KRYPTON: HISTORIA, OMINAISUUDET, RAKENNE, SAAMINEN, RISKIT, KÄYTÖT - KEMIA - 2026

Krypton on jalokaasu, jota edustaa symboli Kr ja sijaitsee ryhmän 18 alkuainetta. Se on kaasu, joka seuraa argonia, ja sen määrä on niin pieni, että sitä pidettiin piilossa; josta sen nimi tulee. Sitä ei löydy melkein mineraalikivistä, vaan luonnonkaasujen massasta, ja se on tuskin liuennut meriin ja valtameriin.

Pelkkä hänen nimensä herättää kuvan Supermanista, hänen planeetastaan ​​Kryptonista ja kuuluisasta kryptoniitista, kivistä, joka heikentää supersankaria ja riistää häneltä supervoimat. Voit myös ajatella kryptovaluuttoja tai salausta, kun kuulet siitä, samoin kuin muita termejä, jotka ovat oleellisesti kaukana tästä kaasusta.

Injektiopullo kryptonilla, joka on innostunut sähköpurkauksesta ja hehkuva valkoisella valolla. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä

Tämä jalokaasu on kuitenkin vähemmän ekstravagantti ja "piilotettu" verrattuna edellä mainittuihin lukuihin; vaikka sen reaktiivisuuden puute ei poista kaikkea mahdollista kiinnostusta, joka voi herättää tutkimusta, joka kohdistuu eri aloihin, erityisesti fyysiseen.

Toisin kuin muut jalokaasut, kryptonin emittoima valo, kun se kiihtyy sähkökentässä, on valkoinen (yläkuva). Tämän vuoksi sitä käytetään erilaisiin tarkoituksiin valaistusalalla. Se voi korvata käytännössä minkä tahansa neonvalon ja emittoida omaa, joka erottuu kellanvihreästä.

Sitä esiintyy luonnossa seoksena, joka muodostuu kuudesta stabiilista isotoopista, puhumattakaan joistakin radioisotoopeista, jotka on tarkoitettu ydinlääketieteeseen. Tämän kaasun saamiseksi hengittämämme ilma on nesteytettävä ja sen tuloksena oleva neste suoritetaan jakotislaukselle, jolloin kriptoni puhdistetaan ja erotetaan sen aineosien isotoopeiksi.

Kryptonin ansiosta on ollut mahdollista edetä ydinfuusion tutkimuksissa sekä laserien sovelluksissa kirurgisiin tarkoituksiin.

Historia

- Piilotetun elementin löytäminen

Englantilainen kemisti ja fyysikko Henry Cavendish havaitsi vuonna 1785, että ilma sisälsi pienen osan aineesta, jopa vähemmän aktiivinen kuin typpi.

Vuosisataa myöhemmin englantilainen fyysikko lordi Rayleigh eristi ilmasta kaasun, jonka hän piti puhtaana typpinä; mutta sitten hän huomasi, että se oli raskaampi.

Vuonna 1894 skotlantilainen kemisti Sir William Ramsey työskenteli yhteistyössä eristääkseen tämän kaasun, joka osoittautui uudeksi tekijäksi: argoniksi. Vuotta myöhemmin hän eristi heliumkaasun kuumentamalla mineraalikleviittia.

Sir William Ramsey yhdessä avustajansa, englantilaisen kemian Morris Traversin kanssa löysi kryptonin 30. toukokuuta 1898 Lontoossa.

Ramsey ja Travers uskoivat, että jaksollisessa taulukossa oli tilaa elementin argonin ja heliumin välillä, ja uuden elementin oli täytettävä tämä tila. Ramsey, kuukausi kriptonin löytämisen jälkeen, kesäkuu 1898, löysi neonin; elementti, joka täytti tilan heliumin ja argonin välillä.

Metodologia

Ramsey epäili uuden aikaisemman löytönsä piilossa olevan elementin, argonin, olemassaoloa. Ramsey ja Travers päättivät testata ideaansa päästäkseen ilmasta suuren määrän argonia. Tätä varten heidän piti tuottaa ilman nesteyttäminen.

Sitten ne tislattiin nestemäistä ilmaa sen erottamiseksi fraktioiksi ja tutkittiin kevyemmissä fraktioissa halutun kaasumaisen elementin esiintymiseksi. Mutta he tekivät virheen, ilmeisesti ylikuumensivat nesteytetyn ilman ja haihduttivat paljon näytettä.

Loppujen lopuksi heillä oli vain 100 ml näytettä ja Ramsey oli vakuuttunut siitä, että argonia kevyemmän elementin esiintyminen siinä tilavuudessa oli epätodennäköistä; mutta hän päätti tutkia mahdollisuutta argonia raskaampaan alkuaineeseen jäännösnäytteen määrässä.

Ajattelunsa jälkeen hän poisti happea ja typpeä kaasusta punakuumalla kuparilla ja magnesiumilla. Sitten hän asetti näytteen jäljelle jäävästä kaasusta tyhjiöputkeen, kohdistaen siihen korkea jännite kaasun spektrin saamiseksi.

Odotetusti argonia oli läsnä, mutta he huomasivat kahden uuden kirkkaan viivan esiintymisen spektrissä; yksi keltainen ja toinen vihreä, joita kumpaakin ei ollut koskaan havaittu.

- nimen syntyminen

Ramsey ja Travers laskivat vakiopaineessa olevan kaasun ominaislämmön ja vakiotilavuudessa olevan ominaislämmön välisen suhteen, löytäen tälle suhteelle arvon 1,66. Tämä arvo vastasi yksittäisten atomien muodostamaa kaasua osoittaen, että se ei ollut yhdiste.

Siksi he olivat uuden kaasun läsnä ollessa ja kryptoni oli löydetty. Ramsey päätti kutsua sitä Kryptoniksi, sana, joka on johdettu kreikan sanasta "krypto", joka tarkoittaa "piilotettua". William Ramsey sai Nobelin kemian palkinnon vuonna 1904 näiden jalokaasujen löytämisestä.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Ulkomuoto

Se on väritön kaasu, jolla on hehkuva valkoinen väri sähkökentässä.

Vakio atomipaino

83 798 u

Atominumero (Z)

36

Sulamispiste

-157,37 ºC

Kiehumispiste

153 415 ° C

Tiheys

Vakio-olosuhteissa: 3,949 g / L

Nestemäiseen tilaan (kiehumispiste): 2,413 g / cm ³

Suhteellinen kaasutiheys

2.9 suhteessa ilmaan, jonka arvo on 1. Toisin sanoen kryptoni on kolme kertaa niin tiheä kuin ilma.

Vesiliukoisuus

59,4 cm ³ /1000 g 20 ° C: ssa

Kolminkertainen piste

115,775 K ja 73,53 kPa

Kriittinen piste

209,48 K ja 5,525 MPa

Fuusion lämpö

1,64 kJ / mol

Höyrystymislämpö

9,08 kJ / mol

Kaloriarvo

20,95 J / (mol K)

Höyrynpaine

84 K lämpötilassa sen paine on 1 kPa.

elektronegatiivisuus

3.0 Paulingin asteikolla

Ionisointienergia

Ensin: 1 350,8 kJ / mol.

Toinen: 2 350,4 kJ / mol.

Kolmas: 3565 kJ / mol.

Äänen nopeus

Kaasu (23 ° C): 220 m / s

Nestemäinen: 1120 m / s

Lämmönjohtokyky

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Tilaus

diamagneettisesta

Hapetusnumero

Koska jalokaasu on Krypton, se ei ole kovin reaktiivinen eikä häviä tai saa elektronia. Jos se onnistuu muodostamaan määritellyn koostumuksen kiinteän aineen, kuten tapahtuu klatraatin Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ tai sen hydridin Kr (H ₂) _{4 kanssa}, sanotaan, että se osallistuu luvulla tai hapetustilalla 0 (Kr ⁰).; ts. sen neutraalit atomit ovat vuorovaikutuksessa molekyylimatriisin kanssa.

Kriptoni voi kuitenkin muodollisesti menettää elektroneja, jos se muodostaa sidoksia kaikkien kaikkein elektroonegatiivisimpien elementtien kanssa: fluori. KrF _{2: ssa} sen hapetusluku on +2, joten oletetaan, että on olemassa kaksiarvoinen kationi Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^-).

reaktiivisuus

Vuonna 1962 raportoitiin kryptonidifluoridin (KrF ₂) synteesi. Tämä yhdiste on erittäin haihtuva, väritön, kiteinen kiinteä aine ja hajoaa hitaasti huoneenlämpötilassa; mutta se on vakaa -30 ºC: ssa. Kryptonfluoridi on voimakas hapettava ja fluoroiva aine.

Krypton reagoi fluoria, kun se yhdistetään sähköpurkausta putkessa -183 ° C: ssa, muodostaen KrF ₂. Reaktio tapahtuu myös, kun kryptonia ja fluoria säteilytetään ultraviolettivalolla -196 ° C: ssa.

KrF ⁺ ja Kr ₂ F ₃ ⁺ ovat yhdisteitä, jotka muodostuvat reaktiolla KrF ₂ vahvat fluoria vastaanottajia. Krypton on osa epävakaaa yhdistettä: K (OTeF ₅) ₂, jolla on sidos kryptonin ja hapen (Kr-O) välillä.

Kryptoni-typpisidos löytyy HCΞN-Kr-F-kationista. Krypton hydridit, KRH ₂, voidaan kasvattaa suuremmissa paineissa kuin 5 GPa.

1900-luvun alussa kaikkia näitä yhdisteitä pidettiin mahdottomina ottaen huomioon tämän jalokaasun suunniteltu nollareaktiivisuus.

Rakenne ja elektroninen kokoonpano

Krypton-atomi

Kryptonilla, jalokaasuna, on koko valenssin oktetttinsa; ts. sen s ja p-orbitaalit ovat täysin täynnä elektroneja, jotka voidaan varmistaa niiden elektronisessa kokoonpanossa:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Se on monatominen kaasu riippumatta (toistaiseksi) siitä toimivista paine- tai lämpötilaolosuhteista. Siksi sen kolme tilaa määritellään sen Kr-atomien interaktiivisilla vuorovaikutuksilla, jotka voidaan kuvitella marmoriksi.

Näitä Kr-atomeja, kuten niiden yhdistäjiä (He, Ne, Ar, jne.), Ei ole helppo polarisoida, koska ne ovat suhteellisen pieniä ja niillä on myös suuri elektronitiheys; ts. näiden marmorien pinta ei ole muodoltaan huomattavasti muodonmuutos, jotta muodostuu hetkellinen dipoli, joka indusoi toisen viereisessä marmorissa.

Vuorovaikutukset

Juuri tästä syystä Kr-atomeja yhdessä pitävät voimat ovat Lontoon sirontavoimat; mutta ne ovat kriptonin tapauksessa erittäin heikkoja, joten sen atomien määrittämiseksi nesteen tai kiteen vaaditaan alhaisia ​​lämpötiloja.

Nämä lämpötilat (vastaavasti kiehumis- ja sulamispisteet) ovat kuitenkin korkeammat kuin argonissa, neonissa ja heliumissa. Tämä johtuu kryptonin suuremmasta atomimassasta, joka vastaa suurempaa atomisädettä ja on siten polarisoituvampaa.

Esimerkiksi kryptonin kiehumispiste on noin -153 ºC, kun taas jalokaasujen argonin (-186 ºC), neonin (-246 ºC) ja heliumin (-269 ºC) kiehumispiste on alhaisempi; ts. sen kaasut tarvitsevat kylmempiä lämpötiloja (lähempänä -273,15 ºC tai 0 K), jotta ne voivat tiivistyä nestemäiseen faasiin.

Täällä näemme, kuinka heidän atomisäteiden koko liittyy suoraan heidän vuorovaikutukseensa. Sama tapahtuu niiden sulamispisteiden kanssa, lämpötilassa, jossa kryptoni kiteytyy lopulta -157 ºC.

Kryptoni-kristalli

Kun lämpötila laskee -157 ° C: seen, Kr-atomit lähestyvät tarpeeksi hitaasti yhdistyäkseen edelleen ja määritelläkseen valkoisen kiteen, jonka kasvopohjainen kuutiorakenne (fcc) on. Siksi on olemassa rakenteellinen järjestys, jota säätelevät sen hajontavoimat.

Vaikka siitä ei ole paljon tietoa, kriptoni-fcc-kide voi käydä läpi kiteisiä muutoksia tiheämpiin vaiheisiin, jos siihen kohdistuu valtavia paineita; kuten kompakti kuusikulmainen (hcp), jossa Kr-atomit on ryhmitelty enemmän.

Myös jättämättä tätä kohtaa syrjään, Kr-atomit voivat olla loukussa jääkoreissa, joita kutsutaan klatraateiksi. Jos lämpötila on riittävän matala, siellä voi olla sekoitettuja krypton-vesikiteitä, Kr-atomien ollessa järjestettyinä ja vesimolekyylien ympäröimä.

Mistä löytää ja saada

ilmapiiri

Krypton on hajaantunut koko ilmakehään, eikä se pääse pakenemaan maapallon gravitaatiokenttää toisin kuin helium. Hengitetyssä ilmassa sen pitoisuus on noin 1 ppm, vaikkakin tämä voi vaihdella kaasumaisten päästöjen mukaan; oli kyse sitten tulivuorenpurkauksista, geysereistä, kuumista lähteistä tai kenties maakaasuvarastoista.

Koska se liukenee veteen heikosti, sen pitoisuus hydrosfäärissä on todennäköisesti vähäinen. Sama tapahtuu mineraalien kanssa; muutama kryptoniatomi voi jäädä loukkuun. Siksi tämän jalokaasun ainoa lähde on ilma.

Nesteyttäminen ja jakotislaus

Sen saamiseksi ilman on läpäistävä nesteytysprosessi, niin että kaikki sen komponenttikaasut tiivistyvät ja muodostavat nesteen. Tätä nestettä kuumennetaan sitten suorittamalla jakotislaus tislaamalla alhaisissa lämpötiloissa.

Kun happi, argon ja typpi on tislattu, kryptoni ja ksenoni jäävät jäljelle jääneeseen nesteeseen, joka adsorboituu aktiivihiilelle tai silikageelille. Tämä neste kuumennetaan -153 ºC: seen kryptonin tislaamiseksi.

Lopuksi kerätty kryptoni puhdistetaan kuljettamalla kuuma metallinen titaani, joka poistaa kaasumaiset epäpuhtaudet.

Jos sen isotooppien erottaminen halutaan, kaasun saadaan nousemaan lasipylvään läpi, jossa se lämpökäsitellään; vaaleammat isotoopit nousevat kohti yläosaa, kun taas raskaammilla isotoopeilla on taipumus pysyä alaosassa. Siten esimerkiksi ⁸⁴ Kr: n ja ⁸⁶ Kr: n isotooppi kerää erikseen alareunassa.

Kryptonia voidaan varastoida Pyrex-lasisipuleissa ympäristön paineessa tai ilmatiiviissä terässäiliöissä. Ennen pakkaamista sille suoritetaan laadunvalvonta spektroskopialla varmistaakseen, että sen spektri on ainutlaatuinen eikä sisällä muiden elementtien rivejä.

Ydintarkastus

Toinen menetelmä kryptonin saamiseksi on uraanin ja plutoniumin ydinfissiossa, josta myös niiden radioaktiivisten isotooppien seos tuotetaan.

isotoopit

Kryptonia esiintyy luonnossa kuutena vakaana isotooppina. Nämä, niiden vastaavilla pitoisuuksilla maan päällä, ovat: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) ja ⁸⁶ Kr (17,28%). ⁷⁸ Kr on radioaktiivinen isotooppi; mutta sen puoliintumisaika (t _1/2) on niin pitkä (9,2 · 10 ²¹ vuotta), että sitä pidetään käytännössä vakaana.

Siksi sen vakioatomimassa (atomipaino) on 83,798 u, lähempänä ⁸⁴ Kr: n isotoopin 84 u: ta.

Radioisotooppi ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵) löytyy myös pieninä määrinä, joka syntyy, kun ⁸⁰ Kr vastaan ​​kosmisia säteitä. Jo mainittujen isotooppien lisäksi on olemassa kaksi synteettistä radioisotooppiä: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 tuntia) ja ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 vuotta); jälkimmäinen on se, mitä tuotetaan uraanin ja plutoniumin ydinfission tuotteena.

riskit

Krypton on myrkytön alkuaine, koska se ei reagoi normaaleissa olosuhteissa, eikä se aiheuta paloriskiä sekoitettuna voimakkaiden hapettimien kanssa. Tämän kaasun vuoto ei aiheuta vaaraa; ellet hengitä suoraan, syrjäyttää happea ja aiheuttaa tukehtumisen.

Kr-atomit saapuvat ja poistuvat kehosta osallistumatta mihinkään metaboliseen reaktioon. Ne voivat kuitenkin syrjäyttää hapen, jonka pitäisi päästä keuhkoihin ja kulkeutua veren läpi, joten henkilö voi kärsiä narkoosista tai hypoksiasta sekä muista tiloista.

Muuten hengitämme jatkuvasti kryptonia joka ilmassa. Nyt sen yhdisteiden suhteen tarina on erilainen. Esimerkiksi, KrF ₂ on tehokas fluorausainetta; ja siksi se “antaa” anioneja F ^- jokaiselle biologisen matriisin molekyylille, jota se kohtaa, mahdollisesti vaarallisena.

Mahdollisesti kryptonklatraatti (jäädytettynä jäähön) ei ole huomattavasti vaarallinen, ellei ole tiettyjä epäpuhtauksia, jotka lisäävät toksisuutta.

Sovellukset

Nopeiden kameroiden välähdykset johtuvat osittain kryptonin heräteestä. Lähde: Mhoistion

Krypton on läsnä monissa sovelluksissa esineiden tai valaistusta varten suunniteltujen laitteiden ympärillä. Esimerkiksi, se on osa "neonvaloja", kellertävän vihreät värit. Kryptonin "lailliset" valot ovat valkoisia, koska niiden emissiospektri kattaa kaikki näkyvän spektrin värit.

Kryptonin valkoista valoa on tosiasiallisesti käytetty valokuviin, koska ne ovat erittäin voimakkaita ja nopeita, ja ne sopivat erinomaisesti nopeiden kameran välähdyksiin tai välittömiin välähdyksiin lentokentän kiitoteillä.

Samoin tämän valkoisen valon säteilevät sähköpurkausputket voidaan peittää värillisillä papereilla, jolloin saadaan aikaan monien värien valot ilman tarvetta kiihtyä muilla kaasuilla.

Sitä lisätään volframihehkulamppuihin niiden käyttöiän pidentämiseksi ja argonloistelampuihin samaan tarkoitukseen vähentäen samalla niiden voimakkuutta ja lisäämällä kustannuksia (koska se on kalliimpaa kuin argon).

Kun krypton muodostaa hehkulamppujen kaasumaisen täytteen, se lisää kirkkauttaan ja tekee siitä sinertävämmän.

laserit

Valoesityksissä havaitut punaiset laserit perustuvat kryptonin spektriviivoihin kuin helium-neon -seokseen.

Toisaalta voimakkaita ultraviolettisäteilylasereita voidaan valmistaa kryptonilla: kryptonifluoridilla (KrF). Tätä laseria käytetään fotolitografiaan, lääketieteellisiin leikkauksiin, tutkimukseen ydinfuusion alalla ja kiinteiden materiaalien ja yhdisteiden mikrotyöstöön (muokkaamalla niiden pintaa laserin vaikutuksesta).

Määritelmä mittari

Vuosien 1960 ja 1983 välillä käytettiin ⁸⁶ Kr- isotoopin punaoranssin spektriviivan aallonpituutta (kerrottuna 1 650 763,73) yhden metrin tarkan pituuden määrittämiseksi.

Ydinaseiden havaitseminen

Koska radioisotooppi ⁸⁵ Kr on yksi ydintoiminnan tuotteista, missä se havaitaan, on merkki ydinaseen räjähdyksestä tai mainitun energian laittomasta tai salaperäisestä toiminnasta.

Lääke

Kryptonia on käytetty lääketieteessä nukutusaineena, röntgenvaimentajana, sydämen epänormaalisuuden ilmaisimena ja silmien verkkokalvon leikkaamiseksi lasereillaan tarkasti ja hallitusti.

Sen radioisotoopeilla on sovelluksia myös ydinlääketieteessä, keuhkojen ilman ja veren virtauksen tutkimiseen ja skannaamiseen sekä potilaan hengitysteiden ydinmagneettisen resonanssikuvan saamiseen.

Viitteet

1. Gary J. Schrobilgen. (28. syyskuuta 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Krypton. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16. heinäkuuta). Kryptonin kemialliset reaktiot. Palautettu sivustolta: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16. marraskuuta 2014). Upea materiaali - Kryptonin kiderakenne. Palautettu osoitteesta: crystallography365.wordpress.com
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Krypton-elementti tosiasiat. Chemicool. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
6. Marques Miguel. (SF). Krypton. Palautettu: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Kuinka tuotteita valmistetaan. Palautettu osoitteesta: madehow.com
8. AZoOptics. (25. huhtikuuta 2014). Krypton Fluoride Excimer Laser - Ominaisuudet ja sovellukset. Palautettu osoitteesta: azooptics.com