¿Cómo se descubrió en tres semanas?
En mayo de 1898, William Ramsay y Morris Travers trabajaban en el University College de Londres con aire licuado. Ramsay había aislado el argón en 1894 con Lord Rayleigh y sospechaba que existían otros gases del mismo tipo.
El método era la destilación fraccionada: licuar el aire y dejarlo evaporar poco a poco, recogiendo las fracciones a medida que hierven a temperaturas distintas. Cada fracción se examinaba con un espectroscopio.
El 30 de mayo obtuvieron el criptón de la fracción menos volátil. En las semanas siguientes, examinando la fracción más volátil —la que hierve antes que el argón—, encontraron un gas cuyo espectro mostraba un resplandor rojo intenso que Travers describió como imposible de olvidar. Lo llamaron neón, del griego neos, nuevo.
En julio, de una fracción intermedia, aislaron el xenón. Tres elementos en poco más de dos meses, todos por el mismo método y todos de una columna de la tabla periódica que no existía cuatro años antes.
Ramsay recibió el Nobel de Química en 1904.
¿Qué significa la configuración [He] 2s² 2p⁶?
La segunda capa completa: dos electrones en el orbital 2s y seis repartidos en los tres orbitales 2p. Ocho electrones de valencia, el octeto que da nombre a la regla.
Esa configuración es el objetivo hacia el que tiende toda la química del segundo periodo. El sodio cede un electrón y adquiere la estructura del neón; el flúor capta uno y llega a lo mismo; el oxígeno capta dos. La estabilidad del neón es la referencia que explica el comportamiento de sus vecinos.
Su energía de ionización, 2 081 kJ/mol, es la segunda más alta de la tabla tras la del helio. Su afinidad electrónica es prácticamente nula: añadirle un electrón exigiría empezar la capa n=3, muy alejada del núcleo y sin beneficio energético.
Ninguna de las dos vías hacia un enlace está abierta, y de ahí que el neón sea el elemento más inerte que se conoce. El xenón, mucho mayor, retiene sus electrones externos con menos fuerza y sí forma compuestos con flúor y oxígeno desde 1962. Con el neón nadie lo ha conseguido.
¿Por qué los tubos brillan y de qué color?
Un tubo de neón contiene el gas a baja presión, en torno a 10 milibares, con un electrodo en cada extremo. Al aplicar unos miles de voltios, los electrones acelerados chocan con los átomos y les transfieren energía.
El electrón excitado del átomo sube a un nivel superior y vuelve a caer casi inmediatamente, emitiendo un fotón cuya energía es exactamente la diferencia entre los dos niveles. Como esos niveles son fijos y propios de cada elemento, el color también lo es.
El neón emite un conjunto de líneas concentradas en el rojo y el naranja, entre 585 y 703 nanómetros. El resultado es el rojo anaranjado inconfundible que se ve en los rótulos antiguos.
Ese color es el único que produce el neón. Un rótulo azul contiene argón con una gota de mercurio; el mercurio emite en el ultravioleta y en el azul. Un rótulo verde suele ser argón y mercurio dentro de un tubo recubierto de fósforo, que convierte el ultravioleta en el color deseado.
Georges Claude presentó el primer tubo de neón en el Salón del Automóvil de París en diciembre de 1910, y su empresa dominó el mercado durante décadas.
¿Qué papel tiene en la fabricación de microchips?
Uno que casi nadie asocia con el neón, y que consume la mayor parte del gas de alta pureza que se produce.
La litografía de semiconductores emplea láseres excímeros. Un láser de fluoruro de argón emite a 193 nanómetros, en el ultravioleta profundo, y esa longitud de onda determina el tamaño mínimo de los detalles que pueden grabarse en una oblea de silicio.
La mezcla de gas de esos láseres es en más de un 95 % neón, que actúa como gas tampón: no participa en la emisión pero controla la presión y la transferencia de energía dentro de la cavidad. Un solo escáner de litografía consume cientos de litros al año, y la pureza exigida es extrema.
La cadena de suministro estaba concentrada de forma peligrosa. El neón bruto se obtenía como subproducto de plantas siderúrgicas rusas y se purificaba en Ucrania, que llegó a suministrar cerca de la mitad del neón de grado semiconductor del mundo. La guerra iniciada en 2022 interrumpió esa producción y multiplicó los precios, obligando a la industria a buscar fuentes alternativas.
¿Por qué es tan raro aquí y tan abundante fuera?
El neón es el quinto elemento más abundante del universo en masa, después del hidrógeno, el helio, el oxígeno y el carbono. Se forma en el interior de las estrellas masivas por captura de partículas alfa sobre el oxígeno 16.
En la corteza terrestre es prácticamente inexistente, y en la atmósfera representa 18 partes por millón.
La causa es su inercia. Durante la formación del sistema solar, los elementos capaces de combinarse quedaron retenidos en minerales sólidos: el oxígeno en silicatos, el carbono en carbonatos, el hierro en el núcleo. El neón no se unió a nada y permaneció como gas libre, expuesto al viento solar y a la agitación térmica de una Tierra joven y caliente.
Con una masa atómica de 20, un átomo de neón escapa con menos facilidad que el hidrógeno o el helio, pero la pérdida ocurrió sobre todo antes de que el planeta se enfriara.
Curiosamente, la proporción isotópica del neón atmosférico difiere de la del neón solar, y esa diferencia sirve para estudiar cómo perdió la Tierra su atmósfera primitiva.