Neón: qué es, historia, propiedades, estructura, riesgos y usos (2024)

¿Qué es el neón?

El neón es un elemento químico, y su símbolo es Ne. Es un gas noble cuyo nombre en griego significa nuevo, cualidad que pudo sostener durante décadas no solo por su descubrimiento, sino por además adornar con su luz las ciudades en el desarrollo de la modernización.

Todos alguna vez hemos oído hablar de las luces de neón, que en realidad corresponden nada más que a las rojas-anaranjadas, a menos que estén mezcladas con otros gases o aditivos. Hoy en día tienen un aire estrambótico comparado a los recientes sistemas de iluminación. Sin embargo, el neón es mucho más que una fuente de luz moderna.

Este gas, que consiste prácticamente en átomos Ne, indiferentes los unos a los otros, representa la sustancia más inerte y noble de todas, es el elemento más inerte de la tabla periódica, y actual y formalmente no se le conoce un compuesto lo suficientemente estable. Es aún más inerte que el helio, pero también más costoso.

El elevado costo del neón se debe a que no se extrae del subsuelo, como sucede con el helio, sino de la licuefacción y destilación criogénica del aire, aun cuando está presente en la atmósfera con la suficiente abundancia para obtenerse un volumen enorme de neón.

Es más fácil extraer el helio de las reservas de gas natural, que licuar aire y extraer neón. Además, su abundancia es menor que la del helio, tanto dentro como fuera de la Tierra. En el Universo, el neón se halla en las novas y supernovas, y en regiones lo suficientemente congeladas para impedir que escape.

En su forma líquida, es un refrigerante mucho más efectivo que el helio y el hidrógeno líquidos. Asimismo, está presente en la industria electrónica (láseres y equipos que detectan radiaciones).

Historia del neón

• La cuna de argón. La historia del neón está íntimamente relacionada con la del resto de los gases que componen el aire y sus descubrimientos. El químico inglés sir William Ramsay, y su mentor John William Strutt (lord Rayleigh), estudiaron en 1894 la composición del aire mediante reacciones químicas. A partir de una muestra de aire lograron desoxigenarlo y desnitrogenarlo, obteniendo y descubriendo el gas noble argón. También descubrió el helio, tras disolver el mineral cleveíta en un medio ácido y recolectar caracterizar el gas liberado. Entonces, Ramsay sospechaba que había un elemento químico ubicado entre el helio y el argón, intentando en vano encontrarlos en muestras minerales. Hasta que finalmente consideró que en el argón debían hallarse “escondidos” otros gases menos abundantes en el aire. Así, los experimentos que llevaron al descubrimiento del neón empezaron con el argón condensado.
• Descubrimiento. En su trabajo, Ramsay, ayudado por su colega Morris W. Travers, empezó con una muestra altamente purificada y licuada de argón, que sometió a una especie de destilación criogénica y fraccionada. Así, en 1898, ambos químicos ingleses lograron identificar y aislar tres nuevos gases: neón, kriptón y xenón. El primero fue el neón, que vislumbró al recolectarlo en un tubo de vidrio donde le aplicaron una descarga eléctrica. Su intensa luz roja-anaranjada fue aún más sorprendente que los colores del kriptón y del xenón. Fue de esta manera que Ramsay llamó neon a este gas, que en griego significa “nuevo”: un nuevo elemento aparecido del argón. Poco después, en 1904 y por este trabajo, él y Travers recibieron el premio Nobel de química.
• Luces de neón. Ramsay poco tuvo que ver luego con las revolucionarias aplicaciones del neón en iluminación. En 1902, el ingeniero eléctrico e inventor, Georges Claude, con Paul Delorme, formaron la compañía L’Air Liquide, dedicada a vender gases licuados a las industrias y que pronto vieron el potencial luminoso del neón. Claude, inspirado por los inventos de Thomas Edison y Daniel McFarlan Moore, construyó los primeros tubos llenados con neón, firmando una patente en 1910. Vendió su producto prácticamente bajo la siguiente premisa: las luces de neón están reservadas para las ciudades y monumentos por ser muy deslumbrantes y atractivas.

Propiedades físicas y químicas del neón

• Apariencia física. El neón es un gas incoloro, inodoro y sin sabor. No obstante, cuando se le aplica una descarga eléctrica, sus átomos se ionizan o excitan, emitiendo fotones de energía que entran en el espectro visible en forma de destello roji*zo anaranjado (imagen superior). Las luces de neón son, pues, rojas. Mientras mayor sea la presión del gas, mayor serán la electricidad requerida y el brillo roji*zo obtenido. Estas luces iluminando los callejones o las fachadas de los comercios son muy comunes, en especial en climas fríos, ya que la intensidad roji*za es tal que puede traspasar la neblina a considerables distancias.
• Masa molar. 20,1797 g/mol.
• Número atómico (Z). 10.
• Punto de fusión. -248,59 ºC.
• Punto de ebullición. -246,046 ºC.
• Densidad. En condiciones normales: 0,9002 g/L. Del líquido, justo en el punto de ebullición: 1,207 g/mL.
• Densidad de vapor. 0,6964 (en relación al aire= 1). Es decir, el aire es 1,4 veces más denso que el neón. Entonces, un globo inflado con neón ascenderá en el aire, aunque con menos rapidez que uno inflado con helio.
• Presión de vapor. 0,9869 atm a 27 K (-246,15 ºC). Nótese que a esa temperatura tan baja el neón ya ejerce una presión equiparable a la atmosférica.
• Calor de fusión. 0,335 kJ/mol.
• Calor de vaporización. 1,71 kJ/mol.
• Capacidad calorífica molar. 20,79 J/(mol·K).
• Energías de ionización. Primera: 2080,7 kJ/mol (Ne⁺ gaseoso). Segunda: 3952,3 kJ/mol (Ne²⁺ gaseoso). Tercera: 6122 kJ/mol (Ne³⁺ gaseoso). Las energías de ionización para el neón son particularmente altas. Esto se debe a la dificultad de quitarle uno de sus electrones de valencia a su átomo tan pequeño (en comparación a los demás elementos de su mismo período).
• Número de oxidación. El único número o estado de oxidación probable y teórico para el neón es el 0, es decir, en sus hipotéticos compuestos no gana ni pierde electrones, sino que interacciona como un átomo neutro (Ne⁰). Esto se debe a su nula reactividad como gas noble, lo que no le permite ganar electrones por falta de un orbital energéticamente disponible, y tampoco perderlos teniendo números de oxidación positivos, por la dificultad de vencer la carga nuclear efectiva de sus diez protones.
• Reactividad. Lo anterior dicho explica por qué un gas noble es poco reactivo. Sin embargo, entre todos los gases nobles y los elementos químicos, el neón es el más noble: no admite electrones de ningún modo ni de nadie, y tampoco puede compartir los suyos porque su núcleo se lo impide y, por lo tanto, no forma enlaces covalentes. El neón es menos reactivo (más noble) que el helio debido a que, si bien su radio atómico es más grande, la carga nuclear efectiva de sus diez protones supera la de los dos protones del núcleo de helio. A medida que se desciende por el grupo 18, esta fuerza disminuye porque el radio atómico se incrementa considerablemente, y por eso los otros gases nobles (en especial, el xenón y kriptón) sí pueden formar compuestos.
  • Compuestos. Hasta la fecha, no se conoce ningún compuesto remotamente estable del neón. Sin embargo, se ha comprobado mediante estudios ópticos y de espectrometría de masa, la existencia de cationes poliatómicos como [NeAr]⁺, WNe³⁺, RhNe²⁺, MoNe²⁺, [NeH]⁺ y [NeHe]⁺. Asimismo, pueden mencionarse sus compuestos de Van der Walls, en los cuales, si bien no hay enlaces covalentes (al menos no formalmente), las interacciones no covalentes les permiten mantenerse cohesionados bajo rigurosas condiciones. Algunos de estos compuestos de Van der Walls para el neón son, por ejemplo: Ne₃ (trímero), I₂Ne₂, NeNiCO, NeAuF, LiNe, (N₂)₆Ne₇, NeC₂₀H₂₀ (complejo endoédrico de fullereno), etc. Y además, cabe destacar que las moléculas orgánicas también pueden “codearse” con este gas bajo condiciones muy especiales. El detalle de todos estos compuestos es que no son estables. Además, la mayoría se origina en medio de un campo eléctrico muy fuerte, donde los átomos metálicos gaseosos se excitan en compañía de neón. Incluso habiendo un enlace covalente (o iónico), algunos químicos no se toman la molestia de pensar en ellos como verdaderos compuestos, y por lo tanto, el neón continúa siendo un elemento noble e inerte visto desde todos los flancos “normales”.

Estructura y configuración electrónica del neón

• Interacciones interatómicas. El átomo de neón pudiera visualizarse como una esfera casi compacta debido a su reducido tamaño, y a la gran carga nuclear efectiva de sus diez electrones, ocho de los cuales son de valencia, de acuerdo a su configuración electrónica: 1s²2s²2p⁶ o [He] 2s²2p⁶. Así pues, el átomo Ne interacciona con su entorno utilizando sus orbitales 2s y 2p. Sin embargo, están completamente llenos de electrones, cumpliendo con el famoso octeto de valencia. No puede ganar más electrones porque el orbital 3s no está disponible energéticamente, y tampoco puede perderlos por su pequeño radio atómico y la “estrecha” distancia los separa de los diez protones del núcleo. Por lo tanto, este átomo Ne es muy estable, incapaz de formar enlaces químicos con prácticamente ningún elemento. Son estos átomos Ne los que definen la fase gaseosa. Al ser muy pequeños, su nube electrónica es hom*ogénea y compacta, difícil de polarizarse y, por ende, de establecer momentos dipolares instantáneos que induzcan otros en átomos vecinos, esto es, las fuerzas de dispersión entre los átomos Ne es muy débil.
• Líquido y cristal. Por eso, la temperatura debe descender hasta los -246 ºC para que el neón pueda pasar del estado gaseoso al líquido. Una vez a esta temperatura, los átomos Ne están lo suficientemente cerca para que las fuerzas de dispersión los cohesionen en un líquido que, si bien al parecer no es tan impresionante como el fluido cuántico del helio líquido y su superfluidez, tiene un poder refrigerante 40 veces superior. Esto significa que un sistema de refrigeración de neón líquido es 40 veces más eficiente que uno de helio líquido: enfría con mayor rapidez y mantiene la temperatura por más tiempo. La razón podría deberse a que, aun con los átomos Ne siendo más pesados que los de He, los primeros se separan y dispersan con más facilidad (se calientan) que los segundos, pero son tan débiles sus interacciones durante sus colisiones o encuentros, que vuelven a ralentizarse (se enfrían) rápidamente. Cuando la temperatura desciende todavía más, hasta los -248 ºC, las fuerzas de dispersión se tornan más fuertes y direccionales, capaces de ordenar los átomos He para que cristalicen en un cristal de estructura cúbica centrada en las caras (fcc). Este cristal fcc de helio es estable bajo todas las presiones.

Dónde se encuentra el neón y obtención

• Supernovas y ambientes helados. El neón es el quinto elemento químico más abundante del Universo. Debido a su falta de reactividad, alta presión de vapor y ligera masa, escapa de la atmósfera terrestre (aunque en menor grado que el helio), y poco se disuelve en los mares. Por eso, en el aire de la Tierra, apenas tiene una concentración de 18,2 ppm por volumen. Para que dicha concentración de neón se incremente, es necesario descender la temperatura hasta las vecindades del cero absoluto, condiciones únicamente posibles en el Cosmos, y en menor grado, en las atmósferas heladas de algunos gigantes gaseosos como Júpiter, en las superficies rocosas de meteoritos, o en la exósfera de la Luna. Su mayor concentración, sin embargo, radica en las novas o supernovas distribuidas por el Universo, y en las estrellas de las que se originan, más voluminosas que nuestro Sol, en cuyo interior se producen átomos de neón producto de una nucleosíntesis entre el carbón y el oxígeno.
• Licuefacción del aire. A pesar de que su concentración sea tan solo de 18,2 ppm en nuestro aire, basta para obtener unos cuantos litros de neón de cualquier espacio hogareño. Así pues, para producirlo es necesario someter el aire a licuefacción y luego realizar una destilación fraccionada criogénica. De esta manera, sus átomos pueden separarse de la fase líquida compuesta por el oxígeno y nitrógeno líquidos.

Isótopos del neón

El isótopo más estable del neón es el ²⁰Ne, con una abundancia del 90,48%. Tiene además otros dos isótopos que también son estables, pero menos abundantes: ²¹Ne (0,27%) y ²²Ne (9,25%). Los restantes son radioisótopos, y por el momento se conocen quince de ellos en total (^15-19Ne y Ne^23-32).

Riesgos del neón

El neón es un gas inofensivo desde casi todos los aspectos posibles. Debido a su nula reactividad química, no interviene con ningún proceso metabólico, y así como entra en el organismo sale de él sin ser asimilado. No tiene efecto farmacológico inmediato, aunque, se le ha asociado con posibles efectos anestésicos.

Por eso, si hay una fuga de neón, no representa una alarma preocupante. No obstante, si la concentración de sus átomos en el aire es muy grande, puede desplazar las moléculas de oxígeno, lo cual provocaría asfixia y toda una serie de síntomas asociados.

El neón líquido sí podría causar quemaduras frías al contacto, por lo que no se aconseja tocarlo directamente. Asimismo, si la presión de sus contenedores es muy alta, una fisura abrupta podría ser explosiva, no por la presencia de llamas sino por la fuerza del gas.

El neón tampoco representa un peligro para el ecosistema. Además, su concentración en el aire es muy baja y no hay problema en respirarlo. Y lo más importante: no es un gas inflamable. Por lo tanto, jamás arderá sin importar qué altas sean las temperaturas.

Usos del neón

• Iluminación. Las luces rojas de neón están presentes en miles de establecimientos. La razón es que apenas se requiere de una baja presión del gas (~ 1/100 atm) para que produzca, a la descarga eléctrica, su luz característica. Los tubos llenados con neón pueden ser de vidrio o plástico, y adquirir todo tipo de figuras o formas.
• Industria electrónica. El neón es un gas muy importante en la industria electrónica. Se utiliza para fabricar lámparas fluorescentes y de calentamiento, dispositivos que detectan radiación o altos voltajes, cinescopios de televisores, contadores Geiser y cámaras de ionización.
• Láseres. Con el helio, el dúo Ne-He puede utilizarse para dispositivos láseres, que proyectan un haz de luz roji*za.
• Clatrato. Aunque el neón no puede formar ningún compuesto, se ha encontrado que bajo altas presiones (~ 0,4 GPa) sus átomos quedan atrapados dentro del hielo para formar un clatrato. En él, los átomos Ne están confinados a una especie de canal limitado por moléculas de agua, y dentro del cual puede movilizarse a lo largo del cristal. Si bien por los momentos no hay muchas potenciales aplicaciones para este clatrato de neón, podría ser una alternativa para su almacenamiento, o simplemente servir como modelo para profundizar en la comprensión de estos materiales congelados.

Referencias

1. Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). McGraw Hill.
2. Neon. Recuperado de en.wikipedia.org.
3. Helmenstine, A.M. 10 Neon Facts. Chemical Element. Recuperado de thoughtco.com.
4. Neon Element Facts. Recuperado de chemicool.com.
5. Neon compounds. Recuperado de en.wikipedia.org.