KRYPTON: HISTORIK, EGENSKAPER, STRUKTUR, ERHÅLLANDE, RISKER, ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den krypton är en ädelgas som representeras av symbolen Kr och är beläget i grupp 18 i det periodiska systemet. Det är gasen som följer argon, och dess överflöd är så låg att den ansågs dold; det är där namnet kommer från. Det finns inte nästan i mineralstenar, utan i massor av naturgas och upplöses knappast i hav och hav.

Hans namn ensam framkallar bilden av Superman, hans planet Krypton och den berömda kryptoniten, en sten som försvagar superhjälten och berövar honom sina supermakter. Du kan också tänka på cryptocurrencies eller crypto när du hör om det, såväl som andra termer som är långt ifrån denna gas i deras väsen.

Flaska med krypton upphetsad av en elektrisk urladdning och glödande med vitt ljus. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Emellertid är denna ädelgas mindre extravagant och "dold" jämfört med de siffror som nämns ovan; även om dess brist på reaktivitet inte tar bort allt potentiellt intresse som kan väcka i forskning fokuserad på olika områden, särskilt det fysiska.

Till skillnad från de andra ädla gaserna är ljuset som avges av krypton när det upphetsas i ett elektriskt fält vitt (toppbild). På grund av detta används den för olika användningsområden inom belysningsindustrin. Det kan ersätta praktiskt taget alla neonljus och avge sitt eget, vilket kännetecknas av att det är gulaktigt grönt.

Det förekommer i naturen som en blandning av sex stabila isotoper, för att inte nämna några radioisotoper avsedda för kärnmedicin. För att erhålla denna gas måste luften som vi andas kondenseras och den resulterande vätskan utsätts för fraktionerad destillation, där kryptonet sedan renas och separeras i dess beståndsisotoper.

Tack vare krypton har det varit möjligt att gå vidare i studier av kärnfusion, liksom i applikationer av lasrar för kirurgiska ändamål.

Historia

- Upptäckt av det dolda elementet

1785 upptäckte den engelska kemisten och fysikern Henry Cavendish att luften innehöll en mindre andel av ett ämne som ännu var mindre aktivt än kväve.

Ett sekel senare isolerade den engelska fysikern Lord Rayleigh från luften en gas som han trodde var rent kväve; men sedan upptäckte han att det var tyngre.

1894 samarbetade den skotska kemisten, Sir William Ramsey, för att isolera denna gas, som visade sig vara ett nytt element: argon. Ett år senare isolerade han heliumgas genom att värma upp mineralen cleveite.

Sir William Ramsey själv upptäckte tillsammans med sin assistent, den engelska kemisten Morris Travers, krypton den 30 maj 1898 i London.

Ramsey och Travers trodde att det fanns ett utrymme i det periodiska systemet mellan elementen argon och helium, och ett nytt element måste fylla detta utrymme. Ramsey, en månad efter upptäckten av krypton, juni 1898, upptäckte neon; element som fyllde utrymmet mellan helium och argon.

Metodik

Ramsey misstänkte att det fanns ett nytt element gömt i sin tidigare upptäckt, den av argon. Ramsey och Travers, för att testa sin idé, bestämde sig för att få en stor volym argon från luften. För detta var de tvungna att producera lufttanken.

Sedan destillerade de den flytande luften för att separera den i fraktioner och undersöka i de lättare fraktionerna med avseende på det önskade gasformiga elementet. Men de gjorde ett misstag, tydligen överhettade de den flytande luften och avdunstade mycket av provet.

I slutändan hade de bara 100 ml av provet och Ramsey var övertygad om att förekomsten av elementet lättare än argon i den volymen var osannolikt; men han bestämde sig för att undersöka möjligheten att ett element är tyngre än argon i den kvarvarande provvolymen.

Efter sin tanke tog han bort syre och kväve från gasen med hjälp av röd het koppar och magnesium. Han placerade sedan ett prov av den återstående gasen i ett vakuumrör och applicerade en högspänning på den för att erhålla gasens spektrum.

Som väntat var argon närvarande, men de märkte utseendet på två nya ljusa linjer i spektrumet; en gul och den andra grön, som båda aldrig hade observerats.

- Framväxten av namnet

Ramsey och Travers beräknade förhållandet mellan den specifika gasvärmen vid konstant tryck och dess specifika värme vid konstant volym och fann ett värde på 1,66 för det förhållandet. Detta värde motsvarade en gas bildad av enskilda atomer, vilket visade att det inte var en förening.

Därför var de i närvaro av en ny gas och krypton hade upptäckts. Ramsey beslutade att kalla det Krypton, ett ord härrörande från det grekiska ordet "krypto" som betyder "dold". William Ramsey fick Nobelpriset i kemi 1904 för upptäckten av dessa ädla gaser.

Fysiska och kemiska egenskaper

Utseende

Det är en färglös gas som uppvisar en glödande vit färg i ett elektriskt fält.

Atomvikt standard

83.798 u

Atomnummer (Z)

36

Smältpunkt

-157,37 ºC

Kokpunkt

153,415 ºC

Densitet

Under standardförhållanden: 3 949 g / L

Flytande tillstånd (kokpunkt): 2,413 g / cm ³

Relativ gastäthet

2.9 i förhållande till luft med värde = 1. Det vill säga, krypton är tre gånger så tät som luft.

Vattenlöslighet

59,4 cm ³ /1000 g vid 20 ° C

Triple point

115,775 K och 73,53 kPa

Kritisk punkt

209,48 K och 5,525 MPa

Smältvärme

1,64 kJ / mol

Förångningsvärme

9,08 kJ / mol

Molär kalorikapacitet

20,95 J / (mol K)

Ångtryck

Vid en temperatur på 84 K har det ett tryck på 1 kPa.

Elektronnegativitet

3.0 på Pauling-skalan

Joniseringsenergi

Först: 1.350,8 kJ / mol.

Andra: 2,350,4 kJ / mol.

Tredje: 3,565 kJ / mol.

Ljudets hastighet

Gas (23 ºC): 220 m / s

Vätska: 1120 m / s

Värmeledningsförmåga

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Ordning

diamagnetiska

Oxidationsnummer

Krypton, som är en ädel gas, är inte så mycket reaktiv och förlorar inte eller får elektroner. Om det lyckas att bilda en fast med en definierad komposition, såsom är fallet med klatratet Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ eller dess hydrid Kr (H ₂ ) ₄ , då det sägs att delta med en siffra eller oxidationstillstånd av 0 (Kr ⁰ ) ; det vill säga dess neutrala atomer interagerar med en matris av molekyler.

Men krypton kan formellt förlora elektroner om det bildar bindningar med det mest elektronegativa elementet av alla: fluor. I KrF ₂ sitt oxidationstal är 2, så att det finns den tvåvärda katjonen Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ) antas .

Reaktivitet

1962 rapporterades syntesen av krypton difluorid (KrF ₂ ). Denna förening är ett mycket flyktigt, färglöst, kristallint fast ämne och sönderdelas långsamt vid rumstemperatur; men den är stabil vid -30 ºC. Krypton Fluoride är ett kraftfullt oxiderande och fluorerande medel.

Krypton reagerar med fluor när de kombineras i en elektrisk urladdningsröret vid -183 ° C, bildar KrF ₂ . Reaktionen inträffar också när krypton och fluor bestrålas med ultraviolett ljus vid -196 ° C.

KrF ⁺ och Kr ₂ F ₃ ⁺ är föreningar som bildats genom reaktion av KrF ₂ med starka fluorid acceptorer. Krypton är en del av en instabil förening: K (OTeF ₅ ) ₂ , som har en bindning mellan krypton och ett syre (Kr-O).

En krypton-kvävebindning finns i HCΞN-Kr-F-katjonen. Krypton hydrider, KRH ₂ , kan odlas vid tryck större än 5 GPa.

I början av 1900-talet ansågs alla dessa föreningar omöjliga med tanke på den noll reaktivitet som tänkte på denna ädelgas.

Struktur och elektronisk konfiguration

Krypton atom

Krypton, som är en ädel gas, har hela sin valensoktett; det vill säga dess orbitaler är s och p helt fyllda med elektroner, som kan verifieras i deras elektroniska konfiguration:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Det är en monatomisk gas oavsett (hittills) tryck- eller temperaturförhållandena som arbetar på den. Därför definieras dess tre tillstånd av de interatomiska interaktionerna mellan dess Kr-atomer, som kan föreställas som kulor.

Dessa Kr-atomer, som deras kongener (He, Ne, Ar, etc.), är inte lätta att polarisera, eftersom de är relativt små och också har en hög elektrondensitet; dvs ytan på dessa kulor är inte märkbart deformerad för att generera en omedelbar dipol som inducerar en annan i ett angränsande marmor.

Interaktion interaktion

Det är av denna anledning som den enda styrkan som håller Kr-atomerna ihop är London-spridningsstyrkan; men de är mycket svaga när det gäller krypton, så låga temperaturer krävs för att dess atomer definierar en vätska eller kristall.

Dessa temperaturer (kok- och smältpunkter) är emellertid högre jämfört med argon, neon och helium. Detta beror på den större atommassan i krypton, vilket motsvarar en större atomradie och därför mer polariserbar.

Till exempel är kryptons kokpunkt cirka -153 ºC, medan de för de ädla gaserna argon (-186 ºC), neon (-246 ºC) och helium (-269 ºC) är lägre; det vill säga dess gaser behöver kallare temperaturer (närmare -273,15 ºC eller 0 K) för att kunna kondensera till vätskefasen.

Här ser vi hur storleken på deras atomradier är direkt relaterade till deras interaktioner. Samma sak händer med deras respektive smältpunkter, temperaturen vid vilken krypton slutligen kristalliseras vid -157 ºC.

Krypton kristall

När temperaturen sjunker till -157 ° C närmar sig Kr-atomerna sig tillräckligt långsamt för att de ska kunna sammanfogas ytterligare och definiera en vit kristall med en ansiktscentrerad kubisk (fcc) struktur. Således finns det nu en strukturordning som styrs av dess spridningsstyrkor.

Även om det inte finns mycket information om det, kan krypton fcc-kristall genomgå kristallina övergångar till tätare faser om det utsätts för enormt tryck; som den kompakta sexkantiga (hcp), där Kr-atomerna kommer att vara mer grupperade.

Utan att lämna denna punkt åt sidan kan Kr-atomer fångas i isburar som kallas clathrates. Om temperaturen är tillräckligt låg, kanske det kan finnas blandade krypton-vatten-kristaller, med Kr-atomerna arrangerade och omgivna av vattenmolekyler.

Var att hitta och få

Atmosfär

Krypton är diffus i hela atmosfären och kan inte undgå jordens gravitationsfält till skillnad från helium. I luften som vi andas är koncentrationen cirka 1 ppm, även om det kan variera beroende på gasutsläpp; det är sig vulkanutbrott, gejsrar, varma källor eller kanske naturgasavlagringar.

Eftersom den är dåligt löslig i vatten, är dess koncentration i hydrosfären sannolikt försumbar. Samma sak händer med mineraler; några kryptonatomer kan fångas inuti dem. Därför är den enda källan till denna ädelgas luft.

Liquefaction och fraktionerad destillation

För att få den måste luften genomgå en kondensationsprocess, så att alla dess komponentgaser kondenseras och bildar en vätska. Denna vätska upphettas sedan genom applicering av fraktionerad destillation vid låga temperaturer.

När syret, argon och kväve har destillerats förblir krypton och xenon kvar i den kvarvarande vätskan, som adsorberas på aktivt kol eller kiselgel. Denna vätska värms till -153 ºC för att destillera krypton.

Slutligen renas den uppsamlade kryptonen genom att passera genom het metalliskt titan, som avlägsnar gasformiga föroreningar.

Om separationen av dess isotoper önskas, får gasen att stiga genom en glaskolonn där den genomgår termisk diffusion; de lättare isotoperna kommer att stiga mot toppen, medan de tyngre kommer att ha en botten. Således samlar till exempel isotopen ⁸⁴ Kr och ⁸⁶ Kr separat i botten.

Krypton kan förvaras i Pyrex glaskärl vid omgivningstryck eller i lufttäta ståltankar. Innan förpackningen utsätts för en kvalitetskontroll genom spektroskopi, för att intyga att dess spektrum är unikt och inte innehåller rader med andra element.

Nuclear fision

En annan metod för att erhålla krypton ligger i kärnklyvningen av uran och plutonium, från vilken en blandning av deras radioaktiva isotoper också produceras.

isotoper

Krypton förekommer i naturen som sex stabila isotoper. Dessa, med motsvarande överflöd på jorden, är: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) och ⁸⁶ Kr (17,28%). Den ⁷⁸ Kr är en radioaktiv isotop; men dess halveringstid (t _1/2 ) är så lång (9,2 · 10 ²¹ år) att den praktiskt taget betraktas som stabil.

Därför är dess standardmassa (atomvikt) 83.798 u, närmare 84 u på ⁸⁴ Kr isotop .

I spårmängder hittas också radioisotopen ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵ ), som produceras när ⁸⁰ Kr får kosmiska strålar. Förutom de redan nämnda isotoperna finns det två syntetiska radioisotoper: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 timmar) och ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 år); det senare är vad som produceras som en produkt från kärnklyvning av uran och plutonium.

risker

Krypton är ett icke-toxiskt element eftersom det inte reagerar under normala förhållanden och inte heller utgör en brandrisk när den blandas med starka oxidationsmedel. En läcka av denna gas utgör ingen fara; om du inte andas direkt, förflyttar syre och orsakar kvävning.

Kr-atomer kommer in och förvisas från kroppen utan att delta i någon metabolisk reaktion. De kan emellertid förflytta syret som ska nå lungorna och transporteras genom blodet, så att individen kan drabbas av narkos eller hypoxi, liksom andra tillstånd.

Annars andas vi ständigt krypton i varje luften. När det gäller dess föreningar är historien annorlunda. Exempelvis är KrF ₂ ett kraftfullt fluorerande medel; och därför kommer det att "ge" anjoner F ^- till vilken molekyl i den biologiska matrisen den stöter på och är potentiellt farlig.

Eventuellt är ett kryptonklatrat (fångat i en isbur) inte avsevärt farligt, såvida det inte finns vissa föroreningar som tillför toxicitet.

tillämpningar

Blixten från höghastighetskameror beror delvis på exciteringen av krypton. Källa: Mhoistion

Krypton finns i olika applikationer kring artefakter eller apparater designade för belysning. Till exempel är det en del av "neonljus" i gulaktiga gröna färger. Kryptons "legala" lampor är vita, eftersom deras utsläpp spektrum omfattar alla färger i det synliga spektrumet.

Det vita ljuset från krypton har faktiskt använts för fotografier, eftersom de är väldigt intensiva och snabba, de är perfekta för snabba kamerablinkar eller för omedelbara blixtar på flygplatsbanor.

På samma sätt kan de elektriska urladdningsrören som härrör från detta vita ljus täckas med färgade papper, vilket ger effekten av att visa ljus i många färger utan att behöva locka med andra gaser.

Det läggs till glödlampor av volfram för att öka deras livslängd och till argon lysrör för samma ändamål, vilket också minskar deras intensitet och ökar deras kostnader (eftersom det är dyrare än argon).

När krypton utgör den gasformiga fyllda glödlamporna ökar den dess ljusstyrka och gör den mer blåaktig.

lasrar

De röda lasrarna som ses i ljusshower är baserade på spektrallinjerna i krypton snarare än helium-neonblandningen.

Å andra sidan kan kraftfulla ultravioletta strålningslaser tillverkas med krypton: de av krypton fluorid (KrF). Denna laser används för fotolitografi, medicinska operationer, forskning inom kärnfusion och mikrobearbetning av fasta material och föreningar (modifiera deras yta genom laserns inverkan).

Definition av mätaren

Mellan 1960 och 1983 användes våglängden för den rödorange spektrallinjen på ⁸⁶ Kr- isotopen (multiplicerad med 1 650 763,73) för att definiera den exakta längden på en meter.

Upptäckt av kärnvapen

Eftersom radioisotopen ⁸⁵ Kr är en av produkterna från kärnkraftsaktivitet, där den upptäcks är en indikation på att det fanns detonering av ett kärnvapen, eller att olaglig eller hemlig verksamhet av nämnda energi genomförs.

Medicin

Krypton har använts inom medicinen som ett bedövningsmedel, en röntgenabsorberare, en detektor för hjärnavvikelser och för att skära ögonhinnan med sina lasrar på ett exakt och kontrollerat sätt.

Dess radioisotoper har också tillämpningar inom kärnmedicin, för att studera och skanna luft- och blodflödet i lungorna och för att få kärnmagnetisk resonansbilder av patientens luftvägar.

referenser

1. Gary J. Schrobilgen. (28 september 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Krypton. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16 juli). Krypton Chemical Reactions. Återställd från: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16 november 2014). Ett superkallt material - kristallstrukturen i Krypton. Återställd från: crystalallography365.wordpress.com
5. Dr Doug Stewart. (2019). Krypton Element Facts. Chemicool. Återställd från: chemicool.com
6. Marques Miguel. (Sf). Krypton. Återställd från: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Hur produkter tillverkas. Återställd från: madehow.com
8. AZoOptics. (25 april 2014). Krypton Fluoride Excimer Laser - Egenskaper och applikationer. Återställd från: azooptics.com