KRIPTONAS: ISTORIJA, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, GAVIMAS, RIZIKA, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Kriptonu yra inertinės dujos, kurios yra išreikšta simboliu, Kr ir yra 18 grupės periodinės lentelės. Tai dujos, einančios po argono, o jų gausa yra tokia maža, kad jos buvo laikomos paslėptomis; iš kur kilęs jos vardas. Jo nėra beveik mineraliniuose akmenyse, bet natūralių dujų masėje ir sunkiai ištirpstančiame jūrose ir vandenynuose.

Vien jo vardas iššaukia Supermeno, jo planetos Kriptono ir garsiojo kriptonito įvaizdį - akmenį, kuris silpnina superherojų ir atima iš jo supervalstybes. Taip pat galite galvoti apie kriptovaliutą ar kriptovaliutą, kai apie tai girdite, taip pat apie kitus terminus, kurie savo esme yra toli nuo šių dujų.

Buteliukas su kriptonu sužadinamas elektros iškrova ir švyti balta šviesa. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Tačiau šios tauriosios dujos yra mažiau ekstravagantiškos ir „paslėptos“, palyginti su minėtais skaičiais; nors dėl reaktyvumo stokos jis neatima viso galimo susidomėjimo, kuris gali sukelti tyrimus, orientuotus į skirtingas sritis, ypač fizinę.

Skirtingai nuo kitų tauriųjų dujų, kriptono skleidžiama šviesa, kai jis sužadinamas elektriniame lauke, yra balta (vaizdas viršuje). Dėl šios priežasties jis naudojamas įvairioms reikmėms apšvietimo pramonėje. Jis gali pakeisti praktiškai bet kokią neoninę šviesą ir skleisti savo, kuri išsiskiria gelsvai žalia spalva.

Gamtoje jis atsiranda kaip šešių stabilių izotopų mišinys, jau neminint kai kurių radioizotopų, skirtų branduolinei medicinai. Norint gauti šias dujas, oras, kuriuo kvėpuojame, turi būti suskystintas, o jo gautas skystis distiliuojamas frakciniu būdu, tada kriptonas yra išgryninamas ir padalijamas į jo sudedamuosius izotopus.

Dėl kriptono buvo įmanoma pasistūmėti į branduolio sintezės tyrimus, taip pat lazerių taikymą chirurgijos tikslams.

Istorija

- Paslėpto elemento atradimas

1785 m. Anglų chemikas ir fizikas Henry Cavendishas atrado, kad ore yra nedidelė dalis medžiagos, net mažiau aktyvios nei azotas.

Po šimtmečio anglų fizikas lordas Rayleigh'as iš oro išskyrė dujas, kurios, jo manymu, buvo grynas azotas; bet tada jis atrado, kad jis sunkesnis.

1894 m. Škotų chemikas seras Williamas Ramsey bendradarbiavo norėdamas išskirti šias dujas, kurios pasirodė esąs naujas elementas: argonas. Po metų jis išskyrė helio dujas, kaitindamas mineralinį Cleveite.

Pats seras Williamas Ramsey kartu su savo padėjėju, anglų chemiku Morisu Traversu, 1898 m. Gegužės 30 d. Londone atrado kriptoną.

Ramsey ir Traversas manė, kad periodinėje lentelėje yra tarpas tarp elementų argono ir helio, ir šią vietą turėjo užpildyti naujas elementas. Ramsey, praėjus mėnesiui po kriptono atradimo, 1898 m. Birželio mėn., Atrado neoną; elementas, kuris užpildė tarpą tarp helio ir argono.

Metodika

Ramsey įtarė naujo elemento, paslėpto ankstesniame atradime, egzistavimą - argono. Ramsey ir Traversas, norėdami išbandyti savo idėją, nusprendė iš oro gauti didelį kiekį argono. Tam jie turėjo suskystinti orą.

Tada jie distiliuodavo skystą orą, kad jį atskirtų į frakcijas ir lengvesnėse frakcijose tyrinėjo, ar nėra norimo dujinio elemento. Bet jie padarė klaidą, matyt, perkaitino suskystintą orą ir išgarino daug mėginio.

Galų gale jie turėjo tik 100 ml mėginio ir Ramsey buvo įsitikinęs, kad lengvesnis nei argonas elementas tokio tūrio neturi; tačiau jis nusprendė ištirti sunkesnio nei argono elemento galimybę likutiniame mėginio tūryje.

Remdamasis savo mintimis, jis pašalino deguonį ir azotą iš dujų, naudodamas raudonai karštą varį ir magnį. Tada jis įdėjo likusių dujų mėginį į vakuuminį vamzdelį, įdėdamas į jį didelę įtampą, kad gautų dujų spektrą.

Kaip ir tikėtasi, buvo argono, tačiau jie pastebėjo, kad spektre atsirado dvi naujos ryškios linijos; vienas geltonas, o kitas žalias, kurių abu niekada nebuvo pastebėta.

- Vardo atsiradimas

Ramsey ir Traversas apskaičiavo santykį tarp savitosios dujų šilumos esant pastoviam slėgiui ir jos savitosios šilumos esant pastoviam tūriui, nustatant šio santykio 1,66 vertę. Ši vertė atitiko dujas, kurias sudarė atskiri atomai, parodydami, kad tai nėra junginys.

Todėl jose buvo naujos dujos ir buvo atrastas kriptonas. Ramsey nusprendė tai vadinti Krypton - žodžiu, kilusiu iš graikų kalbos žodžio „kripto“, kuris reiškia „paslėptas“. 1904 m. William Ramsey gavo Nobelio chemijos premiją už šių tauriųjų dujų atradimą.

Fizinės ir cheminės savybės

Išvaizda

Tai yra bespalvės dujos, kurios elektriniame lauke parodo kaitriai baltą spalvą.

Standartinis atominis svoris

83 798 u

Atominis skaičius (Z)

36

Lydymosi temperatūra

-157,37 ºC

Virimo taškas

153 415 ºC

Tankis

Standartinėmis sąlygomis: 3,949 g / L

Skystumas (virimo temperatūra): 2,413 g / cm ³

Santykinis dujų tankis

2,9 oro atžvilgiu, kurio vertė = 1. T. y., Kriptonas yra tris kartus tankesnis už orą.

Tirpumas vandenyje

59,4 cm ³ /1000 g 20 ° C temperatūroje

Trigubas taškas

115,775 K ir 73,53 kPa

Kritinis taškas

209,48 K ir 5,525 MPa

Lydymosi šiluma

1,64 kJ / mol

Garinimo šiluma

9,08 kJ / mol

Molinė kalorinė talpa

20,95 J / (mol K)

Garų slėgis

84 K temperatūroje jo slėgis yra 1 kPa.

Elektronegatyvumas

3.0 pagal Paulingo skalę

Jonizacijos energija

Pirma: 1 350,8 kJ / mol.

Antrasis: 2 350,4 kJ / mol.

Trečia: 3565 kJ / mol.

Garso greitis

Dujos (23 ºC): 220 m / s

Skystis: 1120 m / s

Šilumos laidumas

9,43 · 10 ^–3 W / (m · K)

Įsakymas

Diamagnetinis

Oksidacijos numeris

Kriptonas, būdamas tauriosios dujos, nėra labai reaktyvus ir nepraranda ar neįgauna elektronų. Jei jam pavyksta suformuoti kietą medžiagą su apibrėžta sudėtimi, kaip atsitinka su klatratu Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ arba jo hidridu Kr (H ₂ ) ₄ , tada sakoma, kad jis dalyvauja skaičiaus arba oksidacijos būsenoje 0 (Kr ⁰ ). ; ty neutralūs jo atomai sąveikauja su molekulių matrica.

Tačiau kriptonas gali oficialiai prarasti elektronus, jei jis suformuoja ryšius su labiausiai elektroneigiamu elementu iš visų: fluoru. KrF ₂ oksidacijos skaičius yra +2, todėl daroma prielaida, kad yra dvivalentis katijonas Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ).

Reaktyvumas

1962 m. Buvo pranešta apie kriptono difluorido (KrF ₂ ) sintezę . Šis junginys yra labai lakus, bespalvis, kristalinis kietas ir kambario temperatūroje lėtai skyla; tačiau jis yra stabilus esant –30 ºC. Kriptono fluoras yra galinga oksiduojanti ir fluorinanti medžiaga.

Kriptonas reaguoja su fluoru, kai sujungiamas elektros iškrovos vamzdyje -183 ° C temperatūroje, sudarydamas KrF ₂ . Reakcija taip pat įvyksta, kai kriptonas ir fluoras yra švitinami ultravioletiniu spinduliu -196 ° C temperatūroje.

KrF ⁺ ir Kr ₂ F ₃ ⁺ yra junginiai, suformuotuose KRF reakcijos ₂ su stiprių fluorido akceptorių. Kriptonas yra nestabilaus junginio: K (OTeF ₅ ) _{2 dalis} , turintis ryšį tarp kriptono ir deguonies (Kr-O).

Kryptono ir azoto jungtis randama HC AN-Kr-F katijonuose. Kriptono hidridai, KrH ₂ , gali būti auginami esant didesniam nei 5 GPa slėgiui.

20-ojo amžiaus pradžioje visi šie junginiai buvo laikomi neįmanomais, atsižvelgiant į nulinį šių tauriųjų dujų reaktyvumą.

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Kriptono atomas

Kriptonas, būdamas tauriųjų dujų, turi visą savo valentinį oktetą; tai yra, jo s ir p orbitalės yra visiškai užpildytos elektronais, kuriuos galima patikrinti jų elektronine konfigūracija:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Tai yra monatominės dujos, nepriklausomai nuo (iki šiol) slėgio ar temperatūros sąlygų, kurios jas veikia. Todėl jos tris būsenas apibūdina interatominė jos Kr atomų sąveika, kurią galima įsivaizduoti kaip marmurą.

Šiuos Kr atomus, kaip ir giminingus junginius (He, Ne, Ar ir kt.), Nėra lengva poliarizuoti, nes jie yra santykinai maži ir taip pat turi aukštą elektronų tankį; tai yra, šių rutuliukų paviršius nėra pastebimai deformuotas, kad susidarytų momentinis dipolis, kuris indukuoja kitą kaimyniniame marmure.

Sąveikos sąveikos

Dėl šios priežasties vienintelė jėga, laikanti Kr atomus kartu, yra Londone išsibarstanti jėga; tačiau kriptono atveju jie yra labai silpni, todėl jo atomams reikia žemos temperatūros, kad būtų galima apibūdinti skystį ar kristalą.

Tačiau šios temperatūros (atitinkamai virimo ir lydymosi temperatūros) yra aukštesnės, palyginti su argono, neono ir helio. Taip yra dėl didesnės kriptono atominės masės, lygios didesniam atominiam spinduliui ir todėl labiau poliarizuotos.

Pvz., Kriptono virimo temperatūra yra apie –153 ºC, o tauriųjų dujų argono (–186 ºC), neono (–246 ºC) ir helio (–269 ºC) virimo temperatūra yra žemesnė; y., kad jos dujos galėtų kondensuotis į skystą fazę, jai reikalinga šaltesnė temperatūra (arčiau –273,15 ºC arba 0 K).

Čia matome, kaip jų atominių spindulių dydis yra tiesiogiai susijęs su jų sąveika. Tas pats atsitinka su atitinkamomis jų lydymosi taškais, kai temperatūra kriptonas galutinai kristalizuojasi esant -157 ºC.

Kriptono kristalas

Kai temperatūra nukrenta iki -157 ° C, Kr atomai artėja pakankamai lėtai, kad galėtų toliau susilieti ir apibrėžtų baltą kristalą, kurio veido pusė būtų kubinė (fcc). Taigi dabar egzistuoja struktūrinė tvarka, kurią valdo jos išsklaidymo jėgos.

Nors informacijos apie tai nėra daug, kriptono fcc kristalai gali kristaliniu būdu pereiti į tankesnes fazes, jei jis patiria didžiulį spaudimą; kaip kompaktiškas šešiakampis (hcp), kuriame Kr atomai bus labiau sugrupuoti.

Be to, nepalikdami šio taško nuošalyje, Kr atomai gali būti įstrigę ledo narvuose, vadinamuose klatratais. Jei temperatūra yra pakankamai žema, galbūt gali būti mišrių kriptono ir vandens kristalų, kuriuose Kr atomai yra išdėstyti ir apsupti vandens molekulių.

Kur rasti ir gauti

Atmosfera

Kriptonas pasklinda po visą atmosferą, skirtingai nei helis, negali išbristi iš žemės gravitacinio lauko. Ore, kuriuo kvėpuojame, jo koncentracija yra maždaug 1 ppm, nors tai gali skirtis priklausomai nuo dujinių teršalų; ar tai būtų ugnikalnių išsiveržimai, geizeriai, karštosios versmės ar galbūt gamtinių dujų telkiniai.

Kadangi jis mažai tirpsta vandenyje, jo koncentracija hidrosferoje greičiausiai bus nereikšminga. Tas pats nutinka ir su mineralais; juose gali būti įstrigę keli kriptono atomai. Todėl vienintelis šių tauriųjų dujų šaltinis yra oras.

Suskystinimas ir frakcinis distiliavimas

Norint jį gauti, oras turi būti skystinamas, kad visos jo sudedamosios dujos kondensuotųsi ir susidarytų skystis. Tada šis skystis kaitinamas frakciniu distiliavimu žemoje temperatūroje.

Kai deguonis, argonas ir azotas yra distiliuojami, kriptonas ir ksenonas lieka likusiame skystyje, kuris adsorbuojamas ant aktyvuotos anglies arba silikagelio. Šis skystis pašildomas iki -153 ºC, kad kriptonas būtų distiliuotas.

Galiausiai surinktas kriptonas išvalomas, praleidžiant pro karštą metalinį titaną, kuris pašalina dujines priemaišas.

Jei norima atskirti izotopus, dujos priverstos kilti per stiklinę koloną, kur jos būtų difuzinės; lengvesni izotopai kils į viršų, tuo tarpu sunkesni bus linkę išlikti apačioje. Pavyzdžiui, ⁸⁴ Kr ir ⁸⁶ Kr izotopai apačioje surenkami atskirai.

Kriptoną galima laikyti Pyrex stiklinėse lemputėse esant aplinkos slėgiui arba hermetiškose plieno talpyklose. Prieš pakuojant, atliekant kokybės patikrinimą, naudojant spektroskopiją, patikrinama, ar jo spektras yra unikalus ir jame nėra kitų elementų linijų.

Branduolinė pjūvis

Kitas būdas gauti kriptoną yra urano ir plutonio branduolio dalijimasis, iš kurio taip pat gaminamas jų radioaktyviųjų izotopų mišinys.

Izotopai

Kriptonas gamtoje atsiranda kaip šeši stabilūs izotopai. Tai, su atitinkamu jų gausumu Žemėje, yra: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr. (56,99 proc.) Ir ⁸⁶ kr (17,28 proc.). ⁷⁸ Kr yra radioaktyvusis izotopas; bet jo pusinės eliminacijos laikas (t _1/2 ) yra toks ilgas (9,2 · 10 ²¹ metų), kad praktiškai laikomas stabiliu.

Štai kodėl jo standartinė atominė masė (atominė masė) yra 83,798 u, arčiau 84 u iz 84 ⁸⁴ izotopo .

Mažais kiekiais taip pat randamas radioaktyvusis izotopas ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵ ), kuris susidaro, kai ⁸⁰ Kr gauna kosminius spindulius. Be jau minėtų izotopų, yra ir du sintetiniai radioizotopai: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 valandos) ir ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 metų); pastarasis yra gaminamas kaip urano ir plutonio branduolio dalijimosi produktas.

Pavojai

Kriptonas yra netoksiškas elementas, nes normaliomis sąlygomis jis nereaguoja, o mišinys su stipriais oksidatoriais nekelia gaisro pavojaus. Šių dujų nuotėkis nekelia pavojaus; nebent jūs kvėpuojate tiesiogiai, išstumdami deguonį ir sukeldami uždusimą.

Kr atomai patenka į organizmą ir pašalinami iš jo, nedalyvaujant jokioje metabolinėje reakcijoje. Tačiau jie gali išstumti deguonį, kuris turėtų patekti į plaučius ir būti perneštas per kraują, todėl žmogus gali kenkti nuo narkozės ar hipoksijos, taip pat dėl ​​kitų ligų.

Priešingu atveju mes nuolat kvėpuojame kriptonu kiekvienu oro įkvėpimu. Dabar, kalbant apie jo junginius, istorija yra kitokia. Pvz., KrF ₂ yra galingas fluorinantis agentas; todėl jis „suteiks“ anijonus F ^- bet kuriai biologinės matricos molekulei, su kuria ji susiduria, ir yra potencialiai pavojinga.

Tikėtina, kad kriptono klatratas (įstrigęs ledo narve) nėra labai pavojingas, nebent yra tam tikrų priemaišų, kurios padidina toksiškumą.

Programos

Greitaeigių fotoaparatų blykstės iš dalies atsiranda dėl kriptono sužadinimo. Šaltinis: Mhoistion

Kriptono yra įvairiose reikmėse aplink artefaktus ar prietaisus, skirtus apšvietimui. Pavyzdžiui, ji yra gelsvai žalių spalvų „neoninių lempučių“ dalis. Kryptono „legalūs“ žibintai yra balti, nes jų spinduliavimo spektras apima visas matomo spektro spalvas.

Balta kriptono šviesa iš tikrųjų buvo naudojama fotografijoms, nes jos yra labai intensyvios ir greitos, todėl puikiai tinka greitaeigiams fotoaparatų blyksniams arba momentiniams blyksniams oro uostų kilimo ir tūpimo takuose.

Panašiai šią baltą šviesą skleidžiantys elektros išlydžio vamzdeliai gali būti padengti spalvotu popieriumi, suteikiantį galimybę parodyti daugelio spalvų šviesas ir nereikia jaudintis naudojant kitas dujas.

Jis pridedamas prie volframo kaitinamųjų lempučių, kad padidėtų jų tarnavimo laikas, ir prie argono fluorescencinių lempų tuo pačiu tikslu, taip pat sumažindamas jų intensyvumą ir padidindamas išlaidas (nes tai yra brangesnės nei argonas).

Kai kriptonas užpildo dujines kaitrines lemputes, jis padidina jo ryškumą ir tampa melsvesnis.

Lazeriai

Raudonieji lazeriai, matomi šviesos šou, yra paremti kriptono, o ne helio-neono mišiniu, spektrinėmis linijomis.

Kita vertus, su kriptonu gali būti gaminami galingi ultravioletinės spinduliuotės lazeriai: kriptono fluoro (KrF). Šis lazeris naudojamas fotolitografijai, medicininėms operacijoms, branduolių sintezės tyrimams ir kietų medžiagų bei junginių mikro apdirbimui (modifikuojant jų paviršių veikiant lazeriui).

Skaitiklio apibrėžimas

Nuo 1960 m. Iki 1983 m. Tiksliam metro ilgiui apibrėžti buvo naudojamas ⁸⁶ Kr izotopo raudonos-oranžinės spektrinės linijos bangos ilgis (padaugintas iš 1 650 763,73).

Branduolinių ginklų aptikimas

Kadangi radioizotopas ⁸⁵ Kr yra vienas iš branduolinės veiklos produktų, ten, kur jis yra aptinkamas, yra požymis, kad buvo užfiksuotas branduolinis ginklas arba kad buvo vykdoma neteisėta ar slapta minėtos energijos veikla.

Vaistas

Kriptonas buvo naudojamas medicinoje kaip anestetikas, rentgeno spindulių absorberis, širdies anomalijų detektorius ir lazeriais tiksliai ir kontroliuojamai išpjaustyti akių tinklainę.

Jo radioaktyvieji izotopai taip pat naudojami branduolinėje medicinoje, tiriant ir skenuojant oro ir kraujo tėkmę plaučiuose bei gaunant paciento kvėpavimo takų branduolinio magnetinio rezonanso vaizdus.

Nuorodos

1. Gary J. Schrobilgenas. (2018 m. Rugsėjo 28 d.). Kriptonas. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
2. Vikipedija. (2019 m.). Kriptonas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Michaelas Pilgaardas. (2016 m., Liepos 16 d.). Kriptono cheminės reakcijos. Atkurta iš: pilgaardelements.com
4. Kristalografija365. (2014 m. Lapkričio 16 d.). Puiki medžiaga - krištolo krištolo struktūra. Atkurta iš: crystallography365.wordpress.com
5. Dr Doug Stewart. (2019 m.). Kriptono elemento faktai. Chemikolas. Atkurta iš: chemicool.com
6. Marquesas Miguelis. (sf). Kriptonas. Atkurta iš: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019 m.). Kriptonas. Kaip gaminami produktai. Atkurta iš: madehow.com
8. AZoOptikai. (2014 m. Balandžio 25 d.). Krypton Fluoride Excimer Laser - savybės ir programos. Atkurta iš: azooptics.com