Криптон - Krypton

Криптона,  36 Кр
Криптоновая газоразрядная трубка.jpg
Газоразрядная трубка, заполненная криптоном, светится белым
Криптон
Произношение / К г ɪ р т ɒ п / ( KRIPT -он )
Появление бесцветный газ, светящийся беловатым светом в электрическом поле
Стандартный атомный вес A r, std (Kr) 83,798 (2)
Криптон в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Беркелиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
Ar

Kr

Xe
бромкриптонрубидий
Атомный номер ( Z ) 36
Группа группа 18 (благородные газы)
Период период 4
Блокировать   p-блок
Электронная конфигурация [ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 6
Электронов на оболочку 2, 8, 18, 8
Физические свойства
Фаза на  СТП газ
Температура плавления 115,78  К (-157,37 ° С, -251,27 ° F)
Точка кипения 119,93 К (-153,415 ° С, -244,147 ° F)
Плотность (при СТП) 3,749 г / л
в жидком состоянии (при  bp ) 2,413 г / см 3
Тройная точка 115,775 К, 73,53 кПа
Критическая точка 209,48 К, 5,525 МПа
Теплота плавления 1,64  кДж / моль
Теплота испарения 9,08 кДж / моль
Молярная теплоемкость 20,95 Дж / (моль · К)
Давление газа
P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс.
при  T  (K) 59 65 74 84 99 120
Атомные свойства
Состояния окисления 0 , +1, +2 (редко больше 0; оксид неизвестен)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 3,00
Энергии ионизации
Ковалентный радиус 116 ± 16  часов
Радиус Ван-дер-Ваальса 202 вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии криптона
Прочие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура гранецентрированная кубическая (ГЦК)
Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура криптона
Скорость звука (газ, 20 ° C) 221 м · с −1
(жидкость) 1120 м / с
Теплопроводность 9,43 × 10 −3   Вт / (м⋅K)
Магнитный заказ диамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость -28,8 × 10 -6  см 3 / моль (298 К)
Количество CAS 7439-90-9
История
Открытие и первая изоляция Уильям Рамзи и Моррис Трэверс (1898)
Основные изотопы криптона
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Продукт
78 кр 0,36% 9,2 × 10 21  г εε 78 Se
79 Кр син 35 часов ε 79 руб.
β + 79 руб.
γ -
80 кр 2,29% стабильный
81 кр след 2,3 × 10 5  лет ε 81 руб.
γ -
82 кр 11,59% стабильный
83 кр 11,50% стабильный
84 кр 56,99% стабильный
85 кр син 11 лет β - 85 руб.
86 кр 17,28% стабильный
Категория Категория: Криптон
| использованная литература

Криптон (от древнегреческого : κρυπτός , латинизированныйkryptos «скрытый») представляет собой химический элемент с символом  Kr и атомным номером  36. Это бесцветный благородный газ без запаха и вкуса, который присутствует в следовых количествах в атмосфере и является часто используется с другими инертными газами в люминесцентных лампах . За редким исключением криптон химически инертен .

Криптон, как и другие благородные газы, используется в освещении и фотографии . Криптоновый свет имеет много спектральных линий , и криптоновая плазма используется в ярких, мощных газовых лазерах (криптоновые ионные и эксимерные лазеры), каждый из которых резонирует и усиливает одну спектральную линию. Фторид криптона также является полезной лазерной средой . С 1960 по 1983 год официальная длина метра определялась 606-нанометровой длиной волны оранжевой спектральной линии криптона-86 из-за высокой мощности и относительной простоты эксплуатации разрядных трубок криптона .

История

Сэр Уильям Рамзи , первооткрыватель криптона

Криптон был открыт в Великобритании в 1898 году шотландским химиком Уильямом Рамзи и английским химиком Моррисом Траверсом в остатках от испарения почти всех компонентов жидкого воздуха . Неон был обнаружен аналогичным способом теми же работниками всего несколько недель спустя. Уильям Рамзи был удостоен Нобелевской премии по химии 1904 года за открытие ряда благородных газов , включая криптон.

В 1960 году Международное бюро мер и весов определило измеритель как 1 650 763,73 длины волны света, излучаемого изотопом криптон-86 . Это соглашение заменило международный прототип счетчика 1889 года , который представлял собой металлический стержень, расположенный в Севре . Это также устарело определение Ангстрема 1927 года, основанное на красной спектральной линии кадмия , заменив его на 1 Å = 10 −10  м. Определение криптона-86 просуществовало до октябрьской конференции 1983 года, на которой метр был определен как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 с.

Характеристики

Криптон характеризуется несколькими резкими эмиссионными линиями ( спектральными сигнатурами ), наиболее сильными из которых являются зеленый и желтый. Криптон - один из продуктов деления урана . Твердый криптон имеет белый цвет и имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру , которая является общим свойством всех благородных газов (кроме гелия , который имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру).

Изотопы

Криптон, встречающийся в природе в атмосфере Земли, состоит из пяти стабильных изотопов и одного изотопа ( 78 Kr) с таким длительным периодом полураспада (9,2 × 10 21  лет), что его можно считать стабильным. (Этот изотоп имеет второй по величине период полураспада среди всех изотопов, для которых наблюдался распад; он подвергается двойному захвату электронов до 78 Se ). Кроме того, известно около тридцати нестабильных изотопов и изомеров . Следы 81 Kr, космогенного нуклида, образующегося при облучении 80 Kr космическими лучами , также встречаются в природе: этот изотоп является радиоактивным с периодом полураспада 230 000 лет. Криптон очень летуч и не остается в растворе в приповерхностных водах, но 81 Kr был использован для датировки старых (50 000–800 000 лет) подземных вод .

85 Kr представляет собой инертный радиоактивный благородный газ с периодом полураспада 10,76 года. Он производится путем деления из урана и плутония , например, в атомной бомбы испытаний и ядерных реакторов . 85 Kr выделяется при переработке твэлов ядерных реакторов. Концентрации на Северном полюсе на 30% выше, чем на Южном полюсе из-за конвективного перемешивания.

Химия

Kr (H 2 ) 4 и твердые частицы H 2, образованные в ячейке с алмазной наковальней .
Структура Kr (H 2 ) 4 . Криптоновые октаэдры (зеленые) окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода.

Как и другие благородные газы, криптон химически неактивен. Довольно ограниченный химический состав криптона в степени окисления +2 аналогичен химическому составу соседнего элемента брома в степени окисления +1; из-за сжатия скандида трудно окислить элементы 4p до их групповых степеней окисления. До 60-х годов прошлого века соединения благородных газов не синтезировались.

Однако после первого успешного синтеза соединений ксенона в 1962 году синтез дифторида криптона ( KrF
2
) был зарегистрирован в 1963 году. В том же году KrF
4
сообщили Grosse, et al. , но впоследствии было показано, что это ошибочная идентификация. В экстремальных условиях криптон реагирует с фтором с образованием KrF 2 в соответствии со следующим уравнением:

Kr + F 2 → KrF 2

Газ криптон в лазере на фториде криптона поглощает энергию из источника, заставляя криптон реагировать с газообразным фтором, образуя эксиплекс фторид криптона, временный комплекс в возбужденном энергетическом состоянии:

2 Kr + F
2
→ 2 KrF

Комплекс может подвергаться спонтанному или стимулированному излучению, понижая свое энергетическое состояние до метастабильного, но сильно отталкивающего основного состояния . Комплекс в основном состоянии быстро диссоциирует на несвязанные атомы:

2 KrF → 2 Kr + F
2

В результате получается эксиплексный лазер, который излучает энергию с длиной волны 248 нм, близкую к ультрафиолетовой части спектра , что соответствует разнице энергий между основным состоянием и возбужденным состоянием комплекса.

Также были обнаружены соединения с криптоном, связанным с атомами, отличными от фтора . Есть также непроверенные сообщения о бариевой соли оксикислоты криптона . Многоатомные ионы Ar Kr + и Kr H + были исследованы, и есть доказательства для Kr Xe или KrXe + .

Реакция KrF
2
с B (OTeF
5
)
3
образует нестабильное соединение Kr (OTeF
5
)
2
, содержащий криптон- кислородную связь. Связь криптон- азот обнаружена в катионе [HC≡N – Kr – F]+
, образующийся при реакции KrF
2
с [HC≡NH]+
[AsF-
6
] ниже -50 ° C. HKrCN и HKrC≡CH (криптон-гидрид цианида и hydrokryptoacetylene) , как сообщалось, стабильны до 40 К .

Кристаллы гидрида криптона (Kr (H 2 ) 4 ) можно выращивать при давлениях выше 5 ГПа. Они имеют гранецентрированную кубическую структуру, в которой октаэдры криптона окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода.

Естественное явление

Земля сохранила все благородные газы, которые присутствовали при ее образовании, кроме гелия . Концентрация криптона в атмосфере составляет около 1 промилле . Его можно извлечь из жидкого воздуха путем фракционной перегонки . Количество криптона в космосе неизвестно, потому что измерения производятся на основе метеорной активности и солнечного ветра. Первые измерения предполагают обилие криптона в космосе.

Приложения

Криптоновая газоразрядная трубка

Множественные эмиссионные линии криптона делают разряды ионизированного газа криптона беловатыми, что, в свою очередь, делает лампочки на основе криптона полезными в фотографии в качестве источника белого света. Криптон используется в некоторых фотографических вспышках для высокоскоростной фотографии . Криптон также соединяется с ртутью, образуя светящиеся знаки, которые светятся ярким зеленовато-голубым светом.

Криптон смешивается с аргоном в энергоэффективных люминесцентных лампах, что снижает энергопотребление, но также снижает светоотдачу и увеличивает стоимость. Криптон стоит примерно в 100 раз дороже аргона. Криптон (наряду с ксеноном) также используется для заполнения ламп накаливания, чтобы уменьшить испарение нити накала и обеспечить более высокие рабочие температуры . В результате получается более яркий свет с более синим цветом, чем у обычных ламп накаливания.

Белый разряд криптона иногда используется как художественный эффект в газоразрядных «неоновых» трубках. Криптон излучает гораздо более высокую световую мощность, чем неон в области красной спектральной линии, и по этой причине красные лазеры для мощных лазерных световых шоу часто представляют собой криптоновые лазеры с зеркалами, которые выбирают красную спектральную линию для усиления и излучения лазера, а не более знакомая гелий-неоновая разновидность, которая не могла достичь такой же мощности в несколько ватт.

Лазер фтористого криптона играет важная роль в энергетических исследованиях ядерного синтеза в ловушках экспериментов. Лазера имеет высокую однородность пучка, короткую длину волну , а размер пятна можно варьировать , чтобы отслеживать осадок взрывается.

В экспериментальной физике элементарных частиц жидкий криптон используется для создания квазиоднородных электромагнитных калориметров . Ярким примером является калориметр эксперимента NA48 в ЦЕРНе, содержащий около 27 тонн жидкого криптона. Такое использование редко, поскольку жидкий аргон дешевле. Преимущество криптона - меньший радиус Мольера, равный 4,7 см, что обеспечивает отличное пространственное разрешение с небольшим перекрытием. Другими параметрами, важными для калориметрии, являются: радиационная длина X 0 = 4,7 см и плотность 2,4 г / см 3 .

Герметичные узлы искрового разрядника в возбудителях зажигания в некоторых старых реактивных двигателях содержат небольшое количество криптона-85 для обеспечения постоянных уровней ионизации и равномерной работы.

Криптон-83 применяется в магнитно-резонансной томографии (МРТ) для визуализации дыхательных путей. В частности, это позволяет рентгенологу различать гидрофобные и гидрофильные поверхности, содержащие дыхательные пути.

Хотя ксенон может использоваться в компьютерной томографии (КТ) для оценки регионарной вентиляции, его анестезирующие свойства ограничивают его долю в дыхательном газе до 35%. Дыхательная смесь, состоящая из 30% ксенона и 30% криптона, сравнима по эффективности для КТ с фракцией 40% ксенона, при этом избегая нежелательных эффектов высокого парциального давления газообразного ксенона.

Метастабильное изотопа криптона-81m используется в ядерной медицине для легкого вентиляции / перфузии сканирует , где он вдыхается визуализировали с помощью гамма - камеры .

Криптон-85 в атмосфере использовался для обнаружения подпольных предприятий по переработке ядерного топлива в Северной Корее и Пакистане . Эти объекты были обнаружены в начале 2000-х годов и, как предполагалось, производили оружейный плутоний.

Криптон иногда используется в качестве изоляционного газа между оконными стеклами.

SpaceX Starlink использует криптон в качестве топлива для своей электрической двигательной установки .

Меры предосторожности

Криптон считается нетоксичным удушающим веществом . Криптон обладает наркотической активностью в семь раз больше, чем воздух, и вдыхание атмосферы, состоящей на 50% из криптона и на 50% из природного воздуха (как это может случиться в месте утечки), вызывает у людей наркоз, аналогичный дыханию воздуха при давлении, в четыре раза превышающем атмосферное. Это сравнимо с подводным плаванием с аквалангом на глубине 30 м (100 футов) (см. Азотный наркоз ) и может повлиять на любого, кто дышит им. В то же время эта смесь будет содержать только 10% кислорода (вместо обычных 20%), и гипоксия будет более серьезной проблемой.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки