KRYPTON: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПОЛУЧАВАНЕ, РИСКОВЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На криптон е благороден газ, който е представен чрез символ Кр и се намира в група 18 от периодичната таблица. Газът следва аргона и неговото изобилие е толкова малко, че се смята за скрито; оттам идва и името му. Не се намира почти в минералните камъни, а в маси от природни газове и трудно се разтваря в моретата и океаните.

Само името му предизвиква образа на Супермен, неговата планета Криптон и известния криптонит, камък, който отслабва супергероя и го лишава от неговите суперсили. Можете също да мислите за криптовалути или криптовалута, когато чуете за това, както и други термини, които са по същество далеч от този газ.

Флакон с криптон, възбуден от електрически разряд и светещ с бяла светлина. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

Този благороден газ обаче е по-малко екстравагантен и „скрит“ в сравнение с тези фигури, споменати по-горе; въпреки че липсата на реактивност не отнема целия потенциален интерес, който може да предизвика изследвания, фокусирани върху различни области, особено физическата.

За разлика от другите благородни газове, светлината, излъчвана от криптона при възбуждане в електрическо поле, е бяла (горно изображение). Поради това се използва за различни приложения в осветителната индустрия. Той може да замени практически всяка неонова светлина и да излъчва своя собствена, която се отличава с това, че е жълтозелена.

Той се среща в природата като смес от шест стабилни изотопа, да не говорим за някои радиоизотопи, предназначени за ядрената медицина. За да се получи този газ, въздухът, който дишаме, трябва да се втечнява и получената в него течност се подлага на фракционна дестилация, при което криптонът след това се пречиства и отделя в съставните му изотопи.

Благодарение на криптона беше възможно да се напредне в изследвания на ядрен синтез, както и в приложението на лазери за хирургически цели.

история

- Откриване на скрития елемент

През 1785 г. английският химик и физик Хенри Кавендиш открива, че въздухът съдържа малка част от веществото, дори по-малко активно от азота.

Век по-късно английският физик лорд Рейли изолира от въздуха газ, който според него е чист азот; но след това откри, че е по-тежко.

През 1894 г. шотландският химик, сър Уилям Рамзи, сътрудничи за изолирането на този газ, който се оказва нов елемент: аргон. Година по-късно той изолира хелиевия газ чрез нагряване на минералния клеветит.

Самият сър Уилям Рамзи, заедно със своя асистент, английският химик Морис Травърс, откриха криптън на 30 май 1898 г. в Лондон.

Рамзи и Травърс смятаха, че в периодичната таблица има пространство между елементите аргон и хелий и нов елемент трябваше да запълни това пространство. Рамзи, месец след откриването на криптон, юни 1898 г., открива неона; елемент, който запълни пространството между хелий и аргон.

методология

Рамзи подозира съществуването на нов елемент, скрит в предишното му откритие, този на аргон. Рамзи и Травърс, за да тестват идеята си, решават да получат голям обем аргон от въздуха. За това те трябваше да произведат втечняване на въздуха.

След това те дестилират течния въздух, за да го разделят на фракции и изследват в по-леките фракции за наличието на желания газообразен елемент. Но те направиха грешка, явно прегрели втечнения въздух и изпариха много от пробата.

В крайна сметка те имаха само 100 мл от пробата и Рамзи беше убеден, че присъствието на елемента, по-лек от аргона в този обем, е малко вероятно; но той реши да проучи възможността за елемент, по-тежък от аргона в остатъчния обем на пробата.

След мисълта си, той отстрани кислорода и азота от газа, използвайки гореща мед и магнезий. След това той постави проба от останалия газ във вакуумна тръба, прилагайки към него високо напрежение, за да получи спектъра на газа.

Както се очакваше, аргонът присъстваше, но те забелязаха появата на две нови ярки линии в спектъра; едното жълто, а другото зелено, и двете, които никога не са били наблюдавани.

- Появяване на името

Рамзи и Травърс изчислиха връзката между специфичната топлина на газ при постоянно налягане и неговата специфична топлина при постоянен обем, като намериха стойност 1,66 за тази връзка. Тази стойност съответства на газ, образуван от отделни атоми, което показва, че не е съединение.

Следователно те бяха в присъствието на нов газ и бяха открити криптони. Рамзи реши да го нарече Krypton, дума, получена от гръцката дума „krypto“, която означава „скрита“. Уилям Рамзи получи Нобеловата награда за химия през 1904 г. за откриването на тези благородни газове.

Физични и химични свойства

Външен вид

Това е безцветен газ, който проявява бял цвят с нажежаема жичка в електрическо поле.

Стандартно атомно тегло

83,798 ф

Атомно число (Z)

36

Точка на топене

-157,37 ° С

Точка на кипене

153,415 ºC

плътност

При стандартни условия: 3,949 g / L

Течно състояние (точка на кипене): 2.413 гр / см ³

Относителна плътност на газа

2.9 по отношение на въздуха със стойност = 1. Тоест криптонът е три пъти по-плътен от въздуха.

Разтворимост във вода

59,4 cm ³ /1000 грама при 20 ° С

Тройна точка

115.775 K и 73.53 kPa

Критична точка

209,48 К и 5,525 МРа

Топлина от синтез

1,64 kJ / mol

Топлина от изпаряване

9,08 kJ / mol

Моларен калоричен капацитет

20,95 J / (мол K)

Парно налягане

При температура 84 К има налягане 1 kPa.

Електроотрицателност

3.0 по скалата на Полинг

Йонизационна енергия

Първо: 1350,8 kJ / mol.

Второ: 2350.4 kJ / mol.

Трето: 3,565 kJ / mol.

Скорост на звука

Газ (23 ºC): 220 m / s

Течност: 1,120 m / s

Топлопроводимост

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Поръчка

диамагнитно

Окислително число

Криптон, бидейки благороден газ, не е много реактивен и не губи и не печели електрони. Ако той успее да образува твърдо вещество с определен състав, както се случва с клатрата Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ или неговия хидрид Kr (H ₂) ₄, тогава се казва, че участва с число или състояние на окисление 0 (Kr ⁰); тоест нейните неутрални атоми взаимодействат с матрица от молекули.

Криптонът обаче може формално да загуби електрони, ако образува връзки с най-електроотрицателния елемент от всички: флуор. В KrF ₂ неговото окисление е 2, така че наличието на двувалентен катион Кр ²⁺ (Кр ²⁺ F ₂ ^-) се приема.

реактивност

През 1962 г. се съобщава за синтеза на криптон дифлуорид (KrF ₂). Това съединение е силно летливо, безцветно, кристално твърдо вещество и се разлага бавно при стайна температура; но е стабилен при -30 ºC. Криптон флуорид е мощен окисляващ и флуориращ агент.

Криптон реагира с флуор, когато се комбинира в тръба електрически разряд при -183 ° С, образувайки KrF ₂. Реакцията възниква също, когато криптонът и флуорът се облъчват с ултравиолетова светлина при -196 ° С.

KrF ⁺ и Кр ₂ F ₃ ⁺ са съединения, образувани чрез взаимодействие на KrF ₂ със силни флуорид акцептори. Криптонът е част от нестабилно съединение: K (OTeF ₅) ₂, което има връзка между криптон и кислород (Kr-O).

Криптон-азотната връзка се намира в катиона HCΞN-Kr-F. Криптон хидриди, KRH ₂, могат да се отглеждат при налягане по-голямо от 5 GPa.

В началото на 20 век всички тези съединения се считат за невъзможни предвид нулевата реактивност, която е замислена от този благороден газ.

Структура и електронна конфигурация

Криптонен атом

Криптон, бидейки благороден газ, има целия си валентски октет; това означава, че нейните s и p орбитали са напълно запълнени с електрони, което може да се провери в тяхната електронна конфигурация:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Това е монотомен газ, независимо от (към днешна дата) условията на налягане или температура, които действат върху него. Следователно трите му състояния се определят от междутомните взаимодействия на неговите атоми Kr, които могат да бъдат представени като мрамори.

Тези атоми на Кр, подобно на техните конгенери (He, Ne, Ar и др.), Не са лесни за поляризиране, тъй като са сравнително малки и също имат висока електронна плътност; тоест повърхността на тези мрамори не се деформира значително, за да генерира мигновен дипол, който индуцира друг в съседен мрамор.

Взаимодействащи взаимодействия

Именно поради тази причина единствената сила, която държи атомите Kr заедно, е разпръскващата сила в Лондон; но те са много слаби в случай на криптон, затова са необходими ниски температури, за да могат атомите му да определят течност или кристал.

Въпреки това, тези температури (съответно точки на кипене и топене) са по-високи в сравнение с аргон, неон и хелий. Това се дължи на по-голямата атомна маса на криптона, еквивалентна на по-голям атомен радиус и следователно по-поляризируема.

Например, температурата на кипене на криптона е около -153 ° C, докато тези на благородните газове аргон (-186 ° C), неон (-246 ° C) и хелий (-269 ° C) са по-ниски; т. е. газовете му се нуждаят от по-ниски температури (по-близо до -273,15 ºC или 0 K), за да могат да се кондензират в течната фаза.

Тук виждаме как размерът на техните атомни радиуси е пряко свързан с техните взаимодействия. Същото се случва и със съответните им точки на топене, температурата, при която накрая кристалетът кристализира при -157 ° C.

Криптонен кристал

Когато температурата падне до -157 ° C, атомите на Kr се приближават достатъчно бавно, за да се слеят по-нататък и да дефинират бял кристал с ориентирана към лицето кубична структура (fcc). По този начин сега съществува структурен ред, управляван от неговите сили за разпръскване.

Въпреки че няма много информация за него, кристалът на криптон FCC може да претърпи кристални преходи към по-плътни фази, ако е подложен на огромно налягане; подобно на компактния шестоъгълник (hcp), в който атомите на Kr ще бъдат по-групирани.

Освен това, без да оставя тази точка настрана, атомите на Кр могат да бъдат хванати в ледени клетки, наречени клатрати. Ако температурата е достатъчно ниска, може да има смесени кристали криптон-вода, с атомите на Кр, подредени и заобиколени от водни молекули.

Къде да намеря и получавам

атмосфера

Криптонът е дифузен в цялата атмосфера, неспособен да избяга от гравитационното поле на Земята за разлика от хелия. Във въздуха, който дишаме, концентрацията му е около 1 ppm, въпреки че това може да варира в зависимост от газообразните емисии; било то вулканични изригвания, гейзери, горещи извори или може би находища на природен газ.

Тъй като е слабо разтворим във вода, концентрацията му в хидросферата вероятно е незначителна. Същото се случва и с минералите; малко криптонови атоми могат да бъдат хванати в тях. Следователно единственият източник на този благороден газ е въздухът.

Втечняване и фракционна дестилация

За да го получи, въздухът трябва да премине през процес на втечняване, така че всички негови компоненти да се кондензират и да образуват течност. След това тази течност се нагрява чрез прилагане на фракционна дестилация при ниски температури.

След като кислородът, аргонът и азотът се дестилират, криптонът и ксенонът остават в останалата течност, която се адсорбира върху активен въглен или силикагел. Тази течност се нагрява до -153 ° С, за да се дестилира криптона.

Накрая, събраният криптон се пречиства чрез преминаване през горещ метален титан, който отстранява газообразните примеси.

Ако се желае разделянето на изотопите му, газът се издига през стъклена колона, където се подлага на термична дифузия; по-леките изотопи ще се издигнат към върха, докато по-тежките ще останат на дъното. Така изотопът ⁸⁴ Kr и ⁸⁶ Kr например се събира отделно на дъното.

Krypton може да се съхранява в стъклени крушки Pyrex при атмосферно налягане или в херметични стоманени резервоари. Преди опаковане той се подлага на контрол на качеството чрез спектроскопия, за да се удостовери, че неговият спектър е уникален и не съдържа линии от други елементи.

Ядрен делене

Друг метод за получаване на криптон се състои в ядреното делене на уран и плутоний, от който също се получава смес от техните радиоактивни изотопи.

Изотопи

Криптон се среща в природата като шест стабилни изотопа. Те, със съответните им изобилия на Земята, са: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) и ⁸⁶ Кр (17,28%). В ⁷⁸ Кр е радиоактивен изотоп; но полуразпадът му (t _1/2) е толкова дълъг (9,2 · 10 ²¹ години), че на практика се счита за стабилен.

Ето защо стандартната му атомна маса (атомно тегло) е 83.798 u, по-близо до 84 u на изотопа ⁸⁴ Kr.

В следи от количества се намира и радиоизотопът ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2.3 · 10 ⁵), който се получава, когато ⁸⁰ Kr получава космически лъчи. В допълнение към вече споменатите изотопи има два синтетични радиоизотопа: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 часа) и ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 години); последното е това, което се произвежда като продукт на ядреното делене на уран и плутоний.

Рискове

Криптонът е нетоксичен елемент, тъй като не реагира при нормални условия, нито представлява риск от пожар при смесване със силни окислители. Изтичането на този газ не представлява никаква опасност; освен ако не дишате директно, измествайки кислорода и причинявайки задушаване.

Кр атомите влизат и се изхвърлят от тялото, без да участват в никаква метаболитна реакция. Те обаче могат да изместят кислорода, който трябва да достигне до белите дробове и да се транспортират през кръвта, така че индивидът може да страда от наркоза или хипоксия, както и други състояния.

В противен случай ние постоянно дишаме криптон при всеки глътка въздух. Сега по отношение на неговите съединения, историята е друга. Например, KrF ₂ е мощен флуориращо средство; и следователно, той ще "даде" аниони F ^- на всяка молекула от биологичната матрица, която среща, като е потенциално опасна.

Вероятно криптон клатрат (хванат в ледена клетка) не е значително опасен, освен ако няма определени примеси, които добавят токсичност.

Приложения

Светкавиците от високоскоростните камери се дължат отчасти на възбуждането на криптона. Източник: Mhoistion

Krypton присъства в различни приложения около артефакти или устройства, предназначени за осветление. Например, тя е част от "неоновите светлини" на жълтеникаво зелени цветове. „Законните“ светлини на Криптон са бели, тъй като техният спектър на емисии обхваща всички цветове във видимия спектър.

Бялата светлина на криптона всъщност се използва за фотографии, тъй като те са много интензивни и бързи, като са идеални за високоскоростни светкавици на камерата или за мигновени светкавици на летищните писти.

По същия начин електрическите тръби за изхвърляне, които излъчват тази бяла светлина, могат да бъдат покрити с цветни хартии, което ще даде ефект на показване на светлини с много цветове, без да е необходимо да се възбужда с помощта на други газове.

Той се добавя към волфрамовите крушки с нажежаема жичка за увеличаване на полезния им живот и към аргоновите флуоресцентни лампи със същата цел, като също така намалява тяхната интензивност и увеличава разходите си (тъй като е по-скъп от аргона).

Когато криптонът напълни газообразните крушки с нажежаема жичка, той увеличава яркостта си и го прави по-синкав.

Лазери

Червените лазери, наблюдавани в светлинни предавания, се основават на спектралните линии на криптона, а не на хелиево-неоновата смес.

От друга страна, мощни лазери за ултравиолетово лъчение могат да бъдат направени с криптон: тези на криптонов флуорид (KrF). Този лазер се използва за фотолитография, медицински операции, изследвания в областта на ядрения синтез и микро-обработка на твърди материали и съединения (променящи повърхността им чрез действието на лазера).

Определение на електромера

Между 1960 и 1983 г. е използвана дължината на вълната на червено-оранжевата спектрална линия на изотопа ⁸⁶ Kr (умножена по 1650 763,73), за да се определи точната дължина на един метър.

Откриване на ядрени оръжия

Тъй като радиоизотопът ⁸⁵ Кр е един от продуктите на ядрената дейност, където той е открит, това е индикация, че е имало детонация на ядрено оръжие или че се извършват незаконни или нелегални дейности на въпросната енергия.

Лекарство

Криптон е използван в медицината като анестетик, рентгенов абсорбтор, детектор за сърдечни аномалии и за рязане на ретината на очите с лазерите си прецизно и контролирано.

Неговите радиоизотопи имат приложение и в ядрената медицина, за изследване и сканиране на потока въздух и кръв в белите дробове, както и за получаване на ядрено-магнитен резонанс на дихателните пътища на пациента.

Препратки

1. Гари Дж. Шробилген. (28 септември 2018 г.). Криптон. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Криптон. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Майкъл Пилгард. (2016 г., 16 юли). Криптонови химически реакции. Възстановени от: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16 ноември 2014 г.). Супер готин материал - кристалната структура на Криптон. Възстановено от: crystallography365.wordpress.com
5. Д-р Дъг Стюарт. (2019). Факти на криптоновия елемент. Chemicool. Възстановено от: chemicool.com
6. Маркес Мигел. (SF). Криптон. Възстановено от: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Криптон. Как се правят продуктите Възстановени от: madehow.com
8. AZoOptics. (25 април 2014 г.). Криптонов флуориден ексимерен лазер - свойства и приложения. Възстановени от: azooptics.com