Krypton

V roce 1898 William Ramsay spolu se svým asistentem Mauricem Williamem Traversem izolovali z kapalného vzduchu po odstranění kyslíku , dusíku a argonu směs, ve které byly spektrální metodou objeveny dva plyny: krypton (z jiného řeckého κρυπτός - „skrytý“ , "tajné") a xenon ("mimozemský", "neobvyklý") [4]

Být v přírodě

Obsah v atmosférickém vzduchu je 1,14⋅10 -4 % obj., celkové zásoby v atmosféře jsou 5,3⋅10 12 m³. 1 m³ vzduchu obsahuje asi 1 cm³ kryptonu.

Získávání kryptonu ze vzduchu je energeticky náročný proces. Pro získání jednotkového objemu kryptonu destilací zkapalněného vzduchu je potřeba zpracovat více než milion jednotek objemu vzduchu.

V zemské litosféře vznikají stabilní izotopy kryptonu (řetězcem rozpadů nestabilních nuklidů ) při samovolném jaderném štěpení dlouhověkých radioaktivních prvků ( thorium , uran ), tento proces obohacuje atmosféru o tento plyn. Plyny minerálů obsahujících uran obsahují 2,5-3,0 % kryptonu (hmotnostně) [2] .

Ve zbytku vesmíru se krypton vyskytuje ve vyšších proporcích, srovnatelných s lithiem , galliem a skandiem [5] . Poměr kryptonu k vodíku ve vesmíru je v podstatě konstantní. Z toho můžeme usoudit, že mezihvězdná hmota je bohatá na krypton [6] . Krypton byl také nalezen u bílého trpaslíka RE 0503-289. Naměřené množství bylo 450krát vyšší než u slunečního, ale důvod tak vysokého obsahu kryptonu je stále neznámý [7] .

Definice

Kvalitativně je krypton detekován pomocí emisní spektroskopie (charakteristické čáry 557,03 nm a 431,96 nm ). Kvantitativně se stanoví metodami hmotnostní spektrometrie , chromatografie a absorpční analýzy [2] .

Fyzikální vlastnosti

Krypton je inertní monatomický plyn bez barvy, chuti a zápachu (při tlaku 6 atmosfér získává ostrý zápach, podobný zápachu chloroformu [8] ). Hustota za standardních podmínek 3,745 kg/m 3 (3x těžší než vzduch) [2] . Za normálního tlaku krypton zkapalňuje při teplotě 119,93 K (−153,415 °C), tuhne při 115,78 K (−157,37 °C), tvoří kubické krystaly (plocha centrovaná mřížka), prostorová grupa Fm 3 m , parametry článku a = 0,572 nm , Z =4 . V kapalné fázi tedy existuje pouze v rozmezí teplot asi čtyř stupňů. Hustota kapalného kryptonu při bodu varu je 2,412 g/cm 3 , hustota tuhého kryptonu při absolutní nule je 3,100 g/cm 3 [2] .

Kritická teplota 209,35 K, kritický tlak 5,50 MPa ( 55,0 bar ), kritická hustota 0,908 g/ cm3 . Trojný bod kryptonu je při teplotě 115,78 K a jeho hustota je 2,826 g/cm 3 [2] .

Molární tepelná kapacita při konstantním tlaku 20,79 J / (mol K) . Skupenské teplo tání je 1,6 kJ/mol , skupenské teplo vypařování 9,1 kJ/mol [2] .

Za standardních podmínek je dynamická viskozita kryptonu 23,3 µPa s , tepelná vodivost 8,54 mW/(m K) , součinitel vlastní difúze 7,9 10 −6 m 2 /s [2] .

Diamagnetické . Magnetická susceptibilita -2,9 10 -5 . Polarizovatelnost 2,46 10 −3 nm 3 [2] .

Ionizační energie 13,9998 eV ( Kr 0 → Kr + ), 24,37 eV ( Kr + → Kr 2+ ) [2] .

Záchytný průřez pro tepelné neutrony v přirozeném kryptonu je asi 28 barn [2] .

Rozpustnost ve vodě při standardním tlaku 1 bar je 0,11 l/kg (0 °C), 0,054 l/kg (25 °C). S vodou tvoří klatráty o složení Kr 5,75H 2 O, které se rozkládají při teplotách nad −27,7 °C. S některými organickými látkami ( fenol , toluen , aceton aj.) tvoří klatráty [2] .

Chemické vlastnosti

Krypton je chemicky inertní. V drsných podmínkách reaguje s fluorem za vzniku kryptondifluoridu . Relativně nedávno byla získána první sloučenina s vazbami Kr–O (Kr(OTeF 5 ) 2 ) [9] .

V roce 1965 byla oznámena příprava sloučenin o složení KrF 4 , KrO 3 ·H 2 O a BaKrO 4 . Později byla jejich existence vyvrácena [10] .

V roce 2003 byla ve Finsku získána první organo-kryptonová sloučenina s vazbou C-Kr (HKrC≡CH - hydrokryptoacetylen) UV fotolýzou pevné směsi kryptonu a acetylenu na kryptonové matrici při teplotě 8 K [11] .

Izotopy

V současné době je známo 32 izotopů kryptonu a 10 dalších excitovaných izomerních stavů některých jeho nuklidů . V přírodě je krypton zastoupen pěti stabilními nuklidy a jedním slabě radioaktivním (poločas rozpadu 2 10 21 let ): 78 Kr ( množství izotopu 0,35 %), 80 Kr (2,28 %), 82 Kr (11,58 %), 83 Kr (11,49 %), 84Kr (57,00 %), 86Kr ( 17,30 %) [12] .

Získání

Získává se jako vedlejší produkt ve formě směsi krypton-xenon při procesu separace vzduchu v průmyslových závodech.

V procesu separace vzduchu metodou nízkoteplotní rektifikace se provádí konstantní výběr frakce kapalného kyslíku obsahující kapalné uhlovodíky, krypton a xenon (volba frakce kyslíku s uhlovodíky je nutná pro zajištění bezpečnosti výbuchu).

Pro extrakci kryptonu a xenonu se uhlovodíky odstraňují ze vzorkované frakce v katalytických pecích a posílají do další destilační kolony k odstranění kyslíku, silikagelu (nebo jiného adsorbentu).

Po vyčištění plynné směsi od uhlovodíkových zbytků a vlhkosti je tato přečerpána do lahví pro transport do separační jednotky Kr a Xe (je to způsobeno tím, že ne každý podnik provozující zařízení na dělení vzduchu má separační jednotku Kr a Xe).

Další proces separace Kr a Xe na čisté složky sleduje následující řetězec: odstranění uhlovodíkových zbytků v kontaktní katalytické peci naplněné oxidem mědi při teplotě 300–400 °C; odstranění vlhkosti v adsorbéru naplněném zeolitem ; chlazení ve výměníku tepla; vícestupňová separace v několika destilačních kolonách .

Proces oddělování směsi kryptonu a xenonu lze provádět jak kontinuálně, tak cyklicky, protože se hromadí surovina (směs) pro zpracování.

Aplikace

Výroba vysokovýkonných excimerových laserů (Kr-F).
Krypton se používá k plnění žárovek , čímž se prodlužuje životnost vlákna [13] .
Jako tepelný a zvukový izolátor v oknech s dvojitým zasklením [14] [15] .
Kryptonfluoridy byly navrženy jako okysličovadla hnacích látek.
V letech 1960 až 1983 sloužila k určení měřiče vlnová délka oranžové čáry emisního spektra 86 Kr [16] .
Pracovní kapalina pro elektrické raketové motory .
Jediný stabilní izotop kryptonu aktivní NMR je 83 Kr. Hyperpolarizovaný 83 Kr byl použit v experimentech na krysách s magnetickou rezonancí při studiu plic [17] .

Biologická role

Vliv kryptonu na živé organismy je špatně pochopen. Zkoumají se možnosti jeho použití při potápění jako součásti dýchacích směsí a při vysokém tlaku jako anestetikum [18] [19] .

Fyziologické působení

Velké množství vdechovaného kryptonu s nedostatkem kyslíku může vést k udušení .

Při vdechování plynných směsí obsahujících krypton je při tlaku vyšším než 3,5 atmosféry pozorován narkotický účinek [19] [18] .

Poznámky

↑ Meija J. a kol. Atomové hmotnosti prvků 2013 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Sv. 88 , č. 3 . - str. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Legasov V. A., Sokolov V. B. Krypton // Chemická encyklopedie : v 5 svazcích / Ch. vyd. I. L. Knunyants . - M .: Sovětská encyklopedie , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 523. - 671 s. — 100 000 výtisků. — ISBN 5-85270-035-5 .
↑ 1 2 3 Velikost kryptonu v několika prostředích . www.webelements.com. Získáno 6. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 4. září 2009.
↑ Krypton: historie objevu prvku . www.chem.msu.su Staženo 13. května 2020. Archivováno z originálu dne 17. února 2020. (neurčitý)
↑ A.G.W. Cameron. Abundances of the Elements in the Solar System (anglicky) // Space Science Reviews. — 1973-09. — Sv. 15 , iss. 1 . — S. 121–146 . — ISSN 0038-6308 . - doi : 10.1007/BF00172440 . Archivováno z originálu 5. srpna 2020.
↑ Stefan IB Cartledge, JT Lauroesch, David M. Meyer, Ulysses J. Sofia, Geoffrey C. Clayton. Interstellar Krypton Abundances: The Detection of Kiloparsec scale Differences in galactic Nucleosynthetic History* // The Astrophysical Journal. - 10. listopadu 2008 - Sv. 687 , iss. 2 . — S. 1043 . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1086/592132 . Archivováno z originálu 27. června 2018.
↑ Klaus Werner, Thomas Rauch, Ellen Ringat, Jeffrey W. Kruk. PRVNÍ DETEKCE KRYPTONU A XENONU U BÍLÉHO TRPASLÍKA // The Astrophysical Journal. — 2012-06-13. — Sv. 753 , iss. 1 . — P.L7 . — ISSN 2041-8213 2041-8205, 2041-8213 . - doi : 10.1088/2041-8205/753/1/l7 .
↑ O čem píší populárně vědecké časopisy světa // Věda a život . - M. , 1989. - č. 6 . - S. 66 .
↑ Four Decades of Fluorine Chemistry at McMaster. Archivováno 7. června 2009 na Wayback Machine
↑ Pokrok v chemii. - 1974. - T. 43, č. 12, s. 2179
↑ Khriachtchev L. et al. Brána k organokryptonové chemii: HKrCCH // Journal of the American Chemical Society. - 2003. - Sv. 125 , č. 23 . - str. 6876-6877 . — ISSN 0002-7863 . - doi : 10.1021/ja0355269 .
↑ Data založená na Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH Hodnocení jaderných a rozpadových vlastností NUBASE // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
↑ Krypton // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
↑ Okno s dvojitým zasklením s argonem nebo kryptonem: co je lepší? (nedostupný odkaz) . Archivováno z originálu 18. dubna 2021. (neurčitý)
↑ Výběr oken. Energetické hodnocení tepelně izolačního skla se zlepšilo.
↑ Meter // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
↑ Cleveland ZI a kol. Hyperpolarizovaná 83 Kr MRI plic (anglicky) // Journal of Magnetic Resonance. - 2008. - Sv. 195 , iss. 2 . — S. 232–237 . — ISSN 1090-7807 . - doi : 10.1016/j.jmr.2008.09.020 .
↑ 1 2 Kussmaul A. R. Biologický účinek kryptonu na zvířata a lidi v podmínkách vysokého tlaku Archivní kopie z 6. října 2011 na Wayback Machine . – Abstrakt disertační práce pro stupeň kandidáta biologických věd. - M., 2007;
↑ 1 2 Kussmaul A. R. Fyziologické účinky směsí plynů obsahujících krypton a xenon Archivní kopie ze 6. srpna 2017 na Wayback Machine . Disertační práce pro titul kandidáta biologických věd. - M., 2007. - 191 s.

Literatura

Legasov V.A., Sokolov V.B. Krypton // Chemická encyklopedie : v 5 svazcích / Ch. vyd. I. L. Knunyants . - M .: Sovětská encyklopedie , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 523. - 671 s. — 100 000 výtisků. — ISBN 5-85270-035-5 .