KRYPTON: HISTÓRIA, VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, ZÍSKAVANIE, RIZIKÁ, POUŽITIA - CHÉMIA - 2026

Kryptónu je vzácny plyn, ktorý je reprezentovaný symbolom Kr a nachádza sa v skupine 18 periodickej tabuľky. Nasleduje argón a jeho množstvo je také nízke, že sa považovalo za skryté; odtiaľ pochádza jeho názov. Nepoužíva sa takmer v minerálnych kameňoch, ale v masách prírodných plynov a ťažko rozpustených v moriach a oceánoch.

Samotné meno evokuje obraz Supermana, jeho planéty Krypton a slávneho kryptonitu, kameňa, ktorý oslabuje superhrdinu a zbavuje ho jeho superveľmocí. Môžete tiež myslieť na kryptomeny alebo krypty, keď sa o nich dozviete, ako aj na ďalšie pojmy, ktoré sú od tohto plynu v podstate vzdialené.

Injekčná liekovka s kryptónom vzrušená elektrickým výbojom a žiara s bielym svetlom. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

Tento vzácny plyn je však v porovnaní s vyššie uvedenými údajmi menej extravagantný a „skrytý“; jeho nedostatočná reaktivita však nezbavuje všetkých potenciálnych záujmov, ktoré môžu vzbudiť vo výskume zameranom na rôzne oblasti, najmä fyzickú.

Na rozdiel od iných ušľachtilých plynov je svetlo vyžarované kryptónom pri excitácii v elektrickom poli biele (horný obrázok). Z tohto dôvodu sa používa na rôzne účely v osvetľovacom priemysle. Môže nahradiť prakticky akékoľvek neónové svetlo a vyžarovať svoje vlastné, čo sa vyznačuje žltkasto-zelenou farbou.

Vyskytuje sa v prírode ako zmes šiestich stabilných izotopov, nehovoriac o niektorých rádioizotopoch určených pre nukleárnu medicínu. Aby sa získal tento plyn, musí sa vzduch, ktorý dýchame, skvapalniť a jeho výsledná kvapalina sa podrobí frakčnej destilácii, kde sa potom krypton vyčistí a rozdelí na základné izotopy.

Vďaka kryptónu bolo možné pokročiť v štúdiách jadrovej fúzie, ako aj v aplikáciách laserov na chirurgické účely.

histórie

- Objavenie skrytého prvku

V roku 1785 anglický chemik a fyzik Henry Cavendish zistil, že vzduch obsahuje malú časť látky, ktorá je ešte menej aktívna ako dusík.

O storočie neskôr anglický fyzik Lord Rayleigh izoloval zo vzduchu plyn, ktorý považoval za čistý dusík; ale potom zistil, že to bolo ťažšie.

V roku 1894 škótsky chemik, Sir William Ramsey, spolupracoval na izolácii tohto plynu, ktorý sa ukázal byť novým prvkom: argónom. O rok neskôr izoloval plynný hélium zahriatím minerálneho cleveitu.

Sám William Ramsey spolu s jeho asistentom, anglickým chemikom Morrisom Traversom, objavili krypton 30. mája 1898 v Londýne.

Ramsey a Travers verili, že v periodickej tabuľke je priestor medzi prvkami argón a hélium a tento priestor musí vyplniť nový prvok. Ramsey, mesiac po objavení kryptónu, jún 1898, objavil neón; prvok, ktorý vyplnil priestor medzi héliom a argónom.

metodológie

Ramsey mal podozrenie, že v jeho predchádzajúcom objave bol skrytý nový prvok, argón. Ramsey a Travers, aby otestovali svoj nápad, sa rozhodli získať veľké množstvo argónu zo vzduchu. Z tohto dôvodu museli vyrobiť skvapalnenie vzduchu.

Potom destilovali tekutý vzduch, aby ho rozdelili na frakcie, a v ľahších frakciách preskúmali prítomnosť požadovaného plynného prvku. Urobili však chybu, zjavne prehriali skvapalnený vzduch a odparili veľa vzorky.

Nakoniec mali iba 100 ml vzorky a Ramsey bol presvedčený, že prítomnosť prvku ľahšieho ako argón v tomto objeme je nepravdepodobná; ale rozhodol sa preskúmať možnosť prvku ťažšieho ako argón v zvyškovom objeme vzorky.

Po jeho myšlienke odstránil kyslík a dusík z plynu pomocou horúcej medi a horčíka. Potom umiestnil vzorku zvyšného plynu do vákuovej trubice, na ktorú priložil vysoké napätie, aby získal spektrum plynu.

Ako sa očakávalo, bol prítomný argón, ale všimli si výskyt dvoch nových svetlých čiar v spektre; jedna žltá a druhá zelená, ktoré neboli nikdy pozorované.

- Vznik názvu

Ramsey a Travers vypočítali vzťah medzi špecifickým teplom plynu pri konštantnom tlaku a jeho špecifickým teplom pri konštantnom objeme, pričom pre tento vzťah našli hodnotu 1,66. Táto hodnota zodpovedala plynu tvorenému jednotlivými atómami, čo ukazuje, že nejde o zlúčeninu.

Preto boli v prítomnosti nového plynu a bol objavený krypton. Ramsey sa rozhodol nazvať ho Krypton, slovo odvodené z gréckeho slova „krypto“, čo znamená „skryté“. William Ramsey získal Nobelovu cenu za chémiu v roku 1904 za objav týchto vzácnych plynov.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

vzhľad

Je to bezfarebný plyn, ktorý v elektrickom poli vykazuje žiarivú bielu farbu.

Štandardná atómová hmotnosť

83 798 u

Atómové číslo (Z)

36

Bod topenia

-157,37 ° C

Bod varu

153,415 ° C

Hustota

Za štandardných podmienok: 3 949 g / l

Kvapalnom stave (teplota varu): 2,413 g / cm ³

Relatívna hustota plynu

2,9 vo vzťahu k vzduchu s hodnotou = 1. To znamená, že kryptón je trikrát hustejší ako vzduch.

Rozpustnosť vo vode

59,4 cm ³ /1000 g pri teplote 20 ° C

Trojitý bod

115,775 K a 73,53 kPa

Kritický bod

209,48 K a 5,525 MPa

Teplo fúzie

1,64 kJ / mol

Odparovacie teplo

9,08 kJ / mol

Molárna kalorická kapacita

20,95 J / (mol K)

Tlak vodnej pary

Pri teplote 84 K má tlak 1 kPa.

electronegativity

3.0 na Paulingovej stupnici

Ionizačná energia

Najprv: 1 350,8 kJ / mol.

Po druhé: 2 350,4 kJ / mol.

Tretia: 3 565 kJ / mol.

Rýchlosť zvuku

Plyn (23 ° C): 220 m / s

Kvapalina: 1 120 m / s

Tepelná vodivosť

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

objednať

Diamagnetic

Oxidačné číslo

Krypton ako vzácny plyn nie je príliš reaktívny a nestráca ani nezískava elektróny. Ak sa podarí vytvoriť pevné látky s definovaným zložením, ako je tomu u klatrátu Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ alebo jeho hydrid Kr (H ₂ ), ₄ , potom je, že k účasti s číselným alebo oxidačným stavu 0 (Kr ⁰ ) ; to znamená, že jeho neutrálne atómy interagujú s matricou molekúl.

Avšak krypton môže formálne stratiť elektróny, ak vytvorí väzby s najviac elektronegatívnym prvkom zo všetkých: fluór. V KRF ₂ jeho oxidačné číslo je 2, takže existencia dvojmocné katiónom Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ) sa predpokladá .

reaktivita

V roku 1962 bola hlásená syntéza krypton difluoridu (KrF ₂ ). Táto zlúčenina je vysoko prchavá, bezfarebná kryštalická pevná látka a pri izbovej teplote sa pomaly rozkladá; ale je stabilný pri -30 ° C. Krypton Fluoride je silné oxidačné a fluoračné činidlo.

Krypton reaguje s fluórom, ak je kombinovaná v elektrickej výbojky pri -183 ° C za vytvorenie KRF ₂ . K reakcii tiež dochádza, keď sú kryptón a fluór ožiarené ultrafialovým svetlom pri -196 ° C.

Krf ⁺ a Kr ₂ F ₃ ⁺ , sú zlúčeniny, ktoré vznikajú reakciou KRF _2, so silnými fluoridových akceptory. Krypton je súčasťou nestabilný zlúčeniny: K (OTeF ₅ ) ₂ , ktorý má väzbu medzi kryptón a kyslík (Kr-O).

V katióne HC1N-Kr-F sa nachádza väzba kryptón-dusík. Krypton hydridy, KRH- ₂ , môžu byť pestované pri tlaku nad 5 GPa.

Na začiatku 20. storočia sa všetky tieto zlúčeniny považovali za nemožné vzhľadom na nulovú reaktivitu tohto vzácneho plynu.

Štruktúra a elektronická konfigurácia

Kryptonov atóm

Krypton, ako vznešený plyn, má celý valenčný oktet; to znamená, že jej orbitály sú úplne vyplnené elektrónmi, ktoré sa dajú overiť v ich elektronickej konfigurácii:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Je to monatomický plyn bez ohľadu na (do dnešného dňa) tlakových alebo teplotných podmienok, ktoré s ním pracujú. Preto sú jeho tri stavy definované interatomickými interakciami jej atómov Kr, ktoré si možno predstaviť ako guličky.

Tieto atómy Kr, podobne ako ich kongenéry (He, Ne, Ar, atď.), Nie je ľahké polarizovať, pretože sú relatívne malé a tiež majú vysokú hustotu elektrónov; to znamená, že povrch týchto guličiek nie je zreteľne zdeformovaný, aby vytvoril okamžitý dipól, ktorý indukuje ďalší v susednom mramore.

Interakčné interakcie

Z tohto dôvodu sú jedinými silami, ktoré držia atómy Kr spolu, rozptyľovacia sila v Londýne; ale v prípade kryptónu sú veľmi slabé, takže na to, aby jeho atómy mohli definovať tekutinu alebo kryštál, sú potrebné nízke teploty.

Tieto teploty (teploty varu a teploty topenia) sú však vyššie v porovnaní s argónom, neónom a héliom. Je to kvôli väčšej atómovej hmotnosti kryptónu, čo je ekvivalent k väčšiemu atómovému polomeru, a preto je polarizovateľnejší.

Napríklad teplota varu kryptónu je približne -153 ° C, zatiaľ čo teplota vzácnych plynov argón (-186 ° C), neón (-246 ° C) a hélium (-269 ° C) sú nižšie; to znamená, že jeho plyny potrebujú chladnejšie teploty (bližšie k -273,15 ° C alebo 0 K), aby mohli kondenzovať do kvapalnej fázy.

Tu vidíme, ako veľkosť ich atómových polomerov priamo súvisí s ich interakciami. To isté sa deje s ich príslušnými bodmi topenia, teplotou, pri ktorej krypton nakoniec kryštalizuje pri -157 ° C.

Kryštalický kryštál

Keď teplota klesne na -157 ° C, atómy Kr sa priblížia dostatočne pomaly, aby sa ďalej zhlukovali a definovali biely kryštál s kubickou štruktúrou orientovanou na tvár (fcc). Teda v súčasnosti existuje štruktúrny poriadok riadený svojimi rozptylovými silami.

Aj keď o tom nie je veľa informácií, krypton fcc kryštál môže podstúpiť kryštalické prechody do hustejších fáz, ak je vystavený enormným tlakom; ako kompaktný hexagonál (hcp), v ktorom budú atómy Kr viac zoskupené.

Bez toho, aby sme tento bod nechali bokom, sa atómy Kr môžu zachytávať v ľadových klietkach nazývaných klatráty. Ak je teplota dostatočne nízka, možno sa môžu vyskytnúť kryštály kryptón-voda, s atómami Kr usporiadanými a obklopenými molekulami vody.

Kde nájsť a získať

atmosféra

Krypton je rozptýlený po celej atmosfére, na rozdiel od hélia nemôže uniknúť z gravitačného poľa Zeme. Vo vzduchu, ktorý dýchame, je jeho koncentrácia okolo 1 ppm, hoci sa to môže meniť v závislosti od plynných emisií; či už ide o vulkanické erupcie, gejzíry, horúce pramene alebo možno ložiská zemného plynu.

Pretože je slabo rozpustná vo vode, je jej koncentrácia v hydrosfére pravdepodobne zanedbateľná. To isté sa deje s minerálmi; v nich môže byť uväznených niekoľko atómov kryptónu. Jediným zdrojom tohto vzácneho plynu je preto vzduch.

Skvapalnenie a frakčná destilácia

Na jeho dosiahnutie musí vzduch prejsť skvapalňovacím procesom tak, aby všetky jeho zložkové plyny kondenzovali a tvorili kvapalinu. Táto kvapalina sa potom zahrieva použitím frakčnej destilácie pri nízkych teplotách.

Po destilácii kyslíka, argónu a dusíka zostávajú krypton a xenón v zostávajúcej kvapaline, ktorá je adsorbovaná na aktívnom uhlí alebo silikagéli. Táto kvapalina sa zahreje na -153 ° C, aby sa destiloval kryptón.

Nakoniec sa zozbieraný kryptón čistí prechodom cez horúci kovový titán, ktorý odstraňuje plynné nečistoty.

Ak je požadované oddelenie jeho izotopov, plyn sa nechá stúpať cez sklenenú kolónu, kde podlieha tepelnej difúzii; ľahšie izotopy stúpajú smerom nahor, zatiaľ čo tie ťažšie majú tendenciu zostať na dne. To znamená, že ⁸⁴ Kr a ⁸⁶ Kr izotop , napríklad, zhromažďovať oddelene v dolnej časti.

Krypton je možné skladovať v sklenených žiarovkách Pyrex pri okolitom tlaku alebo vo vzduchotesných oceľových nádržiach. Pred balením sa podrobí kontrole kvality spektroskopiou, aby sa potvrdilo, že jeho spektrum je jedinečné a že neobsahuje riadky iných prvkov.

Jadrové štiepenie

Ďalší spôsob získania kryptónu spočíva v jadrovom štiepení uránu a plutónia, z ktorého sa vyrába aj zmes ich rádioaktívnych izotopov.

izotopy

Krypton sa vyskytuje v prírode ako šesť stabilných izotopov. Ide o tieto hodnoty: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) a ⁸⁶ Kr (17,28%). ⁷⁸ Kr je rádioaktívny izotop; ale jeho polčas rozpadu (t _1/2 ) je taký dlhý (9,2 · 10 ²¹ rokov), že sa prakticky považuje za stabilný.

Preto je jeho štandardná atómová hmotnosť (atómová hmotnosť) 83,798 u, bližšie k 84 u izotopu ⁸⁴ Kr.

V stopových množstvách, rádioizotop ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 x 10 ⁵ ), sa tiež nachádza, ktorý je produkovaný, keď ⁸⁰ Kr obdrží kozmické lúče. Okrem už uvedených izotopov existujú dva syntetické rádioizotopy: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 hodín) a ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 rokov); to je to, čo sa vyrába ako produkt jadrového štiepenia uránu a plutónia.

riziká

Krypton je netoxický prvok, pretože za normálnych podmienok nereaguje a nepredstavuje ani riziko požiaru, ak je zmiešaný so silnými oxidačnými činidlami. Únik tohto plynu nepredstavuje žiadne nebezpečenstvo; pokiaľ priamo nedýchate, vytesňujete kyslík a nespôsobujete dusenie.

Atómy Kr vstupujú a sú vylúčené z tela bez účasti na akejkoľvek metabolickej reakcii. Môžu však vytlačiť kyslík, ktorý by sa mal dostať do pľúc a byť prenášaný krvou, takže jednotlivec môže trpieť narkózou alebo hypoxiou, ako aj inými stavmi.

Inak neustále dýchame kryptón pri každom dychu vzduchu. Teraz, pokiaľ ide o jeho zloženie, je tento príbeh iný. Napríklad KrF ₂ je silné fluoračné činidlo; a preto „dá“ anióny F ^- akejkoľvek molekule biologickej matrice, s ktorou sa stretne, ktorá je potenciálne nebezpečná.

Kryptónový klatrát (uväznený v klietke) pravdepodobne nie je značne nebezpečný, pokiaľ neexistujú určité nečistoty, ktoré zvyšujú toxicitu.

aplikácia

Záblesky z vysokorýchlostných kamier sú čiastočne spôsobené excitáciou kryptónu. Zdroj: Mhoistion

Krypton je prítomný v rôznych aplikáciách okolo artefaktov alebo zariadení určených na osvetlenie. Napríklad je súčasťou „neónových svetiel“ žltkasto-zelených farieb. Kryptonove „zákonné“ svetlá sú biele, pretože ich emisné spektrum zahŕňa všetky farby vo viditeľnom spektre.

Biele svetlo kryptónu sa v skutočnosti používa na fotografie, pretože je veľmi intenzívny a rýchly, ideálny na blesky vysokorýchlostných fotoaparátov alebo na okamžité blesky na letiskových dráhach.

Podobne aj elektrické výbojky, ktoré vyžarujú toto biele svetlo, môžu byť zakryté farebnými papiermi, čo spôsobuje vystavenie svetla mnohých farieb bez toho, aby bolo potrebné excitovať pomocou iných plynov.

Pridáva sa do žiaroviek s volfrámovým vláknom, aby sa zvýšila ich životnosť, a do argónových žiariviek na ten istý účel, čím sa tiež zníži ich intenzita a zvýšia sa náklady (pretože je drahšia ako argón).

Keď kryptón tvorí plynné výbojky v žiarovkách, zvyšuje jeho jas a zvyšuje modravosť.

lasery

Červené lasery pozorované pri svetelných prehliadkach sú založené skôr na spektrálnych líniách kryptónu ako na zmesi hélium a neóny.

Na druhej strane sa s kryptónom môžu vyrábať výkonné lasery ultrafialového žiarenia: kryptonfluorid (KrF). Tento laser sa používa na fotolitografiu, lekárske ordinácie, výskum v oblasti jadrovej fúzie a mikro-obrábanie tuhých materiálov a zlúčenín (modifikácia ich povrchu pôsobením lasera).

Definícia merača

V rokoch 1960 až 1983 sa použila vlnová dĺžka červenooranžovej spektrálnej čiary izotopu ⁸⁶ Kr (vynásobená 1650 763,73), aby sa definovala presná dĺžka jedného metra.

Detekcia jadrových zbraní

Pretože rádioizotop ⁸⁵ Kr je jedným z produktov jadrovej činnosti, kde sa deteguje, naznačuje to, že došlo k výbuchu jadrovej zbrane alebo že sa vykonávajú nezákonné alebo tajné činnosti tejto energie.

Liek

Krypton sa v medicíne používa ako anestetikum, röntgenový absorbér, detektor srdcových abnormalít a precíznym a kontrolovaným spôsobom orezáva sietnicu očí pomocou laserov.

Jeho rádioizotopy majú tiež využitie v nukleárnej medicíne, na štúdium a skenovanie prietoku vzduchu a krvi v pľúcach a na získanie obrazov nukleárnej magnetickej rezonancie dýchacích ciest pacienta.

Referencie

1. Gary J. Schrobilgen. (28. september 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Krypton. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16. júla). Krypton Chemical Reactions. Získané z: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16. november 2014). Super cool materiál - kryštalická štruktúra Krypton. Obnovené z: crystallography365.wordpress.com
5. Doug Stewart. (2019). Fakty o kryptónových prvkoch. Chemicool. Získané z: chemicool.com
6. Marques Miguel. (SF). Krypton. Získané z: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Ako sa výrobky vyrábajú. Obnovené z: madehow.com
8. AZoOptics. (25. apríla 2014). Krypton Fluoride Excimer Laser - Vlastnosti a aplikácie. Obnovené z: azooptics.com