0183 s. Decau majoritàriament (78%) a sodi-28 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (22%) a sodi-27 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– neó-29 (29Ne; 29,01939 uma). Nucli format per 10 protons i 19 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0156 s. Decau, amb emissió d’un electró, a sodi-29.
– neó-30 (30Ne; 30,0248 uma). Nucli format per 10 protons i 20 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0058 s. Decau, amb emissió d’un electró, a sodi-30.
– neó-31 (31Ne; 31,03311 uma). Nucli format per 10 protons i 21 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0034 s. Decau bé a sodi-31 (amb emissió d’un electró) o a sodi-30 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– neó-32 (32Ne; 32,04002 uma). Nucli format per 10 protons i 22 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0035 s. Decau bé a sodi-31 (amb emissió d’un neutró i d’un electró) o a sodi-32 (amb emissió d’un electró).
– neó-33 (33Ne; 33,04938 uma). Nucli format per 10 protons i 23 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida inferior a 2,6•10-7 s.
– neó-34 (34Ne; 34,05703 uma). Nucli format per 10 protons i 24 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de l’ordre de microsegons.

A efectes pràctics, tot el neó es redueix als tres isòtops estables i, en més d’un 90%, a neó-20. L’àtom neutre de neó conté 10 electrons, amb una configuració de 1s22s22p6. És, doncs, el darrer element del segon període d’elements. Pertany, com hem dit, al grup dels gasos nobles (grup 18, VIIIA o grup 0, segons les nomenclatures) i, com la resta presenta com a nombre d’oxidació més habitual el 0. Això no obstant, com els altres gasos nobles, pot formar en certes condicions compostos químics i, en aquest cas, pot adoptar un nombre d’oxidació de +1 (Ne+1). Certament no és una situació habitual. Amb un radi de Van der Waals de 1,54•10-10 m i omplerts els orbitals electrònics, l’àtom de neó presenta unes elevades energies d’ionització (2080,7 kJ•mol-1).

El neó en condicions estàndards de temperatura i de pressió es troba en forma de gas monoatòmic (Ne). En condicions estàndards de pressió, liqua a 27,05 K, i se solidifica a 24,55 K. El neó líquid, per unitat de volum, depassa en capacitat refrigerant l’heli líquid i l’hidrogen líquid i, en diverses aplicacions, supera l’heli en termes de cost. La relació d’expansió del neó líquid respecte del neó gas (en termes de volum) és de 1438, molt superior a la d’altres gasos d’ús habitual. El neó sòlid presenta una estructura cristal•lina cúbica centrada en les cares.

Els cations Ne+ poden formar compostos. Se n’han descrit els ions moleculars (NeAr)+, (NeH)+ i HeNe+. Estrictament, no s’han descrit cap molècula neutra que integri àtoms de neó.

El neó és el cinquè element més abundant en l’univers, superat tan sols per l’hidrogen, l’heli, l’oxigen i el carboni. S’origina en la nucleosíntesi estel•lar, principalment en forma de 20Ne, i en menor grau de 22Ne i 21Ne. A banda de l’origen estel•lar, 21Ne i 22Ne també poden són el producte final de diverses reaccions nuclears; el 20Ne ho seria en una porció més marginal.

En la Via Làctia, l’abundància relativa del neó s’estima en un 0,13% en termes de massa (respecte de la massa bariònica total de la Via Làctia que, recordem-ho, suposa tan sols un 5% de la massa gravitatòria global de la galàxia).

En el Sistema Solar, el neó és, en termes atòmics, el sisè element més abundant (superat per l’hidrogen, l’heli, l’oxigen, el carboni i, per molt poca distància, pel nitrogen). El 20Ne és el sisè isòtop més abundant en termes atòmics (100 ppm) i el cinquè en termes de massa (1548 ppm). El 22Ne presenta una abundància de 12 ppm en termes atòmics i 208 ppm en termes de massa, la qual cosa el fa el 13è isòtop més freqüent del Sistema Solar.

En el cas de planetes rocallosos com la Terra, l’abundància del neó cau espectacularment. La relativa lleugeresa, l’alta pressió de vapor a baixes temperatures i la manca de reactivitat química, impedeix que el neó sigui atrapat en quantitats elevades en les condensacions dels planetèsims que donen lloc després, per acreció, als planetes com la Terra. Així, si la concentració relativa de neó en l’univers és de 1:750 i, fins i tot, era superior en la nebulosa on s’originà el nostre Sistema Solar (1:600), el neó es fa més escàs en les capes superiors de l’atmosfera de Júpiter (1:6000) i, ja no diguem, en l’atmosfera terrestre (1:55000) o en l’escorça del nostre planeta. El neó és menys abundant en el nostre planeta que fins i tot els metalls més rars. Existeix en forma de traces en algunes roques. Tot el 20Ne de la Terra és primordial, com també una part del 21Ne i 22Ne. No obstant, una part del 22Ne procedeix de reaccions nuclears, com les que arrenquen del 25Mg, mentre que una part del 21Ne procedeix en darrer termes del 24Mg. Aquestes reaccions nuclears requereixen una font de neutrons, la més habitual de les quals és l’urani. Això explica que en granits i altres roques relativament riques en urani, les relacions 20Ne/22Ne i 21Ne/22Ne siguin superiors a les que trobem en l’atmosfera. En canvi el 20Ne sobreabunda relativament respecte dels dos isòtops estables minoritaris en diamants.

L’abundància del neó en els oceans és molt limitada, de l’ordre de 1,2•10-7 kg•m-3.

L’abundància en l’atmosfera és petita però, si més no, quantificable. En termes de volum es troba amb una concentració de 1:55000 (18,2 ppm), la qual cosa es tradueix en termes de massa a 1:79000 (recordem que el neó monoatòmic, amb una massa atòmica de 20, és superat per les masses moleculars del nitrogen, 28, i de l’oxigen, 32). El neó es perd en les capes més altes de l’atmosfera (on, alhora, els raigs còsmics generen una quantitat addicional de 21Ne), però alhora és reposat a través de les emissions volcàniques (en les quals, les proporcions relatives de 20Ne i 21Ne pugen en detriment del 22Ne). La quantitat traça de neó que trobem en la biosfera procedeix del neó atmosfèric, per bé que, pel que sabem, el neó no hi juga paper fisiològic.

L’única font industrial de gas neó és l’aire atmosfèric. Els processos de liqüefacció de l’aire i d’obtenció posterior de neó per destil•lació fraccionada han estat millorats al llarg del segle XX. Tot i amb tot, la baixa concentració natural de neó explica els preus relativament elevats del neó gas i del neó líquid (vora 50 vegades més elevat que l’heli líquid, ja que el gas heli sí és present, per exemple, en el gas natural a unes concentracions més acceptables que les infinitesimals del neó).

Les aplicacions industrials del neó són diverses, tant pel que fa al gas (tubs de buit, indicadors d’alt voltatge, protectors antillamps, làsers d’heli-neó) com pel que fa al líquid (que, malgrat el preu més elevat, en termes de volum, té una capacitat criogènica 40 vegades superior al de l’heli líquid). Però l’aplicació comercial més coneguda i icònica és en el camp de la il•luminació.

Llums de neó

Els rètols i els anuncis a base de tubs elèctrics de neó (i d’altres gasos nobles) són una icona de la coentor publicitària i comercial dels nostres dies. El gas neó és incolor. Ionitzat per un corrent de l’ordre de kV, emet per fluorescència una radiació lluminosa que els nostres ulls percebem entre el vermell i el taronja. Altres gasos ofereixen una coloració groga (l’heli), blava (el gas mercuri) o blanca (el diòxid de carboni), i els colors intermedis es poden assolir a través de barreges. L’ús de revestiments en els tubs de descàrrega permet matisar aquests colors.

Una làmpada de neó NE-34 (General Electric, v. 1930)

El neó fou ja caracteritzat pels seus descobridors, Ramsay i Travers, en un tub de descàrrega. El tub de descàrrega havia estat inventat pel físic i vidrier Heinrich Geissler (d’ací el nom de tub Geissler) en el 1857. A banda de les aplicacions en la física i química de gasos i de l’electrodinàmica, els tubs de Geissler ja havien estat emprats puntualment amb finalitats decoratives i figuraven habitualment en les exposicions sobre tecnologia elèctrica. Malgrat els esforços de Daniel McFarlan Moore, que desenvolupà un tub o làmpada de descàrrega (làmpada de Moore) en el 1896, les bombetes incandescents restaren a lloc,. En tot cas, la majoria de làmpades fluorescents dels nostres dies es basen en el vapor de mercuri; són els revestiments fluorescents del tub els que transformen la llum ultraviolada emesa pel mercuri en llum visible més o menys blanca.

Durant el Dotzè Saló de l’Automòbil de París (3-18 de desembre del 1910), Georges Claude exposà dos tubs de neó de 12 metres de llargada que emetien una característica llum vermella. El disseny ja s’aproximava als tubs de neó posteriors. El tub contenia neó a una pressió de 400-3000 pascals. Claude, que juntament amb Paul Delorme, havia desenvolupat un procés de liqüefacció de l’aire i separació dels gasos elementals, disposava, com a soci d’Air Liquide, d’una bona quantitat de neó que esperava aplicacions. Claude perfeccionà aspectes elèctrics del tubs, experimentà el resultat de barrejar el neó amb altres gasos (argó, vapor de mercuri) per ampliar el rang de colors.

Moore, d’altra banda, el 1917 desenvolupà una làmpada de neó. Substancialment més petita que no pas el tub, la làmpada de neó es basa en una descàrrega coronal. Si la làmpada de neó emetia una llum vermella, la làmpada d’argó, ho feia amb una de blava. D’acord amb la proporció de gasos, hom podia obtenir tonalitats intermèdies. Per bé que tampoc aquestes làmpades guanyaren acceptació en la il•luminació d’interior, sí que feren forat com a components electrònics i com a indicadors en panells de control. A partir dels anys 1970, paulatinament, foren substituïdes pels díodes d’emissió de llum, els LED, que són fets de materials semiconductors. D’una manera similar, el neó era el gas ionitzat (transformat en plasma) per a les primeres pantalles de plasma dissenyades el 1964; encara avui el neó i d’altres gasos nobles, juntament amb quantitats menors de vapor de mercuri, són la base de les pantalles de plasma.

Esquema d’una pantalla de plasma. Cada cel•la, corresponent, a un píxel conté una barreja de gasos nobles amb vapor de mercuri. L’estimulació elèctrica del gas el ionitza en plasma i l’emissió resultant estimula la reemissió pel revestiment d’òxid de magnesi

Pel que fa als tubs de neó, les aplicacions en rotulació ja començaren a ser explotades per un dels socis de Claude, Jacques Fonseque. En el 1913, un anunci de Cinzano a París amb llum de neó inaugurava una nova era en el paisatge urbà. Però fou als Estats Units, a partir dels anys 1920, en aquests usos començaren a difondre’s. En virtut de les seves patents, diverses empreses interessades van haver d’arribar a acords amb Claude Neons Lights, Inc. El 1931, el darrer any de la patent principal de Claude, el negoci ja movia als Estats Units 16,9 milions de dòlars. El 1939 s’havia arribat a 22 milions de dòlars, però l’abaratiment progressiu dels anuncis de neó els havia fet proliferar enormement. Gas, vidre, electricitat i el disseny combinat oferien moltes possibilitats expressives. Però encara havien de proliferar molt més a partir dels anys 1950. Times Square, a Nova York, o Las Vegas mateixa, no serien el que són sense els tubs de neó.

Com és habitual en el món de la publicitat, es va arribar a produir un punt de saturació. Els tubs fluorescents, d’altra banda, començaven a fer la competència als tubs de neó. Uns i altres eren limitats en algunes ciutats, en les primeres ordenances contra la contaminació lumínica (abans de la lletra) i per protegir els automobilistes de distraccions. Els llums de neó guanyaren fama de coentor decadent. Tot i amb tot, o justament per això, foren vindicats ja en les darreres dècades del segle XX (“Let There Be Neon”, Rudi Stern, 1979). La demanda de tubs de neó, de fet, sembla alhora estimular-se en un moment que se la combina amb noves tècniques (il•luminació amb LED, amb fibra òptica, etc.).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Els empèdocles moderns – William Ramsay (1898) i l’element 10 (Ne) – neó (nilunnili, Nun)
  1. […] vam parlar en una ocasió anterior, amb motiu del neó, de Morris William Travers. Nascut a Kensington (Londres), el 24 de gener del 1872, els seus pares […]

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: