KRYPTON: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, OPNÅELSE, RISICI, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den krypton er en ædel gas, som er repræsenteret af symbolet Kr og er placeret i gruppe 18 i det periodiske system. Det er gassen, der følger argon, og dens overflod er så lav, at den blev betragtet som skjult; det er her navnet kommer fra. Det findes ikke næsten i mineralsten, men i masser af naturlige gasser og næppe opløst i havene og oceanerne.

Hans navn alene fremkalder billedet af Superman, hans planet Krypton og den berømte kryptonit, en sten, der svækker superhelten og fratager ham hans supermagter. Du kan også tænke på cryptocurrencies eller crypto, når du hører om det, såvel som andre udtryk, der i deres væsentlighed er langt fra denne gas.

Hætteglas med krypton ophidset af en elektrisk udladning og lysende med hvidt lys. Kilde: Hi-Res-billeder af kemiske elementer

Imidlertid er denne ædelgas mindre ekstravagant og "skjult" sammenlignet med de tal, der er nævnt ovenfor; skønt dens mangel på reaktivitet ikke fjerner al den potentielle interesse, der kan vække forskning inden for forskellige områder, især det fysiske.

I modsætning til de andre ædelgasser er lyset, der udsendes af krypton, når det ophidses i et elektrisk felt, hvidt (øverste billede). På grund af dette bruges det til forskellige anvendelser i belysningsindustrien. Det kan erstatte praktisk talt ethvert neonlys og udsende sit eget, hvilket er kendetegnet ved at være gulgrønt.

Det forekommer i naturen som en blanding af seks stabile isotoper, for ikke at nævne nogle radioisotoper beregnet til nuklear medicin. For at få denne gas skal luften, vi indånder, være flydende, og dens resulterende væske underkastes en fraktioneret destillation, hvor krypton derefter renses og adskilles i dets isotoper.

Takket være krypton har det været muligt at gå videre i undersøgelser af nuklear fusion såvel som i anvendelsen af ​​lasere til kirurgiske formål.

Historie

- Opdagelse af det skjulte element

I 1785 opdagede den engelske kemiker og fysiker Henry Cavendish, at luft indeholdt en lille andel af et stof, som endnu var mindre aktiv end nitrogen.

Et århundrede senere isolerede den engelske fysiker Lord Rayleigh fra luften en gas, som han troede var rent kvælstof; men så opdagede han, at det var tungere.

I 1894 samarbejdede den skotske kemiker, Sir William Ramsey, for at isolere denne gas, hvilket viste sig at være et nyt element: argon. Et år senere isolerede han heliumgassen ved at opvarme mineralet cleveite.

Sir William Ramsey selv opdagede sammen med sin assistent, den engelske kemiker Morris Travers, krypton den 30. maj 1898 i London.

Ramsey og Travers mente, at der var et mellemrum i den periodiske tabel mellem elementerne argon og helium, og et nyt element måtte udfylde dette rum. Ramsey, en måned efter opdagelsen af ​​krypton, juni 1898, opdagede neon; element, der fyldte rummet mellem helium og argon.

Metode

Ramsey mistænkte eksistensen af ​​et nyt element skjult i hans tidligere opdagelse, argon. Ramsey og Travers, for at teste deres idé, besluttede at hente et stort volumen argon fra luften. Til dette blev de nødt til at producere flydende luft.

Derefter destillerede de den flydende luft for at adskille den i fraktioner og undersøge i de lettere fraktioner for tilstedeværelsen af ​​det ønskede gasformige element. Men de begik en fejl, tilsyneladende overophedede de den flydende luft og fordampede en masse af prøven.

I sidste ende havde de kun 100 ml af prøven, og Ramsey var overbevist om, at tilstedeværelsen af ​​elementet lettere end argon i dette volumen var usandsynligt; men han besluttede at undersøge muligheden for et element tungere end argon i den resterende prøvevolumen.

Efter hans tanke fjernede han ilt og nitrogen fra gassen ved hjælp af rødglødende kobber og magnesium. Derefter anbragte han en prøve af den resterende gas i et vakuumrør og påførte en høj spænding til den for at opnå spektret af gassen.

Som forventet var argon til stede, men de bemærkede udseendet af to nye lyse linjer i spektret; den ene gule og den anden grøn, som begge aldrig var blevet observeret.

- Fremkomst af navnet

Ramsey og Travers beregnet forholdet mellem den specifikke gasvarme ved konstant tryk og dens specifikke varme ved konstant volumen og fundet en værdi på 1,66 for dette forhold. Denne værdi svarede til en gas dannet af individuelle atomer, hvilket viser, at den ikke var en forbindelse.

Derfor var de i nærvær af en ny gas, og krypton var blevet opdaget. Ramsey besluttede at kalde det Krypton, et ord afledt af det græske ord "krypto", som betyder "skjult". William Ramsey modtog Nobelprisen i kemi i 1904 for opdagelsen af ​​disse ædelgasser.

Fysiske og kemiske egenskaber

Udseende

Det er en farveløs gas, der udviser en glødende hvid farve i et elektrisk felt.

Standard atomvægt

83.798 u

Atomnummer (Z)

36

Smeltepunkt

-157,37 ºC

Kogepunkt

153.415 ºC

Massefylde

Under standardbetingelser: 3.949 g / l

Flydende tilstand (kogepunkt): 2,413 g / cm ³

Relativ gastæthed

2.9 i forhold til luft med værdi = 1. Det vil sige, krypton er tre gange så tæt som luft.

Vandopløselighed

59,4 cm ³ / 1.000 g ved 20 ºC

Triple point

115,775 K og 73,53 kPa

Kritisk punkt

209,48 K og 5,525 MPa

Fusionsvarme

1,64 kJ / mol

Fordampningsvarme

9,08 kJ / mol

Molær kalorikapacitet

20,95 J / (mol K)

Damptryk

Ved en temperatur på 84 K har det et tryk på 1 kPa.

elektronegativitet

3.0 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergi

Først: 1.350,8 kJ / mol.

Andet: 2.350,4 kJ / mol.

Tredje: 3.565 kJ / mol.

Lydens hastighed

Gas (23 ºC): 220 m / s

Væske: 1.120 m / s

Varmeledningsevne

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Bestille

diamagnetisk

Oxidationsnummer

Krypton er en ædel gas og er ikke meget reaktiv og mister ikke eller får elektroner. Hvis det lykkes at danne en fast med en defineret sammensætning, som det sker med klatratet Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ eller dets hydrid Kr (H ₂) ₄, så det siges at deltage med et nummer eller oxidationstrin 0 (Kr ⁰); dets neutrale atomer interagerer med en matrix af molekyler.

Imidlertid kan krypton formelt miste elektroner, hvis det danner bindinger med det mest elektronegative element af alle: fluor. I KrF _{2 er} dens oxidationsnummer +2, så antages eksistensen af ​​den divalente kation Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^-).

Reaktivitet

I 1962 syntesen af krypton difluorid (KrF ₂) blev rapporteret. Denne forbindelse er et meget flygtigt, farveløst, krystallinsk fast stof og nedbrydes langsomt ved stuetemperatur; men det er stabilt ved -30 ºC. Krypton Fluoride er et stærkt oxiderende og fluoriserende middel.

Krypton reagerer med fluor, når den kombineres i en elektrisk udladning rør ved -183 ° C, danner KrF ₂. Reaktionen finder også sted, når krypton og fluor bestråles med ultraviolet lys ved -196 ° C.

KrF ⁺ og Kr ₂ F ₃ ⁺ er forbindelser dannet ved omsætning af KrF ₂ med stærke fluorid acceptorer. Krypton er en del af en ustabil forbindelse: K (OTeF ₅) ₂, som har en binding mellem krypton og et ilt (Kr-O).

En krypton-nitrogenbinding findes i HCΞN-Kr-F-kationen. Krypton hydrider, KRH ₂, kan dyrkes ved tryk på over 5 GPa.

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev alle disse forbindelser betragtet som umulige i betragtning af den nul reaktivitet, der blev udtænkt af denne ædelgas.

Struktur og elektronisk konfiguration

Krypton atom

Krypton, der er en ædel gas, har hele sin valentetoketet; det vil sige dets og p orbitaler er fuldt ud fyldt med elektroner, som kan verificeres i deres elektroniske konfiguration:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Det er en monatomisk gas uanset (til dato) af tryk- eller temperaturforholdene, der fungerer på den. Derfor er dens tre tilstande defineret af de interatomiske interaktioner mellem dets Kr-atomer, der kan forestilles som marmor.

Disse Kr-atomer er som deres kongenere (He, Ne, Ar osv.) Ikke lette at polarisere, da de er relativt små og også har en høj elektrondensitet; dvs. overfladen af ​​disse kugler er ikke mærkbar deformeret til at generere en øjeblikkelig dipol, der inducerer en anden i en tilstødende marmor.

Interaktion interaktion

Det er af denne grund, at den eneste styrke, der holder Kr-atomerne sammen, er London-spredningsstyrken; men de er meget svage i tilfælde af krypton, så der kræves lave temperaturer for dets atomer at definere en væske eller krystal.

Disse temperaturer (henholdsvis kogning og smeltepunkter) er imidlertid højere sammenlignet med argon, neon og helium. Dette skyldes den større atommasse af krypton, svarende til en større atomradius og derfor mere polariserbar.

F.eks. Er kryptons kogepunkt omkring -153 ºC, mens de af ædelgasser argon (-186 ºC), neon (-246 ºC) og helium (-269 ºC) er lavere; det vil sige, dens gasser har brug for koldere temperaturer (tættere på -273,15 ºC eller 0 K) for at kunne kondensere i væskefasen.

Her ser vi, hvordan størrelsen af ​​deres atomradier er direkte relateret til deres interaktion. Det samme sker med deres respektive smeltepunkter, temperaturen, ved hvilken krypton til sidst krystalliserer ved -157 ºC.

Krypton krystal

Når temperaturen falder til -157 ° C, nærmer Kr-atomerne sig langsomt nok til at sammenkæle yderligere og definere en hvid krystal med en ansigt-centreret kubisk struktur (fcc). Der er således nu en strukturel orden styret af dens spredningskræfter.

Selvom der ikke er meget information om det, kan krypton fcc-krystal gennemgå krystallinske overgange til tættere faser, hvis det udsættes for enormt pres; ligesom den kompakte sekskantede (hcp), hvor Kr-atomerne vil blive mere samlet.

Uden at give dette punkt til side kan Kr-atomer også fanges i isbure kaldet clathrates. Hvis temperaturen er lav nok, kan der måske være blandede krypton-vandkrystaller, hvor Kr-atomerne er arrangeret og omgivet af vandmolekyler.

Hvor man kan finde og skaffe

Atmosfære

Krypton diffunderes i hele atmosfæren og er ude af stand til at undslippe jordens gravitationsfelt i modsætning til helium. I luften, vi indånder, er dens koncentration omkring 1 ppm, selvom dette kan variere afhængigt af de gasformige emissioner; det være sig vulkanudbrud, gejsere, varme kilder eller måske naturgasaflejringer.

Da den er dårligt opløselig i vand, er dens koncentration i hydrosfæren sandsynligvis ubetydelig. Det samme sker med mineraler; få kryptonatomer kan fanges inde i dem. Derfor er den eneste kilde til denne ædelgas luft.

Likvidation og fraktioneret destillation

For at opnå den er luften nødt til at gennemgå en kondensationsproces, så alle dens komponentgasser kondenseres og danner en væske. Derefter opvarmes denne væske ved at anvende fraktioneret destillation ved lave temperaturer.

Når ilt, argon og nitrogen er destilleret, forbliver krypton og xenon i den resterende væske, der adsorberes på aktivt kul eller silicagel. Denne væske opvarmes til -153 ºC for at destillere krypton.

Endelig renses den indsamlede krypton ved at passere gennem varmt metallisk titan, der fjerner luftformige urenheder.

Hvis det ønskes adskillelse af dets isotoper, bringes gassen til at stige gennem en glaskolonne, hvor den gennemgår termisk diffusion; de lettere isotoper vil stige mod toppen, mens de tungere er tilbøjelige til at forblive i bunden. Således samles for eksempel ⁸⁴ Kr og ⁸⁶ Kr isotopen separat i bunden.

Krypton kan opbevares i Pyrex glaspærer ved omgivelsestryk eller i lufttætte ståltanke. Før emballering underkastes det en kvalitetskontrol ved hjælp af spektroskopi for at bekræfte, at dens spektrum er unikt og ikke indeholder linjer med andre elementer.

Nuklear fision

En anden metode til at opnå krypton ligger i den nukleare fission af uran og plutonium, hvorfra en blanding af deres radioaktive isotoper også produceres.

isotoper

Krypton forekommer i naturen som seks stabile isotoper. Disse med deres tilsvarende forekomster på Jorden er: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) og ⁸⁶ Kr (17,28%). Den ⁷⁸ Kr er en radioaktiv isotop; men dens halveringstid (t _1/2) er så lang (9,2 · 10 ²¹ år), at den praktisk taget betragtes som stabil.

Dette er grunden til, at dens standardatommasse (atomvægt) er 83.798 u, tættere på 84 u på ⁸⁴ Kr isotop.

Radioisotopen ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵) findes også i spormængder, der produceres, når ⁸⁰ Kr modtager kosmiske stråler. Ud over de allerede nævnte isotoper er der to syntetiske radioisotoper: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 timer) og ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 år); sidstnævnte er det, der produceres som et produkt fra den nukleare fission af uran og plutonium.

Risici

Krypton er et ikke-giftigt element, da det ikke reagerer under normale forhold, og det repræsenterer heller ikke en brandfare, når det blandes med stærke oxidationsmidler. En lækage af denne gas udgør ingen fare; medmindre du indånder direkte, fortrænger ilt og forårsager kvælning.

Kr-atomer kommer ind og udvises fra kroppen uden at deltage i nogen metabolisk reaktion. De kan imidlertid fortrænge iltet, der skal nå lungerne og transporteres gennem blodet, så den enkelte kan lide af narkose eller hypoxi samt andre tilstande.

Ellers trækker vi konstant ind i krypton i enhver luftånd. Med hensyn til dets forbindelser er historien anderledes. For eksempel er KrF ₂ et stærkt fluoriserende middel; og derfor vil det "give" anioner F ^- til ethvert molekyle i den biologiske matrix, den støder på, og som er potentielt farlig.

En krypton-clathrate (fanget i et isbur) er muligvis ikke meget farlig, medmindre der er visse urenheder, der giver toksicitet.

Applikationer

Blitzene fra højhastighedskameraer skyldes delvis excitationen fra krypton. Kilde: Mhoistion

Krypton er til stede i forskellige applikationer omkring artefakter eller enheder designet til belysning. For eksempel er det en del af "neonlys" i gulgrønne farver. Kryptons "lovlige" lys er hvide, da deres emission spektrum omfatter alle farver i det synlige spektrum.

Det hvide lys fra krypton er faktisk blevet brugt til fotografier, da de er meget intense og hurtige, idet de er perfekte til højhastighedskamera-blitz eller til øjeblikkelige blitz på landingsbaner i lufthavnen.

Ligeledes kan de elektriske afladningsrør, der udspringer af dette hvide lys, være dækket med farvede papirer, hvilket giver effekten af ​​at vise lys i mange farver uden behov for at begejstre ved hjælp af andre gasser.

Det føjes til wolframglødelamper for at øge deres levetid og til argon lysstofrør til samme formål, hvilket også reducerer deres intensitet og øger deres omkostninger (da det er dyrere end argon).

Når krypton udgør den gasformige udfyldning af glødepærer, øger den lysstyrken og gør den mere blålig.

Lasere

De røde lasere, der er set i lysshows, er baseret på krypton-spektrale snarere end helium-neon-blandingen.

På den anden side kan der fremstilles kraftige ultraviolette strålingslasere med krypton: kryptonfluorid (KrF). Denne laser bruges til fotolitografi, medicinske operationer, forskning inden for nuklear fusion og mikrobearbejdning af faste materialer og forbindelser (ændring af deres overflade gennem laserens virkning).

Definition af måleren

Mellem 1960 og 1983 blev bølgelængden af ​​den rød-orange spektrallinie på ⁸⁶ Kr isotop (ganget med 1.650.763,73) anvendt til at definere den nøjagtige længde på en meter.

Påvisning af atomvåben

Fordi radioisotop ⁸⁵ Kr er et af produkterne fra nuklear aktivitet, hvor det detekteres er en indikation af, at der var detonering af et atomvåben, eller at ulovlige eller hemmelige aktiviteter af nævnte energi udføres.

Medicin

Krypton er blevet anvendt i medicinen som en bedøvelse, en røntgenabsorberende, en detektor for hjerteafvik og til at skære nethinden i øjnene med dens lasere på en præcis og kontrolleret måde.

Dens radioisotoper har også anvendelser inden for nuklear medicin, til at undersøge og scanne luftstrømmen og blodet i lungerne og til at opnå nukleær magnetisk resonansbilleder af patientens luftveje.

Referencer

1. Gary J. Schrobilgen. (28. september 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Krypton. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16. juli). Krypton kemiske reaktioner. Gendannes fra: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16. november 2014). Et superkølet materiale - krystalstrukturen i Krypton. Gendannet fra: crystalallography365.wordpress.com
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Krypton Element Facts. Chemicool. Gendannes fra: chemicool.com
6. Marques Miguel. (Sf). Krypton. Gendannes fra: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Hvordan produkter fremstilles. Gendannes fra: madehow.com
8. AZoOptics. (25. april 2014). Krypton Fluoride Excimer Laser - Egenskaber og applikationer. Gendannes fra: azooptics.com