Криптон - Krypton

Криптон,36Kr
Криптоновая газоразрядная трубка.jpg
Наполненный криптоном увольнять трубка светится белым
Криптон
Произношение/ˈkрɪптɒп/ (KRIP-тон )
Внешностьбесцветный газ, проявляющий беловатое свечение в электрическом поле
Стандартный атомный вес Аг, стд(Kr)83.798(2)[1]
Криптон в периодическая таблица
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийСвинецВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБеркелиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
Ar

Kr

Xe
бромкриптонрубидий
Атомный номер (Z)36
Группагруппа 18 (благородные газы)
Периодпериод 4
Блокироватьp-блок
Категория элемента  благородный газ
Электронная конфигурация[Ar ] 3d10 4 с2 4p6
Электронов на оболочку2, 8, 18, 8
Физические свойства
Фаза вSTPгаз
Температура плавления115.78 K (-157,37 ° C, -251,27 ° F)
Точка кипения119,93 К (-153,415 ° С, -244,147 ° F)
Плотность (на СТП)3,749 г / л
в жидком состоянии (приб.п.)2,413 г / см3[2]
Тройная точка115,775 К, 73,53 кПа[3][4]
Критическая точка209,48 К, 5,525 МПа[4]
Теплота плавления1.64 кДж / моль
Теплота испарения9,08 кДж / моль
Молярная теплоемкость20.95[5] Дж / (моль · К)
Давление газа
п (Па)1101001 к10 тыс.100 тыс.
вТ (K)5965748499120
Атомные свойства
Состояния окисления0, +1, +2 (редко больше 0; окись неизвестно)
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 3,00
Энергии ионизации
  • 1-я: 1350,8 кДж / моль
  • 2-я: 2350,4 кДж / моль
  • 3-я: 3565 кДж / моль
Ковалентный радиус116±4 вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса202 вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии криптона
Другие свойства
Естественное явлениеизначальный
Кристальная структурагранецентрированная кубическая (fcc)
Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура криптона
Скорость звука(газ, 23 ° C) 220 м · с−1
(жидкость) 1120 РС
Теплопроводность9.43×10−3 Вт / (м · К)
Магнитный заказдиамагнитный[6]
Магнитная восприимчивость−28.8·10−6 см3/ моль (298 К)[7]
Количество CAS7439-90-9
История
Открытие и первая изоляцияУильям Рамзи и Моррис Трэверс (1898)
Главный изотопы криптона
ИзотопИзобилиеПериод полураспада (т1/2)Режим распадаПродукт
78Kr0.36%9.2×1021 у[8]εε78Se
79Krсин35 часовε79Br
β+79Br
γ
80Kr2.29%стабильный
81Krслед2.3×105 уε81Br
γ
82Kr11.59%стабильный
83Kr11.50%стабильный
84Kr56.99%стабильный
85Krсин11 летβ85Руб.
86Kr17.28%стабильный
Категория Категория: Криптон
| Рекомендации

Криптон (из Древнегреческий: κρυπτός, романизированныйкриптос 'скрытый') химический элемент с символ  Kr и атомный номер 36. Это бесцветный, без запаха, без вкуса благородный газ что происходит в следовые количества в атмосфера и часто используется с другими инертными газами в флюоресцентные лампы. За редким исключением криптон химически инертный.

Криптон, как и другие благородные газы, используется в освещении и фотография. Криптоновый свет имеет много спектральные линии, и криптон плазма используется в ярких мощных газовых лазерах (криптон ион и эксимер лазеры), каждый из которых резонирует и усиливает одну спектральную линию. Фторид криптона также делает полезный лазерная среда. С 1960 по 1983 гг. официальная длина метра была определена на 606-нм длина волны оранжевой спектральной линии криптона-86, из-за большой мощности и относительной простоты эксплуатации криптона разрядные трубки.

История

Сэр Уильям Рамзи, первооткрыватель криптона

Криптон был открыт в Британия в 1898 г. Уильям Рамзи, шотландский химик и Моррис Трэверс, английский химик, в остатках испарения почти всех компонентов жидкий воздух. Неон был обнаружен с помощью аналогичной процедуры теми же работниками всего несколько недель спустя.[9] Уильям Рамзи был награжден орденом 1904 г. Нобелевская премия по химии за открытие серии благородные газы, в том числе криптон.

В 1960 г. Международное бюро мер и весов определил счетчик как 1 650 763,73 длины волн света, излучаемого криптоном-86 изотоп.[10][11] Это соглашение заменило 1889 г. международный прототип счетчика, который представлял собой металлический стержень, расположенный в Севр. Это также устарело определение 1927 г. ангстрем на основе красного кадмий спектральная линия,[12] заменив его на 1 Å = 10−10 м. Определение криптона-86 просуществовало до октябрьской конференции 1983 года, на которой метр был определен как расстояние, на котором проходит свет. вакуум в течение 1/299 792 458 с.[13][14][15]

Характеристики

Криптон характеризуется несколькими резкими эмиссионными линиями (спектральные сигнатуры ) самый сильный - зеленый и желтый.[16] Криптон является одним из продуктов уран деление.[17] Твердый криптон белого цвета и имеет лицевую сторону. кубический Кристальная структура, что является общим свойством всех благородных газов (кроме гелий, имеющий гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру).

Изотопы

Криптон, встречающийся в природе в атмосфере Земли, состоит из пяти стабильный изотопы, плюс один изотоп (78Kr) с таким длинным период полураспада (9.2×1021 лет), что можно считать стабильным. (Этот изотоп имеет второй по величине период полураспада среди всех изотопов, для которых наблюдался распад; он претерпевает двойной захват электронов к 78Se ).[8][18] Кроме того, около тридцати нестабильных изотопов и изомеры известны.[19] Следы от 81Kr, а космогенный нуклид произведенный космический луч облучение 80Kr, также встречаются в природе: это изотоп является радиоактивный с периодом полураспада 230 000 лет. Криптон очень летуч и не остается в растворе в приповерхностной воде, но 81Kr использовался для знакомства старый (50 000–800 000 лет) грунтовые воды.[20]

85Kr представляет собой инертный радиоактивный благородный газ с периодом полураспада 10,76 года. Производится деление из уран и плутоний, например, в ядерная бомба тестирование и ядерные реакторы. 85Kr выделяется при переработке топливные стержни от ядерных реакторов. Концентрации на Северный полюс на 30% выше, чем на Южный полюс за счет конвективного перемешивания.[21]

Химия

Kr (H2)4 и H2 твердые тела, образовавшиеся в ячейка с алмазной наковальней.[22]
Структура Kr (H2)4. Октаэдры криптона (зеленые) окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода.[22]

Как и другие благородные газы, криптон химически неактивен. Довольно ограниченный химический состав криптона в степени окисления +2 аналогичен химическому составу соседнего элемента. бром в степени окисления +1; из-за скандидное сокращение трудно окислить элементы 4p до их групповых степеней окисления. До 1960-х годов соединения благородных газов не синтезировались.[23]

Однако после первого успешного синтеза ксенон соединений в 1962 г., синтез дифторид криптона (KrF
2
) было сообщено в 1963 году. В том же году, KrF
4
сообщил Grosse, и другие.,[24] но впоследствии было показано, что это ошибочная идентификация.[25] В экстремальных условиях криптон реагирует с фтором с образованием KrF.2 согласно следующему уравнению:

Kr + F2 → KrF2

Криптон газ в криптон фторидный лазер поглощает энергию из источника, заставляя криптон реагировать с газообразным фтором, образуя эксиплекс фторид криптона, временный сложный в возбужденном энергетическом состоянии:

2 Кр + F
2
→ 2 KrF

Комплекс может подвергаться спонтанному или стимулированному излучению, что снижает его энергетическое состояние до метастабильного, но очень сильного. отталкивающее основное состояние. Комплекс в основном состоянии быстро распадается на несвязанные атомы:

2 KrF → 2 Kr + F
2

В результате эксиплексный лазер который излучает энергию на 248 нм, около ультрафиолетовый часть спектр, что соответствует разности энергий между основным и возбужденным состояниями комплекса.

Соединения с криптоном, связанным с другими атомами, кроме фтор также были обнаружены. Также есть непроверенные сообщения о барий поваренная соль криптона оксокислота.[26] Ar Kr+ и KrЧАС+ многоатомные ионы были исследованы, и есть доказательства KrXe или KrXe+.[27]

Реакция KrF
2
с B (OTeF
5
)
3
образует нестабильный состав, Kr (OTeF
5
)
2
, содержащий криптон-кислород связь. Криптон-азот облигация находится в катион [HC≡N – Kr – F]+
, произведенный реакцией KrF
2
с [HC≡NH]+
[AsF
6
] ниже -50 ° C.[28][29] Сообщалось, что HKrCN и HKrC≡CH (цианид криптона-гидрида и гидрокриптоацетилен) стабильны до 40 K.[23]

Криптон гидрид (Kr (H2)4) кристаллы можно выращивать при давлениях выше 5 ГПа. Они имеют гранецентрированную кубическую структуру, в которой октаэдры криптона окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода.[22]

Естественное явление

Земля сохранила все благородные газы, которые присутствовали при ее формировании, кроме гелий. Концентрация криптона в атмосфера около 1 промилле. Его можно извлечь из жидкого воздуха фракционная перегонка.[30] Количество криптона в космосе неизвестно, потому что измерения производятся на основе метеорной активности и солнечного ветра. Первые измерения предполагают обилие криптона в космосе.[31]

Приложения

Криптоновая газоразрядная трубка

Множественные эмиссионные линии криптона заставляют ионизированные газовые разряды криптона казаться белыми, что, в свою очередь, делает лампочки на основе криптона полезными в фотографии в качестве источника белого света. Криптон используется в некоторых фотографических вспышках для высокой скорости фотография. Криптон также соединяется с ртутью, образуя светящиеся знаки, которые светятся ярким зеленовато-голубым светом.[32]

Криптон смешан с аргон в энергоэффективных люминесцентных лампах, снижая потребление энергии, но также уменьшая светоотдачу и повышая стоимость.[33] 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 высокую рабочие температуры.[34] 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 мощность света, 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.[35]

В криптон фторидный лазер играет важную роль в исследованиях термоядерной энергии в экспериментах по ограничению свободы. В лазер имеет равномерный дальний свет, короткий длина волны, а размер пятна можно изменять для отслеживания взрывающейся гранулы.[36]

В экспериментальном физика элементарных частиц, жидкий криптон используется для построения квазиоднородных электромагнитных калориметры. Ярким примером является калориметр NA48 эксперимент в ЦЕРН содержащий около 27 тонны жидкого криптона. Это использование редко, поскольку жидкость аргон дешевле. Преимущество криптона - меньшая Радиус Мольера 4,7 см, что обеспечивает отличное пространственное разрешение с небольшим перекрытием. Другие параметры, относящиеся к калориметрии: радиационная длина из X0= 4,7 см, а плотность 2,4 г / см3.

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

Криптон-83 имеет применение в магнитно-резонансная томография (МРТ) для визуализации дыхательных путей. В частности, это позволяет рентгенологу различать гидрофобный и гидрофильные поверхности, содержащие дыхательные пути.[37]

Хотя ксенон может использоваться в компьютерная томография (КТ) для оценки регионарной вентиляции, его анестезирующие свойства ограничивают его долю в дыхательном газе до 35%. Дыхательная смесь 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.[38]

В метастабильный изотоп криптон-81м используется в ядерная медицина для легких сканирование вентиляции / перфузии, где он вдыхается и отображается с помощью гамма-камера.[39]

Криптон-85 в атмосфере использовался для обнаружения подпольных предприятий по переработке ядерного топлива в Северная Корея[40] и Пакистан.[41] Эти объекты были обнаружены в начале 2000-х годов и, как предполагалось, производили плутоний оружейного качества.

Криптон иногда используется в качестве изоляционного газа между оконными стеклами.[42]

SpaceX Starlink использовать криптон в качестве топлива для своих электрическая силовая установка.[43]

Меры предосторожности

Криптон считается нетоксичным удушающий.[44] Криптон имеет наркотический эффективность в семь раз выше, чем у воздуха, и вдыхание атмосферы, состоящей из 50% криптона и 50% природного воздуха (как это может случиться в месте утечки), вызывает у людей наркоз, аналогичный дыханию воздуха с четырехкратным атмосферным давлением. Это сопоставимо 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 было бы большим беспокойством.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 88 (3): 265–91. Дои:10.1515 / pac-2015-0305.
  2. ^ Криптон. encyclopedia.airliquide.com
  3. ^ «Раздел 4, Свойства элементов и неорганических соединений; плавление, кипение, тройные и критические температуры элементов». CRC Справочник по химии и физике (85-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. 2005 г.
  4. ^ а б Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 4.121. ISBN  1439855110.
  5. ^ Шуэн-Чен Хван, Роберт Д. Лейн, Дэниел А. Морган (2005). "Благородные газы". Кирк Отмер Энциклопедия химической технологии. Вайли. С. 343–383. DOI: 10.1002 / 0471238961.0701190508230114.a01.
  6. ^ Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений, в Лиде, Д. Р., изд. (2005). CRC Справочник по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5.
  7. ^ Weast, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике. Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN  0-8493-0464-4.
  8. ^ а б Patrignani, C .; и другие. (Группа данных по частицам ) (2016). «Обзор физики элементарных частиц». Китайская физика C. 40 (10): 100001. Bibcode:2016ЧФЦ..40дж0001П. Дои:10.1088/1674-1137/40/10/100001. См. Стр. 768
  9. ^ Уильям Рамзи; Моррис В. Трэверс (1898). «О новой составляющей атмосферного воздуха». Труды Лондонского королевского общества. 63 (1): 405–408. Дои:10.1098 / rspl.1898.0051.
  10. ^ «BIPM и эволюция определения счетчика». Bureau International des Poids et Mesures. 2014-07-26. Получено 2016-06-23.
  11. ^ Пензес, Уильям Б. (2009-01-08). «График времени для определения счетчика». Национальный институт стандартов и технологий. Получено 2016-06-23.
  12. ^ Бурдун, Г. Д. (1958). «О новом определении счетчика». Методы измерения. 1 (3): 259–264. Дои:10.1007 / BF00974680.
  13. ^ Кимоти, Шри Кришна (2002). Неопределенность измерений: физическая и химическая метрология: влияние и анализ. Американское общество качества. п. 122. ISBN  978-0-87389-535-4.
  14. ^ Гиббс, Филип (1997). "Как измеряется скорость света?". Департамент математики Калифорнийского университета. Архивировано из оригинал на 2015-08-21. Получено 2007-03-19.
  15. ^ Единица длины (метр), NIST
  16. ^ «Спектры газовых разрядов». Архивировано из оригинал на 2011-04-02. Получено 2009-10-04.
  17. ^ «Криптон» (PDF). Аргоннская национальная лаборатория, EVS. 2005. Архивировано с оригинал (PDF) на 2009-12-20. Получено 2007-03-17.
  18. ^ Гаврилюк, Ю. М .; Гангапшев, А. М .; Казалов, В. В .; Кузьминов, В. В .; Панасенко, С. И .; Раткевич, С.С. (4 марта 2013 г.). «Показания захвата 2ν2K в 78Kr ". Phys. Ред. C. 87 (3): 035501. Bibcode:2013PhRvC..87c5501G. Дои:10.1103 / PhysRevC.87.035501.
  19. ^ Лиде, Д. Р., изд. (2005). CRC Справочник по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0486-5.
  20. ^ Тоннард, Норберт; MeKay, Ларри Д.; Лаботка, Теодор К. (05.02.2001). «Разработка методов лазерной резонансной ионизации для измерений 81-Kr и 85-Kr в науках о Земле» (PDF). Университет Теннесси, Институт измерений редких изотопов. стр. 4–7. Получено 2007-03-20.
  21. ^ «Ресурсы по изотопам». Геологическая служба США. Архивировано из оригинал на 2001-09-24. Получено 2007-03-20.
  22. ^ а б c Kleppe, Annette K .; Амбоаж, Моника; Джефкоат, Эндрю П. (2014). "Новый компаунд Ван-дер-Ваальса высокого давления Kr (H2)4 открыта в двойной системе криптон-водород ». Научные отчеты. 4: 4989. Bibcode:2014НатСР ... 4Э4989К. Дои:10.1038 / srep04989.
  23. ^ а б Бартлетт, Нил (2003). "Благородные газы". Новости химии и машиностроения. Получено 2006-07-02.
  24. ^ Grosse, A. V .; Киршенбаум, А.Д .; Streng, A. G .; Streng, Л. В. (1963). «Тетрафторид криптона: получение и некоторые свойства». Наука. 139 (3559): 1047–1048. Bibcode:1963Научный ... 139.1047G. Дои:10.1126 / science.139.3559.1047. PMID  17812982.
  25. ^ Прусаков, В. Н .; Соколов, В. Б. (1971). «Дифторид криптона». Советская атомная энергия. 31 (3): 990–999. Дои:10.1007 / BF01375764.
  26. ^ Streng, A .; Гроссе, А. (1964). «Кислота криптона и ее бариевая соль». Наука. 143 (3603): 242–243. Bibcode:1964Научный ... 143..242С. Дои:10.1126 / science.143.3603.242. PMID  17753149.
  27. ^ «Периодическая таблица элементов» (PDF). Химический отдел Лос-Аламосской национальной лаборатории. С. 100–101. Архивировано из оригинал (PDF) 25 ноября 2006 г.. Получено 2007-04-05.
  28. ^ Холлоуэй, Джон Х .; Надежда, Эрик Г. (1998). Сайкс, А.Г. (ред.). Успехи неорганической химии. Академическая пресса. п.57. ISBN  978-0-12-023646-6.
  29. ^ Льюарс, Эррол Г. (2008). Моделирование чудес: вычислительное ожидание новых молекул. Springer. п. 68. ISBN  978-1-4020-6972-7.
  30. ^ «Как производятся продукты: криптон». Получено 2006-07-02.
  31. ^ Карделли, Джейсон А .; Мейер, Дэвид М. (1996). "Изобилие межзвездного криптона". Письма в астрофизический журнал. 477 (1): L57 – L60. Bibcode:1997ApJ ... 477L..57C. Дои:10.1086/310513.
  32. ^ «Меркурий в освещении» (PDF). Кооперативное расширение Кейп-Код. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-09-29. Получено 2007-03-20.
  33. ^ Освещение: полноразмерные люминесцентные лампы. McGraw-Hill Companies, Inc. (2002)
  34. ^ Свойства, применение и использование "редких газов" неона, криптона и ксенона.. Uigi.com. Проверено 30 ноября 2015.
  35. ^ «Лазерные устройства, лазерные шоу и эффекты» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 21.02.2007. Получено 2007-04-05.
  36. ^ Sethian, J .; М. Фридман; М. Майерс. "Разработка лазера на фториде криптона для инерционного термоядерного синтеза" (PDF). Отдел физики плазмы Лаборатории морских исследований. стр. 1–8. Получено 2007-03-20.
  37. ^ Павловская, Г.Е .; Кливленд, З.И.; Ступич, К.Ф .; Basaraba, RJ; и другие. (2005). «Гиперполяризованный криптон-83 как контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 102 (51): 18275–9. Bibcode:2005ПНАС..10218275П. Дои:10.1073 / pnas.0509419102. ЧВК  1317982. PMID  16344474.
  38. ^ Чон, Д; Бек, KC; Саймон, BA; Шиката, H; и другие. (2007). «Влияние добавок с низким содержанием ксенона и криптона на сигнал / шум региональных КТ измерений вентиляции». Журнал прикладной физиологии. 102 (4): 1535–44. Дои:10.1152 / japplphysiol.01235.2005. PMID  17122371.
  39. ^ Bajc, M .; Neilly, J. B .; Миниати, М .; Schuemichen, C .; Meignan, M .; Джонсон, Б. (27 июня 2009 г.). «Рекомендации EANM по вентиляции / перфузионной сцинтиграфии». Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации. 36 (8): 1356–1370. Дои:10.1007 / s00259-009-1170-5. PMID  19562336.
  40. ^ Сэнгер, Дэвид Э .; Шанкер, Том (20.07.2003). «Северная Корея может скрывать новый ядерный объект». Окленд Трибьюн. Архивировано из оригинал на 2016-04-09. Получено 2015-05-01 - через Highbeam Research.
  41. ^ Брэдли, Эд; Мартин, Дэвид (2000-03-16). «Разведка США обнаружила доказательства того, что Пакистан производит ядерное оружие, CBS». Вечерние новости CBS с Дэном Рэзером. Архивировано из оригинал на 2016-10-18. Получено 2015-05-01 - через Highbeam Research.
  42. ^ Эйр, Джеймс (2018-04-28). «Изолированные окна 101 - двойное остекление, тройное остекление, тепловые характеристики и возможные проблемы». cleantechnica.com. Получено 17 мая 2018.
  43. ^ SpaceX. "Миссия Starlink". Событие происходит в 7:10.
  44. ^ Свойства криптона В архиве 2009-02-19 в Wayback Machine. Pt.chemicalstore.com. Проверено 30 ноября 2015.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка