KRYPTON: TÖRTÉNELEM, TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET, MEGSZERZÉS, KOCKÁZATOK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2025

A kripton nemesgáz, amelyet Kr szimbólum képvisel, és amely a periódikus táblázat 18. csoportjában található. Ez az argon követő gáz, és bősége olyan alacsony, hogy rejtettnek tekintették; innen származik a neve. Nem található szinte az ásványi kőben, hanem a természetes gázok tömegében, és alig oldódik fel a tengerekben és az óceánokban.

A neve pusztán a Superman, a Krypton bolygó és a híres kriptonit képét idézi elő, ez egy kő, amely gyengíti a szuperhősöket és megfosztja őt szuperhatalmaitól. Arra is gondolhat, hogy a kriptovaluták vagy a kriptográfia jelentkezik-e, amikor hall róla, valamint más olyan kifejezésekre, amelyek lényegében messze vannak ettől a gáztól.

Flakon kriptonnal, elektromos kisülés által gerjesztett és fehér fényben izzó. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei

Ez a nemesgáz azonban a fent említett adatokhoz képest kevésbé extravagáns és "rejtett"; bár a reaktivitás hiánya nem veszi el az összes lehetséges érdeklődést, amely felmerülhet a különféle - különösen a fizikai - területekre összpontosító kutatásokban.

A többi nemesgázzal ellentétben a kripton által az elektromos mezőben gerjesztett fény fehér (felső kép). Emiatt különféle célokra használják a világítási iparban. Ez gyakorlatilag bármilyen neonfényt helyettesíthet, és saját fényét bocsátja ki, amelyre jellemző, hogy sárgászöld.

A természetben hat stabil izotóp keverékeként fordul elő, nem is beszélve néhány radioaktív izotópról, amelyeket nukleáris orvoslás céljára szántak. Ennek a gáznak a megszerzéséhez a levegőt, amelyet belélegzünk, cseppfolyósítjuk, és a kapott folyadékot frakcionált desztillációnak vetjük alá, majd kriptonot megtisztítják és elkülönítik alkotó izotópjaira.

A kriptonnak köszönhetően előrelépést lehetett elérni a magfúzió tanulmányozásában, valamint a lézerek sebészeti célokra történő alkalmazásában.

Történelem

- A rejtett elem felfedezése

Henry Cavendish angol kémikus és fizikus 1785-ben fedezte fel, hogy a levegő kis mennyiségű anyagot tartalmaz, még kevésbé aktív, mint a nitrogén.

Egy évszázaddal később, az angol fizikus, Lord Rayleigh, a levegőből olyan gázt izolált, amelyet tiszta nitrogénnek tartott; de aztán rájött, hogy nehezebb.

1894-ben a skót vegyész, Sir William Ramsey együttműködött ezen gáz elkülönítésében, amely új elemnek bizonyult: argon. Egy évvel később az ásványi Cleveit melegítésével izolálta a héliumgázt.

Maga Sir William Ramsey, az asszisztensével, az angol kémikus Morris Travers-rel 1898 május 30-án fedezték fel kriptonját Londonban.

Ramsey és Travers úgy gondolták, hogy van egy hely a periódusos rendszerben az argon és a hélium között, és egy új elemnek kell kitöltenie ezt a helyet. Ramsey, egy hónappal a kripton felfedezése után, 1898. június, neont fedezett fel; elem, amely kitöltette a hélium és az argon közötti teret.

Módszertan

Ramsey azt gyanította, hogy létezik egy új elem, amely korábbi felfedezése során rejtett, az argon. Ramsey és Travers, hogy kipróbálják ötletüket, úgy döntöttek, hogy nagy mennyiségű argonot kapnak a levegőből. Ehhez kellett előállítaniuk a levegő cseppfolyósítását.

Ezután desztillálta a folyékony levegőt frakciók elválasztására és a könnyebb frakciókban feltárja a kívánt gáznemű elem jelenlétét. De hibát követtek el, úgy tűnik, hogy túlmelegezték a cseppfolyósított levegőt és sok mintát elpárologtattak.

Végül csak 100 ml-es mintájuk volt, és Ramsey meg volt győződve arról, hogy az argonnál könnyebb elem jelenléte ebben a térfogatban valószínűtlen; de úgy döntött, hogy megvizsgálja az argonnál nehezebb elem lehetőségét a maradék minta térfogatában.

Gondolkodása után vörös forró réz és magnézium segítségével eltávolította az oxigént és a nitrogént a gázból. Ezután a fennmaradó gáz mintáját egy vákuumcsőbe helyezte, és nagy feszültséget adott rá, hogy megkapja a gáz spektrumát.

A várakozások szerint argon volt jelen, de észrevették két új fényes vonal megjelenését a spektrumban; az egyik sárga és a másik zöld, mindkettőt még soha nem figyelték meg.

- A név megjelenése

Ramsey és Travers kiszámították az állandó nyomáson lévő gáz fajlagos hője és állandó térfogata fajlagos hője közötti összefüggést, 1,66 értéket találva erre a kapcsolatra. Ez az érték megfelel az egyes atomok által létrehozott gáznak, jelezve, hogy nem vegyület.

Ezért új gáz jelenlétében voltak, és kripont fedeztek fel. Ramsey úgy döntött, hogy Kryptonnak hívja, egy szó, amely a "krypto" görög szóból származik, ami azt jelenti, hogy "rejtett". William Ramsey 1904-ben megkapta a Nobel-kémiai díjat e nemesgázok felfedezéséért.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Megjelenés

Ez egy színtelen gáz, amely izzólámpafehér színű egy elektromos mezőben.

Szabványos atomtömeg

83,798 u

Atomszám (Z)

36

Olvadáspont

-157,37 ºC

Forráspont

153 415 ° C

Sűrűség

Normál körülmények között: 3949 g / L

Folyékony állapot (forráspont): 2,413 g / cm ³

Relatív gázsűrűség

2,9 a levegőnél, amelynek értéke = 1. Vagyis a kripton háromszor sűrűbb, mint a levegő.

Vízben való oldhatóság

59,4 cm ³ / g és 1000 g 20 ° C

Hármas pont

115,775 K és 73,53 kPa

Kritikus pont

209,48 K és 5,525 MPa

A fúziós hő

1,64 kJ / mol

A párolgás hője

9,08 kJ / mol

Moláris kalóriakapacitás

20,95 J / (mol K)

Gőznyomás

84 K hőmérsékleten 1 kPa nyomáson van.

elektronegativitás

3.0 a Pauling skálán

Ionizációs energia

Először: 1 350,8 kJ / mol.

Második: 2 350,4 kJ / mol.

Harmadik: 3565 kJ / mol.

A hang sebessége

Gáz (23 ° C): 220 m / s

Folyadék: 1120 m / s

Hővezető

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Rendelés

diamágnesesek

Oxidációs szám

A kripton, mint nemesgáz, nem nagyon reaktív és nem veszíti el és nem szerezzen elektronokat. Ha sikerül egy meghatározott összetételű szilárd anyagot előállítani, amint ez történik a Kr ₈ (H ₂ O) _{46 klatráttal} vagy annak hidridjével (Kr (H ₂) ₄₎, akkor azt állítják, hogy a szám vagy oxidációs állapota 0 (Kr ⁰).; vagyis semleges atomjai kölcsönhatásba lépnek a molekulák mátrixával.

A kripton azonban formálisan elveszítheti az elektronokat, ha kötéseket képez a leginkább elektronegatív elemgel: a fluor. KrF _2-ben az oxidációs száma +2, tehát feltételezik a kétértékű kation Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^-) létezését.

Reakcióképesség

1962- ben beszámoltak a kripton-difluorid (KrF ₂) szintéziséről. Ez a vegyület erősen illékony, színtelen, kristályos szilárd anyag, szobahőmérsékleten lassan bomlik; de -30 ºC-on stabil. A kripton-fluorid erős oxidáló és fluortartalmú szer.

-Krypton reagál fluorral, ha -183 ° C-on elektromos kisülési csőben kombinálják, így KrF ₂ képződik. A reakció akkor is akkor fordul elő, ha a kriptonot és a fluort ultraibolya fénnyel besugározzák -196 ° C-on.

KrF ⁺ és KR ₂ F ₃ ⁺ olyan vegyületek reakciójában képződnek a KrF ₂ erős fluorid akceptorok. A kripton egy instabil vegyület, a K (OTeF ₅) _{2 része}, amely kötődik a kripton és az oxigén (Kr-O) között.

A kripton-nitrogén kötés megtalálható a HCΞN-Kr-F kationban. A kripton-hidridek (KrH ₂₎ 5 GPa-nál nagyobb nyomáson termeszthetők.

A 20. század elején ezeket a vegyületeket lehetetlennek ítélték, figyelembe véve a nemesgáz által előidézett nulla reakcióképességet.

Felépítés és elektronikus konfiguráció

Krypton-atom

A kriptonnak, mint nemes gáznak, teljes valencia-oktete van; vagyis az s és p orbitálisjai teljesen meg vannak töltve elektronokkal, amelyek elektronikus konfigurációjukban igazolható:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Monatomikus gáz, függetlenül attól, hogy (máig) a rajta működő nyomás- vagy hőmérsékleti viszonyok legyenek. Ezért három állapotát a Kr-atomok interaktív kölcsönhatása határozza meg, amelyek márványként is elképzelhetők.

Ezeket a Kr-atomokat, hasonlóan rokonokhoz (He, Ne, Ar, stb.), Nem könnyű polarizálni, mivel viszonylag kicsik és nagy elektronsűrűséggel rendelkeznek; vagyis ezen gömbök felülete nem deformálódik észrevehetően azonnali dipólus előállítása céljából, amely újabb indukciót hoz létre a szomszédos márványban.

Interakció kölcsönhatások

Éppen ezért a Kr atomokat együttesen tartó erő a londoni szórási erő; de a kripton esetében nagyon gyengék, ezért alacsony hőmérsékleten kell az atomjai meghatározni a folyadékot vagy a kristályt.

Ezek a hőmérsékletek (forráspont és olvadáspont) azonban magasabbak, mint az argon, a neon és a hélium. Ennek oka a kripton nagyobb atomtömege, ami nagyobb atomi sugárnak felel meg, és ezért polarizálhatóbb.

Például a kripton forráspontja -153 ° C körüli, míg a nemesgázok argon (-186 ° C), a neon (-246 ° C) és a hélium (-269 ° C) alacsonyabb; vagyis gázai hidegebb hőmérsékleteket igényelnek (-273,15 ºC-ra vagy 0 K-ra közelebb) ahhoz, hogy kondenzálódjanak a folyadékfázisba.

Itt láthatjuk, hogy atomi sugaraik mérete hogyan kapcsolódik közvetlenül kölcsönhatásukhoz. Ugyanez történik a megfelelő olvadáspontokkal, amikor a kripton végül -157 ° C-on kristályosodik.

Kriptoni kristály

Amikor a hőmérséklet -157 ° C-ra csökken, a Kr-atomok elég lassan megközelíthetők ahhoz, hogy tovább összefonódjanak, és arc-központú köbös felépítésű (fcc) fehér kristályt képezzenek. Tehát van egy szerkezeti rend, amelyet a szórási erők irányítanak.

Bár erről nincs sok információ, a kripton fcc kristályok kristályos átmenetek lehetnek sűrűbb fázisokra, ha hatalmas nyomásnak vannak kitéve; mint a kompakt hatszögletű (hcp), amelyben a Kr atomok jobban csoportosulnak.

Ezenkívül anélkül, hogy ezt a pontot félrehagynánk, a Kr-atomok csapdába eshetnek a klatrátoknak nevezett jégketrecekben. Ha a hőmérséklet elég alacsony, akkor lehet, hogy vegyes kripton-víz kristályok vannak, a Kr-atomok vízmolekulákkal vannak elrendezve és körülvéve.

Hol található és szerezhető be

Légkör

A Krypton a légkörben szétszóródik, és a héliummal ellentétben nem képes elmenekülni a Föld gravitációs mezőjéből. A levegőben, amelynek belélegzünk, annak koncentrációja körülbelül 1 ppm, bár ez a gáznemű kibocsátástól függően változhat; legyen szó vulkánkitörésekről, gejzírekről, forró forrásokról vagy esetleg földgázlelőhelyekről.

Mivel vízben rosszul oldódik, a hidroszférában való koncentrációja valószínűleg elhanyagolható. Ugyanez történik az ásványokkal; kevés kriptonatom becsapódhat bennük. Ezért e nemesgáz egyetlen forrása a levegő.

Cseppfolyósítás és frakcionált desztilláció

Ennek előállításához a levegőnek cseppfolyósítási folyamaton kell átesnie, oly módon, hogy minden alkotóeleme gázok kondenzálódjanak és folyadékot képezzenek. Ezt a folyadékot frakcionált desztillációval alacsony hőmérsékleten melegítjük.

Az oxigén, az argon és a nitrogén ledesztillálása után a kripton és a xenon a fennmaradó folyadékban marad, amelyet aktív szénre vagy szilikagélen adszorbeálnak. Ezt a folyadékot -153 ° C-ra melegítik a kripton desztillálása céljából.

Végül a gyűjtött kriptont megtisztítják meleg fém titán átvezetésével, amely eltávolítja a gáznemű szennyeződéseket.

Ha izotópjainak elválasztása kívánatos, a gázt egy üvegoszlopon keresztül kell emelkedni, ahol hődiffúzión megy keresztül; a világosabb izotópok teteje felé emelkednek, míg a nehezebbek alul maradnak. Így például a ⁸⁴ Kr és a ⁸⁶ Kr izotóp alul külön-külön gyűjtődik.

A Krypton tárolható Pyrex üveghagymában környezeti nyomáson vagy légmentesen zárt acéltartályban. Csomagolás előtt spektroszkópiával minőség-ellenőrzésnek vetik alá, hogy igazolják, hogy spektruma egyedi és nem tartalmaz más elemek sorát.

Nukleáris fókusz

A kripton előállításának másik módszere az urán és a plutónium atommaghasadásában rejlik, amelyből radioaktív izotópjaik keverékét is előállítják.

Izotóp

A kripton a természetben hat stabil izotópként fordul elő. Ezek, a földön tapasztalható megfelelő mennyiséggel: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) és ⁸⁶ Kr (17,28%). A ⁷⁸ Kr radioaktív izotóp; de a felezési ideje (t _1/2) olyan hosszú (9,2 · 10 ²¹ év), hogy gyakorlatilag stabilnak tekinthető.

Ez az oka annak normál atomtömegének (atomtömeg) 83.798 u, közelebb a ⁸⁴ Kr izotóp ⁸⁴ u-hoz.

Nyomnyi mennyiségben a ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵) radioizotópot is megtalálják, amely akkor képződik, amikor ⁸⁰ Kr koszmikus sugarat vesz. A már említett izotópok mellett két szintetikus radioizotóp is létezik: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 óra) és ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 év); ez utóbbi az urán és a plutónium atommaghasadásának terméke.

kockázatok

A kripton nem mérgező elem, mivel normál körülmények között nem reagál, és erős oxidáló szerekkel keverve tűzveszélyt nem jelent. A gáz szivárgása nem jelent veszélyt; kivéve, ha közvetlenül lélegzik, kicseréli az oxigént és fulladást okoz.

A Kr-atomok belépnek és kiürülnek a testből anélkül, hogy bármilyen anyagcsere-reakcióban részt vetnének. Ugyanakkor kiszoríthatják azt az oxigént, amelynek el kell érnie a tüdőt, és a vér útján kell átjutni, így az egyén narkózist vagy hipoxiát, valamint egyéb feltételeket szenvedhet.

Ellenkező esetben állandóan kriptonot lélegzünk minden levegőben. A vegyületekkel szemben a történet más. Például, KrF ₂ egy erős fluorozószerrel; és így, akkor „ad” anionok F ^- bármely olyan molekula, a biológiai mátrix találkozik, hogy potenciálisan veszélyes.

Valószínűleg a kripton-klatrát (egy jégketrecbe csapdába esett) nem jelentősen veszélyes, kivéve ha vannak bizonyos szennyeződések, amelyek megnövelik a toxicitást.

Alkalmazások

A nagy sebességű kamerák villogása részben a kripton gerjesztésének köszönhető. Forrás: Mhoistion

A Krypton számos alkalmazásban megtalálható tárgyak vagy világításra tervezett eszközök körül. Például a sárgás zöld színű "neonfények" része. A Krypton "legális" lámpái fehérek, mivel emisszióspektrumuk a látható spektrum összes színét lefedi.

A kripton fehér fényét valójában a fényképeken használják, mivel nagyon intenzívek és gyorsak, kiválóan alkalmasak nagysebességű kamera villanásokra vagy repülőtéri kifutópályák azonnali villanására.

Hasonlóképpen, a fehér fényt kibocsátó elektromos kisülési csövek színes papírral boríthatók, így sokféle színű fény jeleníthető meg anélkül, hogy más gázok felhasználásával kellene gerjeszteni.

Hozzáadják a volfrám izzólámpákhoz, hogy meghosszabbítsák azok élettartamát, és az argon fénycsövekhez ugyanarra a célra, csökkentve azok intenzitását és növelve költségeiket (mivel ez drágább, mint az argon).

Amikor a kripton teszi ki az izzólámpák gáznemű kitöltését, növeli a fényerőt és kékessé teszi.

lézerek

A világos show-ban látható vörös lézerek inkább a kripton spektrális vonalán alapulnak, mint a hélium-neon keveréknél.

Másrészt, nagy teljesítményű ultraibolya sugárzás lézerek készíthetők a kriptonnal: a kripton-fluorid (KrF). Ezt a lézert fotolitográfiához, orvosi műtétekhez, a magfúzió területén végzett kutatásokhoz, valamint szilárd anyagok és vegyületek mikro megmunkálásához használják (felületüknek a lézer hatására módosul).

A mérő meghatározása

1960 és 1983 között a ⁸⁶ Kr izotóp vörös-narancssárga spektrális vonalának hullámhosszát (szorozva 1 650 763,73-tal) használták az egy méter pontos hosszának meghatározásához.

Nukleáris fegyverek felderítése

Mivel a ⁸⁵ Kr radioizotóp a nukleáris tevékenység egyik terméke, ahol azt detektálják, azt jelzi, hogy egy nukleáris fegyver felrobbantott, vagy hogy az említett energia illegális vagy titkos tevékenységeit hajtják végre.

Gyógyszer

A Kryptonot az orvostudományban használják érzéstelenítőként, röntgensugár-abszorbensként, szív rendellenességek detektálására és a szem retina lézerrel történő pontos és ellenőrzött kivágására.

Radioizotópjai felhasználhatók a nukleáris gyógyászatban is a tüdő belsejében a levegő és a vér áramlásának vizsgálatára és letapogatására, valamint a beteg légutakjának magmágneses rezonanciaképeinek elkészítésére.

Irodalom

1. Gary J. Schrobilgen. (2018. szeptember 28.) Kripton. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Kripton. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, július 16.). Krypton kémiai reakciók. Helyreállítva: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (2014. november 16.). Nagyon jó anyag - a Krypton kristályszerkezete. Helyreállítva: crystallography365.wordpress.com
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Krypton elem tények. Chemicool. Helyreállítva: chemicool.com
6. Marques Miguel. (Sf). Kripton. Helyreállítva: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Kripton. Hogyan készülnek a termékek? Helyreállítva: madehow.com
8. AZoOptics. (2014. április 25.). Krypton Fluoride Excimer Laser - tulajdonságok és alkalmazások. Helyreállítva: azooptics.com