Le néon fut découvert en 1898 par les chimistes britanniques William Ramsay (1852-1916) et Morris Travers (1872-1961) à l'University College de Londres. Quelques semaines seulement après leur découverte du krypton et du xénon, les deux scientifiques refroidirent un échantillon d'air liquide et collectèrent le gaz qui s'en échappait lors de l'évaporation progressive. En plaçant ce gaz dans un tube à décharge, ils observèrent une lueur rouge-orange éclatante et distinctive. Le fils de Ramsay, âgé de 13 ans, qui assistait à l'expérience, s'exclama : « C'est une lumière magnifique ! »
Ramsay nomma ce nouvel élément néon (du grec neos = nouveau) en raison de sa récente découverte. Le néon était le dernier des gaz nobles stables à être découvert (après l'hélium, l'argon, le krypton et le xénon). En 1910, le physicien français Georges Claude (1870-1960) développa la première enseigne lumineuse au néon, inaugurant ainsi une révolution dans la publicité et l'éclairage urbain. Cette invention donna naissance aux célèbres « néons » qui illumineraient bientôt les villes du monde entier.
Le néon (symbole Ne, numéro atomique 10) est un gaz noble du groupe 18 du tableau périodique, constitué de dix protons, généralement dix neutrons (pour l'isotope le plus courant) et dix électrons. Les trois isotopes stables sont le néon-20 \(\,^{20}\mathrm{Ne}\) (≈ 90,48 %), le néon-21 \(\,^{21}\mathrm{Ne}\) (≈ 0,27 %) et le néon-22 \(\,^{22}\mathrm{Ne}\) (≈ 9,25 %).
À température ambiante, le néon est un gaz monoatomique (Ne), incolore, inodore et complètement inerte chimiquement. Sa configuration électronique complète (couche externe saturée avec huit électrons) lui confère une stabilité exceptionnelle. Le néon est le deuxième gaz noble le plus léger après l'hélium et possède le plus petit intervalle de température entre son point de fusion et son point d'ébullition de tous les éléments (seulement 2,6 K). Le gaz Ne a une densité d'environ 0.900 g/L à température et pression standard.
La température à laquelle les états liquide et solide peuvent coexister (point de fusion) : 24,56 K (−248,59 °C). La température à partir de laquelle il passe de l'état liquide à l'état gazeux (point d'ébullition) : 27,104 K (−246,046 °C). Le néon liquide est utilisé comme réfrigérant cryogénique dans certaines applications spécialisées, bien que moins courant que l'azote ou l'hélium liquides.
| Isotope / Notation | Protons (Z) | Neutrons (N) | Masse atomique (u) | Abondance naturelle | Demi-vie / Stabilité | Décroissance / Remarques |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Néon-18 — \(\,^{18}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 8 | 18.005708 u | Non naturel | 1.672 s | Radioactif β\(^+\) donnant \(\,^{18}\mathrm{F}\) ; produit artificiellement dans les accélérateurs. |
| Néon-19 — \(\,^{19}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 9 | 19.001880 u | Non naturel | 17.22 s | Radioactif β\(^+\) ; utilisé en recherche nucléaire. |
| Néon-20 — \(\,^{20}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 10 | 19.992440 u | ≈ 90.48 % | Stable | Isotope ultra-majoritaire ; produit par fusion du carbone et de l'oxygène dans les étoiles massives. |
| Néon-21 — \(\,^{21}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 11 | 20.993847 u | ≈ 0.27 % | Stable | Isotope rare ; utilisé comme traceur en géochimie et cosmochimie. |
| Néon-22 — \(\,^{22}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 12 | 21.991385 u | ≈ 9.25 % | Stable | Produit dans les étoiles massives ; son rapport avec Ne-20 révèle l'histoire de la nucléosynthèse. |
| Néon-23 — \(\,^{23}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 13 | 22.994467 u | Non naturel | 37.24 s | Radioactif β\(^-\) donnant \(\,^{23}\mathrm{Na}\) ; demi-vie relativement longue pour un isotope radioactif léger. |
| Néon-24 — \(\,^{24}\mathrm{Ne}\,\) | 10 | 14 | 23.993610 u | Non naturel | 3.38 minutes | Radioactif β\(^-\) ; produit dans les réacteurs nucléaires et accélérateurs. |
| Autres isotopes — \(\,^{16}\mathrm{Ne},\,^{17}\mathrm{Ne},\,^{25}\mathrm{Ne}-\,^{34}\mathrm{Ne}\) | 10 | 6-7, 15-24 | — (résonances) | Non naturels | \(10^{-21}\) — 0.602 s | États très instables observés en physique nucléaire ; certains ont des structures de halo de neutrons. |
N.B. :
Les couches électroniques : Comment les électrons s'organisent autour du noyau.
Le néon possède 10 électrons répartis sur deux couches électroniques. Sa configuration électronique complète est : 1s² 2s² 2p⁶, ou de manière simplifiée : [He] 2s² 2p⁶. Cette configuration peut aussi s'écrire : K(2) L(8).
Couche K (n=1) : contient 2 électrons dans la sous-couche 1s. Cette couche interne est complète et très stable.
Couche L (n=2) : contient 8 électrons répartis en 2s² 2p⁶. Les orbitales 2s et 2p sont complètement remplies, conférant une stabilité maximale. Cette configuration à 8 électrons sur la couche externe est appelée octet et représente un état énergétique optimal.
Le néon possède 8 électrons sur sa couche externe (2s² 2p⁶), formant une configuration électronique saturée. Cette configuration explique ses propriétés chimiques exceptionnelles :
Le néon ne perd ni ne gagne d'électrons dans des conditions normales, ce qui explique l'absence totale d'états d'oxydation stables.
La couche de valence complète confère au néon une inertie chimique absolue, d'où son classement parmi les gaz nobles (ou gaz rares).
Aucun composé chimique stable du néon n'a jamais été synthétisé, même dans des conditions extrêmes de laboratoire. Le néon est le gaz noble le plus inerte après l'hélium.
La configuration électronique du néon, avec sa couche externe complète à 8 électrons, en fait le gaz noble de référence pour la deuxième période du tableau périodique. Cette structure lui confère des propriétés caractéristiques : stabilité chimique absolue (le néon est totalement inerte et ne forme aucun composé), énergie d'ionisation extrêmement élevée (il est pratiquement impossible d'arracher un électron), et absence totale de réactivité dans toutes les conditions connues. Le néon représente l'état énergétique le plus stable pour 10 électrons, ce qui explique pourquoi de nombreux éléments voisins (sodium, fluor, oxygène, magnésium) tendent à adopter cette configuration [Ne] en gagnant ou perdant des électrons. La configuration du néon définit la règle de l'octet en chimie : les atomes tendent à acquérir 8 électrons sur leur couche externe pour atteindre une stabilité maximale. Le néon est principalement utilisé pour ses propriétés physiques plutôt que chimiques : il produit une lumière rouge-orangée caractéristique lorsqu'il est excité électriquement, d'où son utilisation emblématique dans les enseignes lumineuses et les tubes fluorescents. Il sert également de gaz réfrigérant dans certaines applications cryogéniques et comme atmosphère inerte dans des procédés industriels spécialisés.
Le néon, comme tous les gaz nobles, possède une couche électronique externe complète avec huit électrons (configuration en octet), ce qui lui confère une stabilité chimique exceptionnelle. Cette configuration fait du néon l'un des éléments les plus inertes chimiquement : il ne forme pratiquement aucune liaison chimique stable dans des conditions normales ou même extrêmes.
Contrairement aux gaz nobles plus lourds (krypton, xénon, radon) qui peuvent former quelques composés chimiques dans des conditions très spécifiques, aucun véritable composé chimique stable du néon n'a jamais été synthétisé ou observé dans la nature. Même les tentatives les plus sophistiquées avec les agents oxydants les plus puissants (comme le fluor) ou sous haute pression n'ont pas réussi à forcer le néon à former des liaisons chimiques véritables.
Le néon peut former des composés d'inclusion (clathrates) où les atomes de néon sont physiquement piégés dans une cage moléculaire formée par d'autres molécules (comme la glace), mais sans formation de liaisons chimiques proprement dites. Des ions moléculaires éphémères contenant du néon (comme NeH⁺, NeAr⁺) ont été détectés en spectrométrie de masse, mais ces espèces sont extrêmement instables et n'existent que dans des conditions de haute énergie.
Cette inertie chimique totale fait du néon un gaz idéal pour créer des atmosphères protectrices où aucune réaction chimique n'est désirée. Le néon est également non toxique, non inflammable et ne présente aucun danger chimique ou environnemental, bien qu'il puisse provoquer l'asphyxie par déplacement de l'oxygène dans des espaces confinés.
Le néon est le cinquième élément le plus abondant dans l'univers (après l'hydrogène, l'hélium, l'oxygène et le carbone), mais sa détection et son étude dans l'espace présentent des défis particuliers. Le néon représente environ 0,13 % de la masse baryonique de l'univers.
Le néon est produit principalement par nucléosynthèse stellaire dans les étoiles massives. Le néon-20, l'isotope ultra-majoritaire, est formé par deux processus principaux : la fusion de deux noyaux de carbone-12 (C + C → Ne-20 + He-4) et la capture d'une particule alpha par l'oxygène-16 (O-16 + He-4 → Ne-20). Ces réactions se produisent à des températures d'environ 600 millions de kelvins dans les cœurs des étoiles massives en fin de vie.
Dans les étoiles très massives (supérieures à 8 masses solaires), le néon peut lui-même servir de combustible nucléaire lors de la combustion du néon à des températures dépassant 1,2 milliard de kelvins. Cette phase produit de l'oxygène et du magnésium et ne dure que quelques années, voire quelques jours pour les étoiles les plus massives. Le néon est ensuite dispersé dans le milieu interstellaire lors de l'explosion en supernova, enrichissant la matière qui formera les futures générations d'étoiles et de planètes.
Le « problème du néon manquant » a longtemps intrigué les astrophysiciens. Dans le milieu interstellaire et les atmosphères stellaires, l'abondance observée du néon est souvent inférieure aux prédictions théoriques. Contrairement aux autres éléments, le néon ne forme pas facilement de composés moléculaires détectables, et ses raies spectrales atomiques sont difficiles à observer car elles se situent dans l'ultraviolet lointain, absorbé par l'atmosphère terrestre. De plus, une partie significative du néon peut être piégée dans des grains de poussière interstellaire, le rendant invisible aux observations spectroscopiques conventionnelles.
Les missions spatiales équipées de spectromètres UV (comme le télescope spatial Hubble, FUSE, et les observatoires X) ont permis de mieux caractériser l'abondance du néon dans divers environnements cosmiques : régions HII, nébuleuses planétaires, restes de supernovae, et le milieu interstellaire diffus.
Le rapport isotopique ²⁰Ne/²²Ne varie selon les sources astrophysiques et fournit des informations précieuses sur les processus de nucléosynthèse. Les étoiles massives produisent du néon-22 par capture de neutrons sur le néon-20 et le magnésium-25, modifiant ainsi le rapport isotopique. L'étude de ces rapports dans les météorites, les grains présolaires et le vent solaire révèle l'histoire complexe du mélange de matière provenant de différentes générations stellaires avant la formation du système solaire.
Dans le vent solaire, le néon présente un rapport ²⁰Ne/²²Ne d'environ 13,8, différent de celui trouvé dans l'atmosphère terrestre ou dans les météorites primitives. Ces variations témoignent des processus de fractionnement isotopique qui se sont produits lors de la formation du Soleil et du système solaire.
Le néon joue également un rôle dans la cosmochimie. Les trois composants du néon (Ne-A, Ne-B, Ne-C) identifiés dans les météorites primitives ont des origines différentes : solaire, cosmogénique (produit par rayons cosmiques), et nucléosynthétique. L'analyse de ces composants permet de retracer l'histoire du matériau primitif du système solaire et les processus d'irradiation qu'il a subis.
N.B. :
L'enseigne au néon, invention de Georges Claude en 1910, a profondément transformé le paysage urbain du 20ᵉ siècle. Bien que communément appelées « néons », la plupart des enseignes lumineuses modernes utilisent en réalité divers gaz et revêtements fluorescents pour produire différentes couleurs : le néon pur produit du rouge-orange ; l'argon avec du mercure donne du bleu ; l'hélium produit du jaune-rose ; le krypton donne du blanc-violet. Les tubes peuvent également être revêtus de phosphores qui convertissent la lumière UV en couleurs visibles variées. Ces enseignes sont devenues des icônes culturelles, symbolisant les métropoles modernes de Times Square à Las Vegas, de Tokyo à Hong Kong. L'art du néon a également évolué pour devenir une forme d'art contemporain reconnue, avec des artistes créant des installations lumineuses spectaculaires dans les musées et galeries du monde entier. Malgré la concurrence des LED modernes (plus économiques en énergie), les véritables tubes au néon conservent une qualité lumineuse unique et une nostalgie culturelle qui assurent leur pérennité, au moins comme forme d'art et d'expression créative.
