KRYPTON: ZGODOVINA, LASTNOSTI, STRUKTURA, PRIDOBIVANJE, TVEGANJA, UPORABE - KEMIJA - 2026

Kriptona je žlahtni plin, ki je predstavljen s simbolom Kr in se nahaja v skupini 18 periodnega sistema. Plin je tisti, ki sledi argonu, njegova številčnost pa je tako nizka, da je veljal za skrito; od tod tudi izvira njegovo ime. Ne najdemo ga skoraj v mineralnih kamnih, temveč v masi naravnih plinov in se v morjih in oceanih skoraj ne raztopi.

Samo njegovo ime prikliče podobo Supermana, njegovega planeta Krypton in znamenitega kriptonita, kamna, ki oslabi superjunaka in ga prikrajša za njegove velesile. Ko slišite za to, pa tudi na druge izraze, ki so v bistvu daleč od tega plina, lahko pomislite tudi na kripto valute ali kriptovalute.

Viala s kriptonom, ki jo vzbudi električni izcedek in žare z belo svetlobo. Vir: Hi-Res slike kemičnih elementov

Vendar je ta plemeniti plin manj ekstravaganten in "skrit" v primerjavi s prej omenjenimi številkami; čeprav pomanjkanje reaktivnosti ne odvzame vseh potencialnih interesov, ki lahko vzbudijo raziskave, osredotočene na različna področja, zlasti fizična.

Za razliko od drugih žlahtnih plinov je svetloba, ki jo oddaja kripton, ko se vzbudi v električnem polju, bela (zgornja slika). Zaradi tega se uporablja za različne namene v svetlobni industriji. Lahko nadomesti praktično katero koli neonsko svetlobo in oddaja svojo, ki jo odlikuje rumenkasto zelena.

V naravi se pojavlja kot zmes šestih stabilnih izotopov, da ne omenjam nekaterih radioizotopov, namenjenih za jedrsko medicino. Za pridobitev tega plina moramo zrak, ki ga dihamo, utekočiniti, njegova nastala tekočina pa je podvržena frakcijski destilaciji, kjer se kripton nato očisti in loči v sestavne izotope.

Zahvaljujoč kriptonu je bilo mogoče napredovati v študijah jedrske fuzije, pa tudi pri uporabi laserjev za kirurške namene.

Zgodovina

- Odkrivanje skritega elementa

Leta 1785 je angleški kemik in fizik Henry Cavendish odkril, da zrak vsebuje majhen delež snovi, ki je celo manj aktivna kot dušik.

Stoletje pozneje je angleški fizik Lord Rayleigh iz zraka izoliral plin, za katerega je menil, da je čisti dušik; toda potem je odkril, da je težje.

Leta 1894 je škotski kemik Sir William Ramsey sodeloval pri izolaciji tega plina, kar se je izkazalo za nov element: argon. Leto pozneje je helijev plin izoliral s segrevanjem mineralnega cleveita.

Sam sir William Ramsey je skupaj s svojim pomočnikom, angleškim kemikom Morrisom Traversom, 30. maja 1898 v Londonu odkril kripton.

Ramsey in Travers sta verjela, da je v periodični tabeli med elementi argon in helij prostor in nov element je moral zapolniti ta prostor. Ramsey je mesec dni po odkritju kriptona, junija 1898, odkril neon; element, ki je zapolnil prostor med helijem in argonom.

Metodologija

Ramsey je posumil na obstoj novega elementa, ki se skriva v njegovem prejšnjem odkritju, argona. Ramsey in Travers sta se, da bi preizkusila svojo zamisel, odločila, da bosta iz zraka dobila veliko količino argona. Za to so morali proizvesti utekočinjanje zraka.

Nato so destilirali tekoči zrak, da so ga ločili na frakcije, in v lažjih frakcijah raziskali prisotnost želenega plinastega elementa. Vendar so se zmotili, očitno so pregreli utekočinjeni zrak in izparili veliko vzorca.

Na koncu so imeli le 100 ml vzorca in Ramsey je bil prepričan, da je v tem volumnu element, lažji od argona, malo verjeten; vendar se je odločil raziskati možnost elementa, težjega od argona, v preostalem volumnu vzorca.

Po njegovi misli je iz rdečega vročega bakra in magnezija odstranil kisik in dušik iz plina. Nato je vzorec preostalega plina namestil v vakuumsko cev in nanjo nanj postavil visoko napetost, da je dobil spekter plina.

Po pričakovanju je bil prisoten argon, vendar so opazili pojav dveh novih svetlih črt v spektru; eno rumeno in drugo zeleno, obojega še nikoli ni bilo opaziti.

- Pojav imena

Ramsey in Travers sta izračunala razmerje med specifično toploto plina pri konstantnem tlaku in njeno specifično toploto pri konstantni prostornini, pri čemer je za to razmerje našla vrednost 1,66. Ta vrednost je ustrezala plinu, ki ga tvorijo posamezni atomi, kar kaže, da ni spojina.

Zato so v prisotnosti novega plina odkrili kripton. Ramsey se je odločil, da jo bo imenoval Krypton, beseda, ki izhaja iz grške besede "krypto", kar pomeni "skriti". William Ramsey je leta 1904 za odkritje teh plemenitih plinov prejel Nobelovo nagrado za kemijo.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Videz

To je brezbarven plin, ki v električnem polju kaže žarilno belo barvo.

Standardna atomska teža

83.798 u

Atomska številka (Z)

36

Tališče

-157,37 ° C

Vrelišče

153.415 ºC

Gostota

V standardnih pogojih: 3.949 g / L

Tekočem stanju (vrelišče): 2,413 g / cm ³

Relativna gostota plina

2,9 glede na zrak z vrednostjo = 1. To pomeni, da je kripton trikrat gost kot zrak.

Topnost v vodi

59,4 cm ³ / 1.000 g pri 20 ° C

Trojna točka

115,775 K in 73,53 kPa

Kritična točka

209,48 K in 5,525 MPa

Vročina fuzije

1,64 kJ / mol

Toplota izparevanja

9,08 kJ / mol

Molarna kalorična zmogljivost

20,95 J / (mol K)

Parni tlak

Pri temperaturi 84 K ima tlak 1 kPa.

Elektronegativnost

3,0 po Paulingovi lestvici

Ionizacijska energija

Najprej: 1350,8 kJ / mol.

Drugič: 2.350,4 kJ / mol.

Tretjič: 3.565 kJ / mol.

Hitrost zvoka

Plin (23 ºC): 220 m / s

Tekočina: 1.120 m / s

Toplotna prevodnost

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Naročilo

Diamagnetno

Oksidacijsko število

Krypton, ki je plemenit plin, ni zelo reaktiven in ne izgublja ali pridobiva elektronov. Če uspe tvoriti trdno snov z definirano sestavo, kot se dogaja s klatratom Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ ali njegovim hidridom Kr (H ₂ ) ₄ , potem naj bi sodelovalo s številom ali oksidacijskim stanjem 0 (Kr ⁰ ) ; to pomeni, da njeni nevtralni atomi delujejo z matrico molekul.

Vendar lahko kripton formalno izgubi elektrone, če tvori vezi z najbolj elektronegativnim elementom od vseh: fluorom. V Krf ₂ njen oksidacijski številka 2, tako da je obstoj dvovalentnega kationa Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ) Predpostavlja .

Reaktivnost

Leta 1962 so poročali o sintezi kripton difluorida (KrF ₂ ). Ta spojina je zelo hlapna, brezbarvna, kristalna trdna snov in se pri sobni temperaturi počasi razgradi; vendar je stabilen pri -30 ºC. Kriptonov fluorid je močno oksidacijsko in fluorirajoče sredstvo.

Krypton reagira s fluorom, če ga kombiniramo v električni izpustni cevi pri -183 ° C in tvori KrF ₂ . Do reakcije pride tudi, ko se kripton in fluor obsevamo z ultravijolično svetlobo pri –196 ° C.

KrF ⁺ in Kr ₂ F ₃ ⁺ so spojine, nastale z reakcijo KRF ₂ z močnimi fluorida akceptorjev. Kripton je del nestabilne spojine: K (OTeF ₅ ) ₂ , ki ima vez med kriptonom in kisikom (Kr-O).

Kripton-dušikova vez najdemo v kationu HCΞN-Kr-F. Kripton hidridi, KrH ₂ , se lahko gojijo pri tlakih, večjih od 5 GPa.

V začetku 20. stoletja so bile vse te spojine ocenjene kot nemogoče glede na ničelno reaktivnost, ki je bila zasnovana iz tega žlahtnega plina.

Struktura in elektronska konfiguracija

Kriptonov atom

Krypton, ki je plemenit plin, ima celoten valentni oktet; to pomeni, da so njene s in p orbitale popolnoma napolnjene z elektroni, kar je mogoče preveriti v njihovi elektronski konfiguraciji:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

To je mononomski plin ne glede na (do danes) tlačne ali temperaturne pogoje, ki delujejo na njem. Zato so njegova tri stanja opredeljena z medratomskimi interakcijami njegovih atomov Kr, ki si jih lahko predstavljamo kot frnikole.

Teh atomov Kr, tako kot njihovi sorodniki (He, Ne, Ar, itd.), Ni enostavno polarizirati, saj so razmeroma majhni in imajo tudi visoko gostoto elektronov; to pomeni, da površina teh marmorjev ni vidno deformirana, da nastane trenutni dipol, ki v sosednjem marmorju sproži drugega.

Medsebojne interakcije

Zaradi tega je edina sila, ki združuje atome Kr, londonska sila razprševanja; vendar so pri kriptonu zelo šibke, zato so potrebne njene nizke temperature, da lahko njihovi atomi določijo tekočino ali kristal.

Vendar so te temperature (vrelišča in tališča) višje v primerjavi z argonom, neonom in helijem. To je posledica večje atomske mase kriptona, kar ustreza večjemu atomskemu polmeru in je zato bolj polarizabilno.

Na primer, vrelišče kriptona je približno -153 ° C, medtem ko so vrednosti žlahtnih plinov argon (-186 ° C), neon (-246 ° C) in helij (-269 ° C) nižje; to pomeni, da njeni plini potrebujejo hladnejše temperature (bližje -273,15 ºC ali 0 K), da se lahko kondenzirajo v tekočo fazo.

Tu vidimo, kako je velikost njihovih atomskih polmerov neposredno povezana z njihovimi interakcijami. Enako se zgodi z njihovimi tališči, temperatura, pri kateri se kripton dokončno kristalizira pri –157 ° C.

Kriptonov kristal

Ko temperatura pade na -157 ° C, se atomi Kr približajo počasi, da se koalizirajo naprej in določijo beli kristal s kubično strukturo, usmerjeno v obraz (fcc). Tako zdaj obstaja strukturni red, ki ga upravljajo njegove razpršilne sile.

Čeprav o njej ni veliko informacij, lahko kristal kripton fcc podvrže kristalnim prehodom v gostejše faze, če je izpostavljen ogromnim pritiskom; tako kot kompaktni šesterokotnik (hcp), v katerem bodo atomi Kr bolj združeni.

Tudi, če to točko ne pustimo ob strani, je mogoče atome Kr ujeti v ledene kletke, imenovane klatrati. Če je temperatura dovolj nizka, se lahko zgodijo mešani kristali kripton-voda, pri čemer so atomi Kr razporejeni in obdani z molekulami vode.

Kje najti in pridobiti

Atmosfera

Kripton je razpršen po celotni atmosferi in ne more uiti gravitacijskemu polju Zemlje za razliko od helija. V zraku, ki ga dihamo, je njegova koncentracija približno 1 ppm, čeprav se to lahko razlikuje glede na emisije plinov; pa naj gre za vulkanske izbruhe, gejzirje, vrelce ali morda nahajališča zemeljskega plina.

Ker je v vodi slabo topen, je njegova koncentracija v hidrosferi verjetno zanemarljiva. Enako se zgodi z minerali; v njih je lahko ujetih nekaj atomov kriptona. Zato je edini vir tega žlahtnega plina zrak.

Utekočinjanje in frakcijska destilacija

Zrak mora preiti skozi postopek utekočinjanja, tako da se vsi njegovi sestavni plini kondenzirajo in tvorijo tekočino. Ta tekočina se nato segreva z uporabo frakcijske destilacije pri nizkih temperaturah.

Ko so kisik, argon in dušik destilirani, kripton in ksenon ostaneta v preostali tekočini, ki se adsorbira na aktivnem oglju ali silikagelu. Ta tekočina se segreje na -153 ° C, da se destilira kripton.

Na koncu se zbrani kripton očisti s prehodom skozi vroč kovinski titan, ki odstrani plinske nečistoče.

Če je zaželeno ločevanje njegovih izotopov, se plin dvigne skozi stekleni stolpec, kjer je podvržen toplotni difuziji; lažji izotopi se bodo dvigali proti vrhu, težji pa bodo ostali na dnu. Tako se izotopa ⁸⁴ Kr in ⁸⁶ Kr, na primer, zbirata ločeno na dnu.

Krypton lahko shranjujete v steklenih žarnicah Pyrex pri zunanjem tlaku ali v nepropustnih jeklenih rezervoarjih. Pred pakiranjem se mu opravi kontrola kakovosti s spektroskopijo, da se potrdi, da je njen spekter edinstven in da ne vsebuje linij drugih elementov.

Jedrska fisija

Druga metoda za pridobivanje kriptona je jedrska cepitev urana in plutonija, iz katerih nastaja tudi mešanica njihovih radioaktivnih izotopov.

Izotopi

Krypton se v naravi pojavlja kot šest stabilnih izotopov. Te z ustreznimi številčnostmi na Zemlji so: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) in ⁸⁶ Kr (17,28%). ⁷⁸ Kr je radioaktivni izotop; vendar je njegova razpolovna doba (t _1/2 ) tako dolga (9,2 · 10 ²¹ let), da se praktično šteje za stabilno.

Zato je njegova standardna atomska masa (atomska teža) 83,798 u, bližje 84 u izotopu ⁸⁴ Kr.

Radioizotop ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵ ) najdemo tudi v sledovih , ki nastane, ko ⁸⁰ Kr prejme kozmične žarke. Poleg že omenjenih izotopov obstajata še dva sintetična radioizotopa: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 ur) in ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 let); slednje je tisto, kar nastane kot produkt jedrske ujesti urana in plutonija.

Tveganja

Krypton je nestrupen element, saj v normalnih pogojih ne reagira, niti ne predstavlja nevarnosti požara, če ga pomešamo z močnimi oksidanti. Puščanje tega plina ne predstavlja nobene nevarnosti; razen če direktno vdihnete, izpodrine kisik in povzroči zadušitev.

Kr atomi vstopijo in se izločijo iz telesa, ne da bi sodelovali v kakšni presnovni reakciji. Lahko pa izpodrinejo kisik, ki bi moral doseči pljuča in se prenašati skozi kri, zato lahko posameznik trpi zaradi narkoze ali hipoksije, pa tudi drugih stanj.

Sicer nenehno vdihujemo kripton pri vsakem vdihu zraka. Zdaj je glede svojih spojin zgodba drugačna. Na primer, KrF ₂ je močno fluorirajoče sredstvo; zato bo "dajal" anione F ^- vsaki molekuli biološke matrice, s katero se srečuje, in je lahko nevarna.

Morda kriptonov klathrat (ujet v ledeno kletko) ni bistveno nevaren, razen če obstajajo določene nečistoče, ki dodajo strupenost.

Prijave

Utripi iz kamer za visoke hitrosti so deloma posledica vzbujanja kriptona. Vir: Mhoistion

Krypton je prisoten v različnih aplikacijah okoli artefaktov ali naprav, zasnovanih za razsvetljavo. Na primer, je del "neonskih luči" rumenkasto zelenih barv. Kryptonove "zakonite" luči so bele, saj njihov emisijski spekter vključuje vse barve v vidnem spektru.

Kriptonova bela svetloba se je dejansko uporabljala za fotografije, saj so zelo intenzivne in hitre, saj so kot nalašč za hiter utrip fotoaparata ali za takojšnje utripe na letaliških stezah.

Prav tako se lahko električne cevi za izpraznitev, ki izžarevajo to belo svetlobo, prekrijejo z barvnimi papirji, kar daje učinek prikazovanja luči več barv, ne da bi bilo treba vzbujati z drugimi plini.

Žarnicam iz volframovega filamenta se doda, da podaljšajo življenjsko dobo, in argonskim fluorescenčnim sijalkam z istim namenom, prav tako zmanjša njihovo intenzivnost in poveča stroške (saj je dražji od argona).

Ko kripton tvori plinasto polnjenje žarnic, poveča svojo svetlost in postane bolj modrikast.

Laserji

Rdeči laserji, ki jih vidimo v svetlobnih oddajah, temeljijo na spektralnih linijah kriptona in ne na helij-neonski mešanici.

Po drugi strani pa je mogoče s kriptonom izdelati močne laserje za ultravijolično sevanje: kriptovalta fluorida (KrF). Ta laser se uporablja za fotolitografijo, medicinske operacije, raziskave na področju jedrske fuzije in mikro obdelavo trdnih materialov in spojin (spreminjanje njihove površine z delovanjem laserja).

Opredelitev števca

Med letoma 1960 in 1983 je bila uporabljena valovna dolžina rdeče-oranžne spektralne črte izotopa ⁸⁶ Kr (pomnoženo z 1.650.763,73), da se določi natančna dolžina enega metra.

Zaznavanje jedrskega orožja

Ker je radioizotop ⁸⁵ Kr eden izmed produktov jedrske dejavnosti, kjer je zaznan, je pokazatelj, da je prišlo do eksplozije jedrskega orožja ali da se izvajajo nezakonite ali tajne dejavnosti omenjene energije.

Zdravilo

Krypton se v medicini uporablja kot anestetik, rentgenski absorber, detektor nepravilnosti srca in natančno in kontrolirano reže mrežnico oči s svojimi laserji.

Njeni radioizotopi imajo tudi uporabo v jedrski medicini, za preučevanje in skeniranje pretoka zraka in krvi v pljučih ter za pridobivanje slik jedrske magnetne resonance bolnikovih dihalnih poti.

Reference

1. Gary J. Schrobilgen. (28. september 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
2. Wikipedija. (2019). Krypton. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16. julij). Krypton Kemijske reakcije. Pridobljeno: pilgaardelements.com
4. Kristalografija365. (16. november 2014). Super kul material - kristalna struktura Kryptona. Pridobljeno iz: crystallography365.wordpress.com
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Kriptonski elementi. Kemikool. Pridobljeno: chemicool.com
6. Marques Miguel. (sf). Krypton. Pridobljeno iz: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Kako izdelujejo izdelke Pridobljeno: madehow.com
8. AZoOptics. (25. april 2014). Krypton Fluorid Excimer laser - Lastnosti in aplikacije. Pridobljeno: azooptics.com