Edição das 17h15min de 3 de junho de 2014

Tubos de Néon

Os chamados tubos de Neon são muito usados na publicidade: iluminação de anúncios comerciais, em letreiros luminosos com o intuito de chamar a atenção do público.

Os tubos de neon requerem um trabalho delicado por parte de um vidraceiro, dando-se a forma desejada aos tubos de vidro. Eles são feitos a partir de hastes vazias de vidro de 4 a 5 metros e diâmetro de 8 a 15 milímetros, onde são manualmente montadas de acordo com cada projeto.
Existem dezenas de cores disponíveis, definidas a partir do tipo de vidro do tubo e da composição do gás levado a preenchê-lo.
O interior dos tubos deve ser recoberto por uma fina camada de pó fosforescente, disposta na parede interna do tubo com material colante.

Características do Elemento

Néon vem do grego "neos", que significa "novo". É um elemento químico pertencente ao grupo dos gases nobres, sendo o segundo mais leve, com numero atômico 10, símbolo químico Ne, gasoso e inodoro.
É considerado raro, presente na atmosfera na extensão de 1 parte em 65.000 de ar, mas abundante no universo.

Sua obtenção é através da liquefação do ar, ou seja, o ar é resfriado até que ele se torne líquido. Logo em seguida, essa mistura é aquecida e, por destilação fracionada, o neon é separado dos demais gases.
Além dos tubos, o néon também pode ser encontrado em lasers, dispositivos de detecção de radiação, lâmpadas de aviso de equipamentos eletrônicos, lâmpadas estroboscópicas, e em enchimento de controladores de Geiger-Muller, e em indicadores de alta voltagem.

Uma visão da estrutura química

O neônio é um dos gases nobres existentes, sendo assim sua configuração eletrônica lhe garante certa estabilidade, inibindo qualquer tipo de ligação química com outros elementos em condições normais de temperatura e pressão (CNTP), por isso, ele é encontrado em sua forma monoatômica.

Funcionamento

A ideia por trás dos tubos de néon é simples. Dentro do tubo de vidro, há um gás a uma pressão muito baixa. Nas duas pontas do tubo há eletrodos de metal.
Quando você aplica alta tensão nos eletrodos, o gás neônio se ioniza e os elétrons passam através do gás.

Esses elétrons excitam os átomos do gás neônio e fazem com que eles emitam a luz que podemos ver. O neônio emite luz vermelha quando energizado dessa forma.
Um fato interessante é que, apesar de receber o nome de “tubo de néon”, não é apenas o gás neônio que é utilizado nesse mecanismo.
Outros gases como argônio e criptônio também são usados e conferem cores diferentes aos tubos.

Fenômeno provocado

O fenômeno físico-químico por trás dos tubos de néon é a “Fotoluminescência”, que é a emissão de radiação eletromagnética (fótons) de um material, após este ter sido submetido a uma excitação luminosa.
A frequência do fóton emitido pela amostra está intimamente relacionada com o material que a compõe, pois é resultante de uma transição eletrônica.

Quando há a diferença de potencial entre as extremidades do tubo, fazendo com que o gás se torne um condutor, permitindo à passagem de elétrons. Isso faz com que os elétrons do gás contido no tubo ganhem energia e ocupem níveis de energia elevados, acima das condições de equilíbrio.
Como os elétrons excitados estão em uma posição instável, eles podem fazer uma transição para um nível de energia mais baixa a fim de alcançarem o equilíbrio. Desta forma, toda ou parte da diferença de energia entre os níveis pode ser eliminada na forma de radiação eletromagnética. O fenômeno de emissão envolve transições entre estados eletrônicos que são característicos de cada material radiante e é independente da excitação.

A radiação liberada é vista por nós através dos espectros da luz visível. As cores diferentes para cada gás estão relacionadas com a frequência dessa radiação, permitindo a existência de diferentes tubos de néon.

Experiência prática

O vídeo a seguir faz referência ao experimento de Frank Hertz, ganhador do prêmio Nobel. Entretanto, a experiência mostrada pode ser associada aos tudos de néon.

O que é interessante descatar do experimento é a relação entre emissão de luz e tensão aplicada sobre o néon. A tensão liberada pela fonte vai sendo aumentada gradativamente até o ponto em que consegue ionizar o gás dentro do tubo e ele emite uma luz característica.

Há outros aspetos destacados nesse vídeo, mas que não são de interesse nesse momento.

https://www.youtube.com/watch?v=0Vx0tKmaZ1k

Curiosidades

O vídeo a seguir mostra como os tubos de néon são feitos e exemplifica seu funcionamento.

https://www.youtube.com/watch?v=GeDVC4dHtXE

Questões

1) Há uma variação no gás utilizado dentro dos tubos dependendo da cor que se deseja e, por sua vez, a cor varia de acordo com cada elemento. Por que existe essa variação de cor?

Resposta: Essa variação existe porque cada material possui uma natureza elétrica diferente. Cada elemento possui quantidades diferentes de energia para que possa mover um elétron de uma camada para outra. Quando o elétron retorna para sua posição inicial, essa energia é liberada, mas com diferentes frequências. As frequências, por sua vez, dependem da quantidade de energia fornecida, pois quanto mais energia maior será a frequência e, havendo diferenças nas frequências, há diferença no espectro de luz visível emitido.

2) Por que a tensão aplicada nos tubos de néon necessita ser tão alta?

Tubo de néon: mudanças entre as edições