אילו כוחות בין-מולקולריים יכול להיות אטום ניאון?

כוחות בין מולקולריים הם אטרקציות בין אטומים או מולקולות. חוזק האטרקציות הללו קובע את התכונות הפיזיקליות של החומר בטמפרטורה נתונה. ככל שהכוחות הבין מולקולריים חזקים יותר, כך החלקיקים יחזיקו חזק יותר, ולכן חומרים בעלי כוחות בין מולקולריים חזקים נוטים לטמפרטורות התכה ורתיחה גבוהות יותר. ניאון הוא גז בטמפרטורת החדר וטמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה מאוד של -246 מעלות צלזיוס - 27 קלווין בלבד.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של כוח בין-מולקולרי הקיימים בין ישויות בכימיקלים שונים. הסוג החזק ביותר של כוח בין-מולקולרי הוא קשר המימן. כימיקלים המציגים קשירת מימן נוטים לנקודות התכה ורתיחה גבוהות בהרבה מכימיקלים דומים שאינם לוקחים קשר עם מימן. אטרקציות דיפול-דיפול חלשות יותר מקשרי מימן, אך חזקות יותר מהסוג השלישי של כוח בין-מולקולרי: כוחות פיזור.

קשרי מימן מתרחשים כאשר אטום מימן הנקשר קוולנטית לאטום אלקטרוני שלילי, כגון חמצן, חנקן או פלואור, מתקשר עם אטום אלקטרוני שלילי אחר על מולקולה שכנה. חוזק קשרי המימן גבוה, בסביבות 10% מעוצמת הקשר הקוולנטי הרגיל. עם זאת, ניאון הוא יסוד ואינו מכיל שום אטומי מימן, ולכן קשירת מימן לא יכולה להתרחש בניאון.

אטרקציות דיפול-דיפול מתרחשות במולקולות המציגות דיפולות קבועות. דיפול קבוע נוצר כאשר האלקטרונים במולקולה מופצים בצורה לא אחידה כך שחלק אחד של למולקולה יש מטען שלילי חלקי קבוע, ולחלק אחר יש חיובי חלקי קבוע לחייב. לחומרים שבהם לחלקיקים יש דיפולות קבועות יש כוחות בין-מולקולריים מעט גבוהים יותר מחומרים בלי. חלקיקי ניאון הם אטומים בודדים, ולכן אין להם דיפול קבוע; לכן סוג זה של כוח בין-מולקולרי אינו קיים בניאון.

כל החומרים כולל ניאון מפגינים כוחות פיזור. הם הסוג החלש ביותר של כוח בין-מולקולרי מכיוון שהם רק חולפים, אך למרות זאת ההשפעה הכוללת שלהם מספיקה כדי ליצור משיכה משמעותית בין חלקיקים. כוחות פיזור מתרחשים עקב תנועה אקראית של אלקטרונים בתוך האטום. בכל עת, סביר להניח שיהיו יותר אלקטרונים בצד אחד של האטום מהצד השני, מה שמכונה דיפול זמני. כאשר אטום חווה דיפול זמני, הוא יכול להשפיע על האטומים השכנים. לדוגמא, אם הצד השלילי יותר של האטום היה קרוב לאטום שני, הוא היה דוחה את האלקטרונים, וגורם לדיפול זמני נוסף באטום הסמוך. שני האטומים יחוו אז משיכה אלקטרוסטטית חולפת.

כוחם של כוחות הפיזור תלוי במספר האלקטרונים בחלקיק, שכן אם יש יותר אלקטרונים, יש סיכוי שדיפול זמני זמני יהיה הרבה יותר משמעותי. ניאון הוא אטום קטן יחסית עם 10 אלקטרונים בלבד, ולכן כוחות הפיזור שלו חלשים בלבד. עם זאת, מספיקים כוחות הפיזור של הניאון בכדי להקל על טמפרטורת רתיחה הגבוהה ב 23 מעלות מהליום, שיש בו רק שני אלקטרונים. לפיכך נדרשת אנרגיה משמעותית רבה יותר כדי להתגבר על כוחות הפיזור במידה מספקת בכדי לאפשר לאטומים להיפרד ולהפוך לגזיים.