KRIPTONS: VĒSTURE, ĪPAŠĪBAS, STRUKTŪRA, IEGŪŠANA, RISKI, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Kriptons ir cēls gāze, kas tiek pārstāvēta ar simbolu Kr un atrodas periodiskās tabulas 18. grupā. Tā ir gāze, kas seko argonam, un tās pārpilnība ir tik maza, ka to uzskatīja par slēptu; no kurienes nāk tās nosaukums. Tas nav atrodams gandrīz minerālu akmeņos, bet gan dabisko gāzu masās un ir grūti izšķīdis jūrās un okeānos.

Tikai viņa vārds izsauc Supermens, viņa planētas Kriptona un slavenā kriptonīta tēlu - akmeni, kas vājina supervaroni un atņem viņam lielvaras. Dzirdot par to, jūs varat arī domāt par kriptovalūtām vai šifrēšanu, kā arī citiem terminiem, kas savā būtībā ir tālu no šīs gāzes.

Flakons ar kriptonu satraukts ar elektrisko izlādi un mirdz ar baltu gaismu. Avots: Ķīmisko elementu Hi-Res attēli

Tomēr šī cēlgāze ir mazāk ekstravaganta un "slēpta" salīdzinājumā ar iepriekšminētajiem skaitļiem; kaut arī tās reaktivitātes trūkums nenoņem visu iespējamo interesi, kas var izraisīt pētījumus, kas vērsti uz dažādām jomām, īpaši fizisko.

Atšķirībā no citām cēlgāzēm, kriptona izstarotā gaisma, ierosinot elektriskajā laukā, ir balta (augšējais attēls). Tādēļ tas tiek izmantots dažādiem mērķiem apgaismojuma nozarē. Tas var aizstāt praktiski jebkuru neona gaismu un izstarot savu, kas izceļas ar dzeltenīgi zaļu krāsu.

Dabā tas rodas kā sešu stabilu izotopu maisījums, nemaz nerunājot par dažiem radioizotopiem, kas paredzēti kodolmedicīnai. Lai iegūtu šo gāzi, gaiss, ko elpojam, ir jāsašķidrina, un no tā iegūtā šķidruma veic frakcionētu destilāciju, kur kriptonu attīra un atdala tā sastāvā esošajos izotopos.

Pateicoties kriptonam, ir bijis iespējams progresēt kodolsintēzes pētījumos, kā arī lāzeru pielietošanā ķirurģiskiem mērķiem.

Vēsture

- Slēptā elementa atklāšana

1785. gadā angļu ķīmiķis un fiziķis Henrijs Kavendišs atklāja, ka gaiss satur nelielu vielas daudzumu, pat mazāk aktīvu nekā slāpeklis.

Gadsimtu vēlāk angļu fiziķis Lords Raileigh no gaisa izdalīja gāzi, kas, viņaprāt, bija tīrs slāpeklis; bet tad viņš atklāja, ka tas ir smagāks.

1894. gadā skotu ķīmiķis sers Viljams Ramsejs sadarbojās, lai izolētu šo gāzi, kas izrādījās jauns elements: argons. Gadu vēlāk viņš izolēja hēlija gāzi, sildot minerālu kleveītu.

Pats sers Viljams Ramsejs kopā ar savu palīgu, angļu ķīmiķi Morisu Traversu, kriptonu atklāja 1898. gada 30. maijā Londonā.

Ramsijs un Traverss uzskatīja, ka periodiskajā tabulā ir atstarpe starp elementiem argons un hēlijs, un jaunam elementam bija jāaizpilda šī vieta. Ramseja, mēnesi pēc kriptonu atklāšanas, 1898. gada jūnijā, atklāja neonu; elements, kas aizpildīja atstarpi starp hēliju un argonu.

Metodika

Ramsejam radās aizdomas, ka pastāv jauns elements, kas slēpts viņa iepriekšējā atklājumā, tas ir, argons. Ramsejs un Traverss, lai pārbaudītu savu ideju, nolēma no gaisa iegūt lielu argona daudzumu. Šim nolūkam viņiem bija jāveic gaisa sašķidrināšana.

Pēc tam viņi destilēja šķidro gaisu, lai to atdalītu frakcijās un vieglākās frakcijās izpētītu, vai nav vēlamā gāzveida elementa. Bet viņi pieļāva kļūdu, acīmredzot, viņi pārkarsēja sašķidrināto gaisu un iztvaicēja daudz parauga.

Beigu beigās viņiem bija tikai 100 ml parauga, un Ramsejs bija pārliecināts, ka mazāks par argona elementu klātbūtne šajā tilpumā ir maz ticama; bet viņš nolēma izpētīt, vai atlikušajā parauga tilpumā var būt smagāks par argonu elements.

Pēc pārdomām viņš no gāzes izņēma skābekli un slāpekli, izmantojot sarkanīgi karstu varu un magniju. Pēc tam viņš ievietoja atlikušās gāzes paraugu vakuuma mēģenē, pieliekot tam augstu spriegumu, lai iegūtu gāzes spektru.

Kā gaidīts, klāt bija argons, taču viņi pamanīja divu jaunu spilgtu līniju parādīšanos spektrā; viens dzeltens un otrs zaļš, abi no tiem nekad nebija novēroti.

- nosaukuma parādīšanās

Ramsijs un Traverss aprēķināja sakarību starp gāzes īpatnējo siltumu pie pastāvīga spiediena un tā īpatnējo siltumu pie pastāvīga tilpuma, šai attiecībai atrodot vērtību 1,66. Šī vērtība atbilda gāzei, ko veido atsevišķi atomi, parādot, ka tas nebija savienojums.

Tāpēc viņi atradās jaunas gāzes klātbūtnē, un tika atklāts kriptons. Ramseja nolēma to saukt par Kriptonu, vārdu, kas cēlies no grieķu vārda "kripto", kas nozīmē "slēpts". Viljams Ramsejs saņēma Nobela prēmiju ķīmijā 1904. gadā par šo cēlgāzu atklāšanu.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Izskats

Tā ir bezkrāsaina gāze, kuras elektriskajā laukā ir redzama balta kvēlojoša krāsa.

Standarta atomsvars

83 798 u

Atomu skaitlis (Z)

36

Kušanas punkts

-157,37 ºC

Vārīšanās punkts

153 415 ºC

Blīvums

Standarta apstākļos: 3,949 g / L

Šķidrums (viršanas temperatūra): 2,413 g / cm ³

Relatīvais gāzes blīvums

2,9 attiecībā pret gaisu, kura vērtība ir 1. Tas ir, kriptons ir trīs reizes blīvāks nekā gaiss.

Šķīdība ūdenī

59.4 cm ³ /1000 g at 20 ° C temperatūrā

Trīskāršs punkts

115,775 K un 73,53 kPa

Kritiskais punkts

209,48 K un 5,525 MPa

Saplūšanas karstums

1,64 kJ / mol

Iztvaikošanas siltums

9,08 kJ / mol

Molārā kaloritāte

20,95 J / (mol K)

Tvaika spiediens

84 K temperatūrā tā spiediens ir 1 kPa.

Elektronegativitāte

3,0 pēc Pingainga skalas

Jonizācijas enerģija

Pirmais: 1 350,8 kJ / mol.

Otrais: 2 350,4 kJ / mol.

Trešais: 3565 kJ / mol.

Skaņas ātrums

Gāze (23 ºC): 220 m / s

Šķidrums: 1120 m / s

Siltumvadītspēja

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Pasūtīt

Diamagnētiska

Oksidācijas numurs

Kriptons, būdams cēlgāze, nav ļoti reaktīvs un nezaudē un neiegūst elektronus. Ja tai izdodas izveidot cietu vielu ar noteiktu sastāvu, kā tas notiek ar klatrātu Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ vai tā hidrīdu Kr (H ₂ ) ₄ , tad tiek uzskatīts, ka tas piedalās ar skaitli vai oksidācijas stāvokli 0 (Kr ⁰ ). ; tas ir, tā neitrālie atomi mijiedarbojas ar molekulu matricu.

Tomēr kriptons formāli var zaudēt elektronus, ja tas veido saites ar visvairāk elektronegatīvo elementu no visiem: fluoru. KrF ₂ tā oksidācijas skaitlis ir +2, tāpēc tiek pieņemts, ka pastāv divvērtīgais katjons Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ).

Reaģētspēja

1962. gadā tika ziņots par kriptona difluorīda (KrF ₂ ) sintēzi . Šis savienojums ir ļoti gaistošs, bezkrāsains, kristālisks ciets un istabas temperatūrā lēnām sadalās; bet tas ir stabils pie -30 ºC. Kriptona fluors ir spēcīgs oksidējošs un fluorizējošs līdzeklis.

Kriptons reaģē ar fluoru, ja to apvieno elektriskās izlādes caurulē -183 ° C temperatūrā, veidojot KrF ₂ . Reakcija notiek arī tad, ja kriptons un fluors tiek apstaroti ar ultravioleto gaismu -196 ° C temperatūrā.

KRF ⁺ un Kr ₂ F ₃ ⁺ ir savienojumi ar reakcijā KrF veidojas ₂ ar stiprām fluorīda akceptoriem. Kriptons ir daļa no nestabila savienojuma: K (OTeF ₅ ) ₂ , kam ir saite starp kriptonu un skābekli (Kr-O).

Kriptona un slāpekļa saite ir atrodama HCΞN-Kr-F katjonā. Kriptona hidrīdus KrH ₂ var audzēt pie spiediena, kas lielāks par 5 GPa.

20. gadsimta sākumā visus šos savienojumus uzskatīja par neiespējamiem, ņemot vērā nulles reaktivitāti, kāda bija iecerēta šai cēlgāzei.

Struktūra un elektroniskā konfigurācija

Kriptona atoms

Kriptonam, kas ir cēlgāze, ir viss tās valences oktets; tas ir, tā s un p orbitāles ir pilnībā piepildītas ar elektroniem, ko var pārbaudīt to elektroniskajā konfigurācijā:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Tā ir viendabīga gāze neatkarīgi no (līdz šim) spiediena vai temperatūras apstākļiem, kas uz tā darbojas. Tāpēc tā trīs stāvokļus nosaka tā Kr atomu interaktīvā mijiedarbība, ko var iedomāties kā bumbiņas.

Šos Kr atomus, tāpat kā radniecīgos (He, Ne, Ar, utt.), Nav viegli polarizēt, jo tie ir salīdzinoši mazi un tiem ir arī augsts elektronu blīvums; tas ir, šo bumbiņu virsma nav ievērojami deformēta, lai radītu tūlītēju dipolu, kas kaimiņvalsts marmorā inducē citu.

Mijiedarbības mijiedarbība

Tieši šī iemesla dēļ vienīgais spēks, kas kopā satur Kr atomus, ir Londonas izkliedes spēks; bet kriptona gadījumā tie ir ļoti vāji, tāpēc tā atomiem ir nepieciešama zema temperatūra, lai noteiktu šķidrumu vai kristālu.

Tomēr šīs temperatūras (attiecīgi viršanas un kušanas punkti) ir augstākas, salīdzinot ar argonu, neonu un hēliju. Tas ir saistīts ar lielāku kriptona atomu masu, kas ir ekvivalents lielākam atoma rādiusam un tāpēc ir vairāk polarizējams.

Piemēram, kriptona viršanas temperatūra ir ap -153 ºC, savukārt cēlgāzu argona (-186 ºC), neona (-246 ºC) un hēlija (-269 ºC) vārīšanās temperatūra ir zemāka; tas ir, tās gāzēm nepieciešama aukstāka temperatūra (tuvāk -273,15 ºC vai 0 K), lai tās varētu kondensēties šķidruma fāzē.

Šeit mēs redzam, kā viņu atomu rādiuss ir tieši saistīts ar viņu mijiedarbību. Tas pats notiek ar to attiecīgajiem kušanas punktiem, temperatūrā, kurā kriptons beidzot izkristalizējas pie -157 ºC.

Kriptona kristāls

Kad temperatūra pazeminās līdz -157 ° C, Kr atomi tuvojas pietiekami lēni, lai tie varētu vēl vairāk saplūst un definēt baltu kristālu ar uz sejas vērstu kubisko (fcc) struktūru. Tādējādi tagad pastāv strukturāla kārtība, ko pārvalda tās izkliedes spēki.

Lai gan par to nav daudz informācijas, kriptona fcc kristāls var iziet kristāliskās pārejas uz blīvākām fāzēm, ja tas tiek pakļauts milzīgam spiedienam; piemēram, kompakto sešstūru (hcp), kurā Kr atomi būs vairāk sagrupēti.

Neatstājot šo punktu malā, Kr atomus var ieslodzīt ledus būros, kurus sauc par klatrātiem. Ja temperatūra ir pietiekami zema, iespējams, ka ir jaukti kriptona-ūdens kristāli ar Kr atomiem, kas izvietoti un ieskauj ūdens molekulas.

Kur atrast un iegūt

Atmosfēra

Kriptons ir izkliedēts visā atmosfērā, atšķirībā no hēlija nespēj izkļūt no Zemes gravitācijas lauka. Gaisā, ko elpojam, tā koncentrācija ir aptuveni 1 ppm, lai gan tas var mainīties atkarībā no gāzveida izmešiem; vai tie būtu vulkānu izvirdumi, geizeri, karstie avoti vai, iespējams, dabasgāzes atradnes.

Tā kā tas slikti šķīst ūdenī, tā koncentrācija hidrosfērā, visticamāk, būs nenozīmīga. Tas pats notiek ar minerāliem; tajos var ieslodzīt tikai dažus kriptona atomus. Tāpēc vienīgais šīs cēlgāzes avots ir gaiss.

Sašķidrināšana un frakcionētā destilācija

Lai to iegūtu, gaiss ir jāiziet sašķidrināšanas procesā, lai visas tā sastāvdaļas gāzes kondensētos un veidotu šķidrumu. Pēc tam šo šķidrumu silda, frakcionēti destilējot zemā temperatūrā.

Pēc skābekļa, argona un slāpekļa destilēšanas kriptons un ksenons paliek atlikušajā šķidrumā, kas tiek adsorbēts uz aktīvās ogles vai silikagela. Šis šķidrums tiek uzkarsēts līdz -153 ºC, lai destilētu kriptonu.

Visbeidzot, savāktais kriptons tiek attīrīts, izlaižot caur karstu metālisku titānu, kas noņem gāzveida piemaisījumus.

Ja ir vēlams atdalīt tā izotopus, gāzei liek paaugstināties caur stikla kolonnu, kur tā iziet termisko difūziju; gaišāki izotopi celsies augšpusē, savukārt smagāki mēdz palikt apakšā. Piemēram, ⁸⁴ Kr un ⁸⁶ Kr izotopu apakšā savāc atsevišķi.

Kriptonu var uzglabāt Pireksa stikla spuldzēs pie apkārtējā spiediena vai hermētiskā tērauda tvertnēs. Pirms iesaiņošanas to pakļauj kvalitātes kontrolei ar spektroskopijas palīdzību, lai apliecinātu, ka tā spektrs ir unikāls un nesatur citu elementu līnijas.

Kodolsistēma

Vēl viena metode, lai iegūtu kriptonu, ir urāna un plutonija kodolskaldīšana, no kuras tiek iegūts arī to radioaktīvo izotopu maisījums.

Izotopi

Kriptons dabā sastopams kā seši stabili izotopi. Tās ar attiecīgajām pārmērībām uz Zemes ir: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) un ⁸⁶ Kr (17,28%). ⁷⁸ Kr ir izotops; bet tā eliminācijas pusperiods (t _1/2 ) ir tik garš (9,2 · 10 ²¹ gads), ka to praktiski uzskata par stabilu.

Tas ir iemesls, kāpēc tā standarta atomu masa (atomu svars) ir 83,798 u, tuvāk 84 u no ⁸⁴ Kr izotopu .

Nelielos daudzumos tiek atrasts arī radioizotops ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵ ), kas rodas, kad ⁸⁰ Kr saņem kosmiskos starus. Papildus jau pieminētajiem izotopiem ir arī divi sintētiski radioizotopi: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 stundas) un ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 gadi); pēdējais ir tas, kas tiek ražots kā urāna un plutonija kodola dalīšanās produkts.

Riski

Kriptons ir netoksisks elements, jo normālos apstākļos tas nereaģē, kā arī sajaucoties ar spēcīgiem oksidētājiem, tas nerada ugunsbīstamību. Šīs gāzes noplūde nerada briesmas; ja elpojat tieši, izspiežot skābekli un izraisot nosmakšanu.

Kr atomi nonāk organismā un tiek izvadīti no ķermeņa, nepiedaloties nevienā metabolisma reakcijā. Tomēr tie var izspiest skābekli, kam vajadzētu sasniegt plaušas un pārvadāt caur asinīm, tāpēc indivīds var ciest no narkozes vai hipoksijas, kā arī citiem stāvokļiem.

Pretējā gadījumā mēs pastāvīgi elpojam kriptonu katrā gaisa elpā. Tagad stāsts ir atšķirīgs attiecībā uz tā savienojumiem. Piemēram, KrF ₂ ir spēcīgs fluorojošs līdzeklis; un tāpēc tas “piešķirs” anjonus F ^- jebkurai sastopamās bioloģiskās matricas molekulai, kas ir potenciāli bīstama.

Iespējams, ka kriptona klatrāts (ieslodzīts ledus būrī) nav īpaši bīstams, ja vien nav noteiktu piemaisījumu, kas palielina toksicitāti.

Lietojumprogrammas

Ātrgaitas kameru zibspuldzes daļēji ir saistītas ar kriptona ierosmi. Avots: Mhoistion

Kriptons ir sastopams dažādos lietojumos ap artefaktiem vai ierīcēm, kas paredzētas apgaismošanai. Piemēram, tā ir daļa no dzeltenīgi zaļās krāsas "neona gaismām". Kriptona "likumīgās" gaismas ir baltas, jo to emisijas spektrs aptver visas krāsas redzamajā spektrā.

Kriptona baltā gaisma faktiski ir izmantota fotogrāfijām, jo ​​tās ir ļoti intensīvas un ātras, lieliski piemērotas lielu kameru zibspuldzēm vai tūlītējai zibspuldzei uz lidostas skrejceļiem.

Tāpat elektriskās izlādes caurules, kas izstaro šo balto gaismu, var pārklāt ar krāsainu papīru, nodrošinot daudzu krāsu gaismas parādīšanu bez nepieciešamības satraukties, izmantojot citas gāzes.

Tas tiek pievienots volframa kvēlspuldzēm, lai palielinātu to kalpošanas laiku, un argona dienasgaismas spuldzēm tam pašam mērķim, samazinot arī to intensitāti un palielinot izmaksas (jo tas ir dārgāks nekā argons).

Kad kriptons veido gāzveida pildījumu kvēlspuldzēs, tas palielina tā spilgtumu un padara to zilāku.

Lāzeri

Sarkanie lāzeri, kas redzami gaismas šovos, ir balstīti uz kriptona, nevis hēlija-neona maisījuma spektrālajām līnijām.

No otras puses, ar kriptonu var izgatavot jaudīgus ultravioletā starojuma lāzerus: kriptonfluorīda (KrF). Šo lāzeru izmanto fotolitogrāfijā, medicīniskās operācijās, pētījumos kodolsintēzes jomā un cietu materiālu un savienojumu mikroapstrādē (modificējot to virsmu, izmantojot lāzera darbību).

Skaitītāja definīcija

Laika posmā no 1960. līdz 1983. gadam ⁸⁶ Kr izotopu sarkanoranžās spektrālās līnijas viļņa garums (reizināts ar 1 650 763,73) tika izmantots, lai noteiktu precīzu viena metra garumu.

Kodolieroču atklāšana

Tā kā radioizotops ⁸⁵ Kr ir viens no kodolenerģijas darbības produktiem, tad, ja tas tiek atklāts, tas norāda uz kodolieroča detonāciju vai šīs enerģijas nelikumīgām vai slepenām darbībām.

Medicīna

Kriptons ir izmantots medicīnā kā anestēzijas līdzeklis, rentgena absorbētājs, sirds anomāliju detektors un ar lāzeriem precīzi un kontrolēti izgrieztu acu tīkleni.

Tā radioizotopus izmanto arī kodolmedicīnā, lai izpētītu un skenētu gaisa un asiņu plūsmu plaušās un iegūtu pacienta elpceļu kodolmagnētiskās rezonanses attēlus.

Atsauces

1. Gerijs J. Šrobilgens. (2018. gada 28. septembris). Kriptona. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
2. Wikipedia. (2019. gads). Kriptona. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Maikls Pilgaards. (2016, 16. jūlijs). Kriptona ķīmiskās reakcijas. Atgūts no: pilgaardelements.com
4. Kristalogrāfija365. (2014. gada 16. novembris). Ļoti superīgs materiāls - Kriptona kristāla struktūra. Atgūts no: crystallography365.wordpress.com
5. Dr Doug Stewart. (2019. gads). Kriptona elementa fakti. Chemicool. Atgūts no: chemicool.com
6. Markess Migels. (sf). Kriptona. Atgūts no: nautilus.fis.uc.pt
7. Advamegs. (2019. gads). Kriptona. Kā tiek izgatavoti produkti. Atgūts no: madehow.com
8. AZoOptics. (2014. gada 25. aprīlis). Krypton Fluoride Excimer Laser - īpašības un pielietojumi. Atgūts no: azooptics.com