KRYPTON: POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, DOBIVANJE, RIZICI, UPORABE - KEMIJA - 2026

Kripton je plemeniti plin koji je predstavljen simbolom Kr i nalazi se u skupini 18 periodičkog sustava. To je plin koji slijedi argon, a njegovo obilje je toliko malo da se smatralo skrivenim; odatle i dolazi njegovo ime. Ne nalazi se gotovo u mineralnim kamenjem, već u masi prirodnih plinova i teško se otapa u morima i oceanima.

Samo njegovo ime evocira sliku Supermana, njegovog planeta Kryptona i poznatog kriptonita, kamena koji oslabljuje superheroja i lišava ga njegovih supersila. Također možete razmišljati o kripto valutama ili kriptovalutama kad čujete o njima, kao i drugim izrazima koji su u suštini daleko od ovog plina.

Bočica s kriptonom uzbuđena električnim pražnjenjem i svijetli bijelom svjetlošću. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

Međutim, ovaj plemeniti plin manje je ekstravagantan i "skriven" u usporedbi s gore spomenutim brojkama; iako mu nedostatak reaktivnosti ne oduzima sav potencijalni interes koji može izazvati istraživanja usredotočena na različita polja, posebno fizička.

Za razliku od ostalih plemenitih plinova, svjetlost koju emitira kripton kada se pobuđuje u električnom polju je bijela (gornja slika). Zbog toga se koristi za razne namjene u industriji rasvjete. Može zamijeniti praktički bilo koje neonsko svjetlo i emitirati svoje, što se odlikuje žutosmeđom.

Javlja se u prirodi kao mješavina šest stabilnih izotopa, a da ne spominjemo neke radioizotope namijenjene nuklearnoj medicini. Da bi se dobio taj plin, zrak koji udišemo mora se ukapšati, a nastala tekućina podvrgnuti frakcijskoj destilaciji, gdje se kripton pročišćava i odvaja u svoje sastavne izotope.

Zahvaljujući kriptonu, bilo je moguće napredovati u studijama nuklearne fuzije, kao i u primjenama lasera u kirurške svrhe.

Povijest

- Otkrivanje skrivenog elementa

Godine 1785. engleski kemičar i fizičar Henry Cavendish otkrio je da zrak sadrži mali udio neke tvari, čak i manje aktivne od dušika.

Stoljeće kasnije engleski fizičar Lord Rayleigh izolirao je iz zraka plin za koji je smatrao da je čisti dušik; ali tada je otkrio da je teže.

1894. škotski kemičar, sir William Ramsey, surađivao je na izoliranju ovog plina, što se pokazalo kao novi element: argon. Godinu dana kasnije, izolirao je plin helij zagrijavanjem mineralnog cleveita.

Sam sir William Ramsey, zajedno sa svojim pomoćnikom, engleskim kemičarom Morrisom Traversom, otkrio je kripton 30. svibnja 1898. u Londonu.

Ramsey i Travers vjerovali su da u periodnoj tablici postoji prostor između elemenata argona i helija, a novi element morao je ispuniti ovaj prostor. Ramsey je mjesec dana nakon otkrića kriptona, lipnja 1898, otkrio neon; element koji je ispunio prostor između helija i argona.

Metodologija

Ramsey je posumnjao u postojanje novog elementa skrivenog u njegovom prethodnom otkriću, argona. Ramsey i Travers, kako bi testirali svoju ideju, odlučili su iz zraka nabaviti veliku količinu argona. Za to su morali proizvesti ukapljivanje zraka.

Zatim su destilirali tekući zrak kako bi ga razdvojili na frakcije i istražili u lakšim frakcijama na prisustvo željenog plinovitog elementa. Ali pogriješili su, očito da su pregrijali ukapljeni zrak i isparili puno uzorka.

Na kraju su imali samo 100 ml uzorka i Ramsey je bio uvjeren da je prisutnost elementa lakši od argona u tom volumenu; ali je odlučio istražiti mogućnost elementa težeg od argona u zaostalom volumenu uzorka.

Slijedeći svoju misao, uklanjao je kisik i dušik iz plina pomoću bakra i magnezija. Potom je stavio uzorak preostalog plina u vakuumsku cijev, podvrgavajući mu visoki napon kako bi dobio spektar plina.

Kao što se očekivalo, bio je prisutan argon, ali su primijetili pojavu dviju novih svijetlih linija u spektru; jedna žuta, a druga zelena, a obje nikad nisu opažene.

- Nastanak imena

Ramsey i Travers izračunali su odnos između specifične topline plina pod konstantnim tlakom i njegove specifične topline pri konstantnom volumenu, pronalazeći za taj odnos vrijednost 1,66. Ta vrijednost odgovarala je plinu koji su tvorili pojedinačni atomi, pokazujući da nije spoj.

Zbog toga su u prisutnosti novog plina i kriptona otkriveni. Ramsey ga je odlučio nazvati Krypton, riječ koja potječe od grčke riječi "kripto" što znači "skriven". William Ramsey dobio je Nobelovu nagradu za kemiju 1904. godine za otkriće ovih plemenitih plinova.

Fizička i kemijska svojstva

Izgled

To je bezbojni plin koji u električnom polju pokazuje bijelu boju sa žarnom niti.

Standardna atomska težina

83,798 u

Atomski broj (Z)

36

Talište

-157,37 ° C

Vrelište

153.415 ºC

Gustoća

Pod standardnim uvjetima: 3.949 g / L

Tekući oblik (točka vrelišta): 2,413 g / cm ³

Relativna gustoća plina

2,9 u odnosu na zrak s vrijednošću = 1. To jest, kripton je tri puta gušći od zraka.

Topnost u vodi

59,4 cm ³ / 1.000 g na 20 ° C

Trostruka točka

115,775 K i 73,53 kPa

Kritična točka

209,48 K i 5,525 MPa

Toplina fuzije

1,64 kJ / mol

Toplina isparavanja

9,08 kJ / mol

Molarni kalorijski kapacitet

20,95 J / (mol K)

Tlak pare

Pri temperaturi od 84 K ima tlak od 1 kPa.

Elektronegativnost

3,0 na Pauling ljestvici

Energija ionizacije

Prvo: 1350,8 kJ / mol.

Drugo: 2.350,4 kJ / mol.

Treće: 3.565 kJ / mol.

Brzina zvuka

Plin (23 ºC): 220 m / s

Tekućina: 1,120 m / s

Toplinska vodljivost

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Narudžba

dijamagnetski

Oksidacijski broj

Krypton, kao plemeniti plin, nije vrlo reaktivan i ne gubi ili ne dobija elektrone. Ukoliko uspije se dobije krutina s definiranim sastavom, kao što je slučaj s klatrata Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ ili njegova hidrid Kr (H ₂) ₄, tada se kaže da sudjeluje s brojem ili oksidacijskog stanja 0 (Kr ⁰); to jest, njeni neutralni atomi uzajamno djeluju s matricom molekula.

Međutim, kripton može formalno izgubiti elektrone ako formira veze s najviše elektronegativnim elementom od svih: fluorom. U KRF ₂ njegov oksidacijski broj +2, da postojanje dvovalentnog kationa Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^-) pretpostavlja.

Reaktivnost

Godine 1962. prijavljena je sinteza kripton difluorida (KrF ₂). Ovaj spoj je jako hlapljiva, bezbojna, kristalna kruta tvar i razgrađuje se polagano na sobnoj temperaturi; ali stabilna je na -30 ºC. Krypton fluorid je snažno oksidacijsko i fluorirajuće sredstvo.

Kripton reagira s fluorom kada kombinirani u električni izboj pri -183 ° C, oblikujući KRF ₂. Do reakcije dolazi i kada su kripton i fluor ozračeni ultraljubičastom svjetlošću na -196 ° C.

KRF ⁺ i Kr ₂ F ₃ ⁺ spojevi nastali reakcijom iz KRF ₂ s jakim fluoridnim akceptora. Kripton je dio nestabilnog spoja: K (OTeF ₅) ₂, koji ima vezu između kriptona i kisika (Kr-O).

Kripton-dušična veza nalazi se u kationu HCΞN-Kr-F. Kripton hidridi KRH ₂, mogu se uzgajati na tlakova većih od 5 GPa.

Početkom 20. stoljeća svi su ti spojevi smatrani nemogućim s obzirom na nultu reaktivnost koja je zamišljena od ovog plemenitog plina.

Struktura i elektronička konfiguracija

Kriptonov atom

Krypton, kao plemeniti plin, ima čitav valentni oktet; to jest, njegove s i p orbitale su u potpunosti ispunjene elektronima, što se može provjeriti u njihovoj elektroničkoj konfiguraciji:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

To je monatomski plin bez obzira na (do danas) tlak ili temperaturne uvjete koji djeluju na njega. Stoga su njegova tri stanja definirana međuraktomskim interakcijama njegovih Kr atoma, koje možemo zamisliti kao mramor.

Te Kr atome, poput njihovih kongenera (He, Ne, Ar, itd.), Nije lako polarizirati, jer su relativno mali i također imaju veliku gustoću elektrona; to jest, površina ovih mramora nije vidljivo deformirana kako bi se stvorio trenutni dipol koji inducira drugi u susjednom mramoru.

Interakcije interakcije

Iz tog razloga je jedina sila koja drži Kr atome zajedno sila raspršivanja u Londonu; ali kod kriptona su vrlo slabe, pa su potrebne njegove niske temperature da njihovi atomi definiraju tekućinu ili kristal.

Međutim, ove temperature (tačke ključanja i topljenja) su više u odnosu na argon, neon i helij. To je zbog veće atomske mase kriptona, ekvivalentne većem atomskom radijusu i zbog toga je više polarizirajuće.

Na primjer, vrelište kriptona je oko -153 ° C, dok su one plemenitih plinova argon (-186 ° C), neon (-246 ° C) i helij (-269 ° C) niže; to jest, plinovima su potrebne hladnije temperature (bliže -273,15 ºC ili 0 K) da bi se mogli kondenzirati u tekuću fazu.

Ovdje vidimo kako je veličina njihovih atomskih radijusa izravno povezana s njihovim interakcijama. Isto se događa i s njihovim talištem, temperatura na kojoj se kripton konačno kristalizira na -157 ° C.

Krypton kristal

Kad temperatura padne na -157 ° C, atomi Kr približavaju se dovoljno sporo da se dalje spoji i definiraju bijeli kristal s kubičnom strukturom u središtu lica (fcc). Dakle, sada postoji strukturalni poredak kojim upravljaju njegove snage raspršivanja.

Iako o njemu nema puno podataka, kristal kripton fcc može proći kristalni prijelaz u gušće faze ako je izložen ogromnim pritiscima; poput kompaktne šesterokutne (hcp), u kojoj će Kr atomi biti grupiraniji.

Također, bez izostavljanja ove točke, Kr-atomi mogu biti zarobljeni u ledenim kavezima zvanim clathrates. Ako je temperatura dovoljno niska, možda se mogu pomiješati kristali kripton-voda, s Kr atomima koji su raspoređeni i okruženi molekulama vode.

Gdje pronaći i nabaviti

Atmosfera

Krypton je difuzan u cijeloj atmosferi, ne uspijevajući pobjeći od gravitacijskog polja Zemlje za razliku od helija. U zraku koji udišemo njegova koncentracija je oko 1 ppm, iako to može varirati ovisno o plinovitim emisijama; bilo da je riječ o vulkanskim erupcijama, gejzirima, vrućim izvorima ili možda naslagama prirodnog plina.

Budući da je u vodi slabo topiva, njegova koncentracija u hidrosferi vjerojatno je zanemariva. Isto se događa s mineralima; malo atoma kriptona može biti zarobljeno u njima. Stoga je jedini izvor ovog plemenitog plina zrak.

Ukapljivanje i frakcijska destilacija

Da bi se dobio, zrak mora proći postupak ukapljivanja, tako da se svi sastojci plinova kondenziraju i tvore tekućinu. Ta se tekućina zatim zagrijava primjenom frakcijske destilacije na niskim temperaturama.

Nakon što se destiliraju kisik, argon i dušik, kripton i ksenon ostaju u preostaloj tekućini, koja se adsorbira na aktivni ugljen ili silika gel. Ta se tekućina zagrijava na -153 ° C kako bi se destilirao kripton.

Konačno, sakupljeni kripton se pročišćava prolazeći kroz vrući metalni titan koji uklanja plinovite nečistoće.

Ako je poželjno odvajanje njegovih izotopa, plin se stvara kroz stakleni stupac gdje prolazi toplotnu difuziju; lakši izotopi će se uzdizati prema vrhu, dok će teži izostaviti na dnu. Tako se izotop od ⁸⁴ Kr i ⁸⁶ Kr, na primjer, prikuplja na dnu odvojeno.

Krypton se može čuvati u staklenim sijalicama Pyrex-a pod atmosferskim pritiskom, ili u nepropusnim čeličnim spremnicima. Prije pakiranja podvrgava se kontroli kvalitete spektroskopijom, kako bi se potvrdilo da je njegov spektar jedinstven i da ne sadrži linije drugih elemenata.

Nuklearna fisija

Druga metoda dobivanja kriptona nalazi se u nuklearnoj fisiji urana i plutonija iz koje se dobiva i mješavina njihovih radioaktivnih izotopa.

izotopi

Kripton se u prirodi pojavljuje kao šest stabilnih izotopa. To su, sa pripadajućim obiljem na Zemlji, ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) i ⁸⁶ Kr (17,28%). ⁷⁸ Kr je radioaktivni izotop; ali njegov poluživot (t _1/2) je toliko dug (9,2 · 10 ²¹ godina) da se praktično smatra stabilnim.

Zbog toga je njegova standardna atomska masa (atomska težina) 83.798 u, što je bliže 84 u izotopu od ⁸⁴ Kr.

U količinama u tragovima nalazi se i radioizotop ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵), koji nastaje kada ⁸⁰ Kr prima kozmičke zrake. Pored već spomenutih izotopa, postoje dva sintetička radioizotopa: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 sati) i ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 godina); potonje je ono što se proizvodi kao produkt nuklearne fisije urana i plutonija.

rizici

Krypton je netoksičan element, jer ne reagira u normalnim uvjetima, niti predstavlja rizik od požara ako se miješa sa jakim oksidansima. Propuštanje ovog plina ne predstavlja nikakvu opasnost; osim ako ne dišete izravno, istiskujući kisik i uzrokujući gušenje.

Kr atomi ulaze i izbacuju se iz tijela bez sudjelovanja u bilo kojoj metaboličkoj reakciji. Međutim, oni mogu istisnuti kisik koji bi trebao doći do pluća i transportirati se kroz krv, pa pojedinac može patiti od narkoze ili hipoksije, kao i drugih stanja.

Inače, stalno udišemo kripton u svaki dah zraka. Sada je, što se tiče njegovih spojeva, priča drugačija. Na primjer, KrF ₂ je snažno sredstvo za fluoriranje; i stoga će "dati" anione F ^- bilo kojoj molekuli biološke matrice na koju naiđe, koja je potencijalno opasna.

Vjerojatno da kriptonski klathrat (zarobljen u ledenom kavezu) nije značajno opasan, osim ako postoje određene nečistoće koje ne dodaju toksičnost.

Prijave

Bljeskovi fotoaparata velike brzine dijelom su posljedica pobuđivanja kriptona. Izvor: Mhoistion

Krypton je prisutan u raznim primjenama oko artefakata ili uređaja dizajniranih za rasvjetu. Na primjer, dio je "neonskih svjetala" žućkasto zelenih boja. Kryptonova "legalna" svjetla su bijela jer njihov emisijski spektar obuhvaća sve boje u vidljivom spektru.

Bijela svjetlost kriptona korištena je za fotografije jer su vrlo intenzivne i brze, što je savršeno za brze bljeskove kamere ili za trenutne bljeskove na aerodromskim pistama.

Isto tako, električne cijevi za pražnjenje koje zrače ovom bijelom svjetlošću mogu biti prekrivene papirima u boji, što daje efekt prikazivanja svjetla mnogih boja bez potrebe za uzbuđivanjem pomoću drugih plinova.

Dodaje se žaruljama s volframovim žaruljama kako bi se povećao njihov vijek trajanja, a fluonescentnim svjetiljkama od argona za istu svrhu, također smanjujući njihov intenzitet i povećavajući njihove troškove (jer su to skuplje od argona).

Kad kripton stvara plinovite sijalice u žaruljama, povećava mu svjetlinu i čini plavkastim.

laseri

Crveni laseri viđeni na svjetlosnim emisijama temelje se na spektralnim linijama kriptona, a ne na smjesi helij-neon.

S druge strane, snažni laseri za ultraljubičasto zračenje mogu se izrađivati ​​s kriptonom: oni s kripton fluoridom (KrF). Ovaj se laser koristi za fotolitografiju, medicinske operacije, istraživanja u području nuklearne fuzije i mikroobradu krutih materijala i spojeva (mijenjajući njihovu površinu djelovanjem lasera).

Definicija brojila

Između 1960. i 1983., valna duljina crveno-narančaste spektralne linije izotopa ⁸⁶ Kr (pomnoženo s 1.650.763,73) korištena je kako bi se odredila točna duljina jednog metra.

Otkrivanje nuklearnog oružja

Budući da je radioizotop ⁸⁵ Kr jedan od produkata nuklearne aktivnosti, gdje je otkriven, pokazatelj je da je došlo do detonacije nuklearnog oružja ili da se provode ilegalne ili tajne aktivnosti navedene energije.

Lijek

Krypton se u medicini koristi kao anestetik, apsorber rendgenskih zraka, detektor za srčane nepravilnosti i precizno i ​​kontrolirano rezati mrežnicu očiju svojim laserima.

Njegovi radioizotopi također se primjenjuju u nuklearnoj medicini, za proučavanje i skeniranje protoka zraka i krvi u plućima te za dobivanje nuklearno magnetske rezonancije pacijentovih dišnih puteva.

Reference

1. Gary J. Schrobilgen. (28. rujna 2018.). Kripton. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Kripton. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016., 16. srpnja). Krypton kemijske reakcije. Oporavilo od: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16. studenog 2014.). Super cool materijal - kristalna struktura Kryptona. Oporavak od: crystallography365.wordpress.com
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Činjenice elementa Krypton. Chemicool. Oporavilo od: chemicool.com
6. Marques Miguel. (SF). Kripton. Oporavak od: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Kripton. Kako se proizvode. Oporavilo od: madehow.com
8. AZoOptics. (25. travnja 2014.). Krypton Fluorid Excimer laser - Svojstva i primjene. Oporavilo od: azooptics.com