Comment les lumières au néon fonctionnent Scientific American
Image: Courtoisie E. SCHIFF / Université de Syracuse
Éclateurs à GAZ émettent différentes couleurs en fonction de l'élément contenu à l'intérieur. Des enseignes au néon sont orange, comme le mot physique ci-dessus.
Par définition, les atomes de gaz inertes tels que l'hélium, le néon ou l'argon jamais (ou presque jamais) forment des molécules stables par liaison chimique avec d'autres atomes. Mais il est assez facile de construire une décharge de gaz tube¿such comme un néon light¿which révèle que Inertie est une question relative. Il suffit appliquer qu'une tension électrique modeste aux électrodes aux extrémités d'un tube de verre contenant le gaz inerte et la lumière commence à briller.
Il est beaucoup plus facile d'expliquer pourquoi le néon n'est pas inerte dans un tube à décharge que d'expliquer pourquoi il est inerte vis-à des réactions chimiques. La tension à travers un tube à décharge va accélérer une mise à électrons libres dans une certaine énergie cinétique maximale. La tension doit être suffisamment grand pour que cette énergie est plus que nécessaire pour « ioniser » l'atome. Un atome ionisé a eu un électron arraché d'un orbital pour en faire une particule « libre », et l'atome elle laisse derrière est devenu un ion chargé positivement. Le plasma résultant d'ions et d'électrons chargés par le courant électrique entre les électrodes du tube.
La photo (ci-dessus) montre un signe de décharge conçu par Sam Sampere de l'Université de Syracuse. Ce panneau comprend un tube à décharge au néon (le mot orange « Physics ») et des tubes à décharge de mercure (le mot bleu « Expérience » et le cadre extérieur). La sculpture au bas de l'enseigne représente les champs électriques et magnétiques de la lumière. Les sinusoïdes blanches et jaunes dans la sculpture sont en fait des lampes fluorescentes. Ces lampes fluorescentes sont des tubes à décharge de mercure avec des revêtements spéciaux sur leurs parois internes. La lumière ultraviolette émise par la décharge de mercure à l'intérieur d'un tube est absorbé par le revêtement, qui émet ensuite la lumière d'une couleur différente (et avec une énergie photonique inférieure). Selon le matériau exacte du revêtement, toute une gamme de couleurs peuvent être obtenues.
Alors, pourquoi ces rejets de gaz émettent de la lumière? Comme alternative à la suppression par un choc énergique, un électron sur un atome peut être excité. On parle de l'électron comme ayant été promu à une orbitale d'énergie plus élevée. Lorsque l'électron facilite vers le bas à son orbite initiale, une particule de la lumière (un photon) évacue l'énergie de excitation¿and les lueurs du tube de décharge! l'énergie d'un photon (sa longueur d'onde ou de couleur) dépend de la différence d'énergie entre les orbitales. Un atome donné peut émettre des photons à plusieurs énergies correspondant à ses différentes paires d'orbitales. Cette série de lignes d'émission de photons de energies¿the à un spectroscopist¿is unique à un atome particulier. Comme on peut le voir dans le signe, les tubes à décharge de mercure ont une teinte très différent de celui du tube à décharge au néon fait. L'hélium de gaz inerte a été effectivement découvert cette façon, et les observations de la lumière du soleil a révélé une série d'énergies de photons qui n'a jamais été vu auparavant dans des décharges sur la terre.
L'inertie chimique de certains gaz est plus subtil à expliquer. D'une manière générale, lorsque deux atomes entrent en proximité, la plus haute énergie, ou valence, orbitales des atomes changent sensiblement et les électrons sur les deux atomes réorganiser. Si cette réorganisation réduit l'énergie totale des électrons impliqués, une liaison chimique peut se former. Pour atomes ordinaires, non-inertes, les électrons sont relativement souples et des liaisons se forment souvent. Les électrons dans les gaz inertes, cependant, sont relativement résistantes à cet effet de proximité, de sorte que ces gaz lien très rarement pour former des molécules.