Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Защита от перемещения страницы
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Криптон (от древнегреческого : κρυπτός , латинизированный :  kryptos «скрытый») - химический элемент с символом  Kr и атомным номером  36. Это бесцветный, без запаха и вкуса благородный газ, который присутствует в следовых количествах в атмосфере и является часто используется с другими инертными газами в люминесцентных лампах . Криптон, за редким исключением, химически инертен .

Криптон, как и другие благородные газы, используется в освещении и фотографии . Криптоновый свет имеет много спектральных линий , и криптоновая плазма используется в ярких, мощных газовых лазерах (криптоновые ионные и эксимерные лазеры), каждый из которых резонирует и усиливает одну спектральную линию. Фторид криптона также является полезной лазерной средой . С 1960 по 1983 год официальная длина метра определялась 606-нанометровой длиной волны оранжевой спектральной линии криптона-86 из-за высокой мощности и относительной простоты эксплуатации разрядных трубок криптона .

История

Сэр Уильям Рамзи, первооткрыватель криптона

Криптон был открыт в Великобритании в 1898 году шотландским химиком Уильямом Рамзи и английским химиком Моррисом Траверсом в остатках от испарения почти всех компонентов жидкого воздуха . Неон был обнаружен аналогичным способом теми же работниками всего несколько недель спустя. [9] Уильям Рамзи был удостоен Нобелевской премии по химии 1904 года за открытие ряда благородных газов , включая криптон.

В 1960 году Международное бюро мер и весов определило измеритель как 1 650 763,73 длины волны света, излучаемого изотопом криптон-86 . [10] [11] Это соглашение заменило международный прототип счетчика 1889 года , который представлял собой металлический стержень, расположенный в Севре . Это также устарело определение Ангстрема 1927 года, основанное на красной спектральной линии кадмия [12], заменив его на 1 Å = 10 −10  м. Определение криптона-86 просуществовало до октябрьской конференции 1983 года, на которой метр был определен как расстояние, которое свет проходит в вакууме.в течение 1/299 792 458 с. [13] [14] [15]

Характеристики

Криптон характеризуется несколькими резкими эмиссионными линиями ( спектральными сигнатурами ), наиболее сильными из которых являются зеленый и желтый. [16] Криптон - один из продуктов деления урана . [17] Твердый криптон белого цвета и имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру , которая является общим свойством всех благородных газов (за исключением гелия , который имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру).

Изотопы

Криптон, встречающийся в природе в атмосфере Земли, состоит из пяти стабильных изотопов и одного изотопа ( 78 Kr) с таким длительным периодом полураспада (9,2 × 10 21  год), что его можно считать стабильным. (Этот изотоп имеет второй по величине период полураспада среди всех изотопов, для которых наблюдался распад; он подвергается двойному захвату электронов до 78 Se ). [8] [18] Кроме того, известно около тридцати нестабильных изотопов и изомеров . [19] Следы 81 Kr, космогенного нуклида , образованного космическими лучами.облучение 80 Kr, также встречаются в природе: этот изотоп является радиоактивным с периодом полураспада 230000 лет. Криптон очень летуч и не остается в растворе в приповерхностных водах, но 81 Kr был использован для датировки старых (50 000–800 000 лет) подземных вод . [20]

85 Kr - инертный радиоактивный благородный газ с периодом полураспада 10,76 года. Он производится путем деления из урана и плутония , например, в атомной бомбы испытаний и ядерных реакторов . 85 Kr выделяется при переработке твэлов ядерных реакторов. Концентрации на Северном полюсе на 30% выше, чем на Южном полюсе из-за конвективного перемешивания. [21]

Химия

Kr (H 2 ) 4 и твердые частицы H 2, образованные в ячейке с алмазной наковальней . [22]
Структура Kr (H 2 ) 4 . Октаэдры криптона (зеленые) окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода. [22]

Как и другие благородные газы, криптон химически неактивен. Довольно ограниченный химический состав криптона в степени окисления +2 аналогичен химическому составу соседнего элемента брома в степени окисления +1; из-за сжатия скандида трудно окислить элементы 4p до их групповых степеней окисления. До 1960-х годов соединения благородных газов не синтезировались. [23]

Однако после первого успешного синтеза соединений ксенона в 1962 году синтез дифторида криптона ( KrF
2
) был зарегистрирован в 1963 году. В том же году KrF
4
сообщили Grosse, et al. , [24], но впоследствии было показано, что это ошибочная идентификация. [25] В экстремальных условиях криптон реагирует с фтором с образованием KrF 2 в соответствии со следующим уравнением:

Kr + F 2 → KrF 2

Газ криптон в лазере на фторид криптона поглощает энергию из источника, заставляя криптон реагировать с газообразным фтором, образуя эксиплекс фторид криптона, временный комплекс в возбужденном энергетическом состоянии:

2 Kr + F
2
→ 2 KrF

Комплекс может подвергаться спонтанному или стимулированному излучению, понижая свое энергетическое состояние до метастабильного, но сильно отталкивающего основного состояния . Комплекс в основном состоянии быстро распадается на несвязанные атомы:

2 KrF → 2 Kr + F
2

В результате получается эксиплексный лазер, который излучает энергию на длине волны 248 нм, близкую к ультрафиолетовой части спектра , что соответствует разнице энергий между основным состоянием и возбужденным состоянием комплекса.

Также были обнаружены соединения с криптоном, связанным с атомами, отличными от фтора . Есть также непроверенные сообщения о бариевой соли оксокислоты криптона . [26] Многоатомные ионы Ar Kr + и Kr H + были исследованы, и есть доказательства для Kr Xe или KrXe + . [27]

Реакция KrF
2
с B (OTeF
5
)
3
образует нестабильное соединение Kr (OTeF
5
)
2
, содержащую криптон- кислородную связь. Связь криптон- азот обнаружена в катионе [HC≡N – Kr – F]+
, образующийся при реакции KrF
2
с [HC≡NH]+
[AsF-
6
] ниже -50 ° C. [28] [29] HKrCN и HKrC≡CH (криптон-гидрид цианида и hydrokryptoacetylene) , как сообщалось, стабильны до 40 К . [23]

Кристаллы гидрида криптона (Kr (H 2 ) 4 ) можно выращивать при давлениях выше 5 ГПа. Они имеют гранецентрированную кубическую структуру, в которой октаэдры криптона окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода. [22]

Естественное явление

Земля сохранила все благородные газы, которые присутствовали при ее образовании, кроме гелия . Концентрация криптона в атмосфере составляет около 1 ppm . Его можно извлечь из жидкого воздуха путем фракционной перегонки . [30] Количество криптона в космосе неизвестно, потому что измерения производятся на основе метеорной активности и солнечного ветра. Первые измерения предполагают обилие криптона в космосе. [31]

Приложения

Криптоновая газоразрядная трубка

Множественные эмиссионные линии криптона заставляют ионизированные газовые разряды криптона казаться белыми, что, в свою очередь, делает лампочки на основе криптона полезными в фотографии в качестве источника белого света. Криптон используется в некоторых фотографических вспышках для высокоскоростной фотографии . Криптон также соединяется с ртутью, образуя светящиеся знаки, светящиеся ярким зеленовато-голубым светом. [32]

Криптон смешивается с аргоном в энергоэффективных люминесцентных лампах, что снижает энергопотребление, но также снижает светоотдачу и увеличивает стоимость. [33] Криптон стоит примерно в 100 раз дороже аргона. Криптон (наряду с ксеноном) также используется для заполнения ламп накаливания, чтобы уменьшить испарение нити накала и обеспечить более высокие рабочие температуры . [34] В результате получается более яркий свет с более синим цветом, чем у обычных ламп накаливания.

Белый разряд криптона иногда используется как художественный эффект в газоразрядных «неоновых» трубках. Криптон излучает гораздо более высокую мощность света, чем неон в области красной спектральной линии, и по этой причине красные лазеры для мощных лазерных световых шоу часто представляют собой криптоновые лазеры с зеркалами, которые выбирают красную спектральную линию для усиления и излучения лазера, а не более знакомая гелий-неоновая разновидность, которая не могла достичь такой же мощности в несколько ватт. [35]

Лазер фтористого криптона играет важная роль в энергетических исследованиях ядерного синтеза в ловушках экспериментов. Лазера имеет высокую однородность пучка, короткую длину волну , а размер пятна можно варьировать , чтобы отслеживать осадок взрывается. [36]

В экспериментальной физике элементарных частиц жидкий криптон используется для создания квазиоднородных электромагнитных калориметров . Ярким примером является калориметр эксперимента NA48 в ЦЕРНе, содержащий около 27 тонн жидкого криптона. Это использование редко, поскольку жидкий аргон дешевле. Преимущество криптона - меньший радиус Мольера 4,7 см, который обеспечивает отличное пространственное разрешение с небольшим перекрытием. Другими параметрами, важными для калориметрии, являются: радиационная длина X 0 = 4,7 см и плотность 2,4 г / см 3 .

Герметичные узлы искрового разрядника в возбудителях зажигания в некоторых старых реактивных двигателях содержат небольшое количество криптона-85 для обеспечения постоянных уровней ионизации и равномерной работы.

Криптон-83 применяется в магнитно-резонансной томографии (МРТ) для визуализации дыхательных путей. В частности, это позволяет рентгенологу различать гидрофобные и гидрофильные поверхности, содержащие дыхательные пути. [37]

Хотя ксенон может использоваться в компьютерной томографии (КТ) для оценки регионарной вентиляции, его анестезирующие свойства ограничивают его долю в дыхательном газе до 35%. Дыхательная смесь из 30% ксенона и 30% криптона сравнима по эффективности для КТ с фракцией 40% ксенона, при этом избегая нежелательных эффектов высокого парциального давления газообразного ксенона. [38]

Метастабильное изотопа криптона-81m используется в ядерной медицине для легкого вентиляции / перфузии сканирует , где он вдыхается визуализировали с помощью гамма - камеры . [39]

Криптон-85 в атмосфере использовался для обнаружения подпольных предприятий по переработке ядерного топлива в Северной Корее [40] и Пакистане . [41] Эти объекты были обнаружены в начале 2000-х и, как предполагалось, производили оружейный плутоний.

Криптон иногда используется в качестве изоляционного газа между оконными стеклами. [42]

SpaceX Starlink использует криптон в качестве топлива для своей электрической двигательной установки . [43]

Меры предосторожности

Криптон считается нетоксичным удушающим средством . [44] Криптон имеет наркотическое действие в семь раз больше, чем воздух, и вдыхание атмосферы, состоящей на 50% из криптона и на 50% из природного воздуха (как это может произойти в месте утечки), вызывает у людей наркоз, аналогичный вдыханию воздуха, в четыре раза превышающего атмосферный давление. Это сравнимо с подводным плаванием с аквалангом на глубине 30 м (100 футов) (см. Азотный наркоз ) и может повлиять на любого, кто дышит им. В то же время эта смесь будет содержать только 10% кислорода (вместо обычных 20%), и гипоксия будет более серьезной проблемой.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мейджа, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
  2. ^ Криптон . encyclopedia.airliquide.com
  3. ^ «Раздел 4, Свойства элементов и неорганических соединений; плавление, кипение, тройные и критические температуры элементов». Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. 2005 г.
  4. ^ а б Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.121. ISBN 1439855110.
  5. ^ Shuen-Чен Хван, Роберт Д. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Благородные газы". Кирк Отмер Энциклопедия химической технологии. Вайли. С. 343–383. DOI: 10.1002 / 0471238961.0701190508230114.a01.
  6. ^ Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений , в Lide, DR, ed. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  7. ^ Weast, Роберт (1984). CRC, Справочник по химии и физике . Бока-Ратон, Флорида: Издательство Chemical Rubber Company. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  8. ^ a b Patrignani, C .; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2016). «Обзор физики элементарных частиц». Китайская физика C . 40 (10): 100001. Bibcode : 2016ChPhC..40j0001P . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 40/10/100001 .См. Стр. 768
  9. ^ Уильям Рамзи ; Моррис В. Трэверс (1898). «О новой составляющей атмосферного воздуха» . Труды Лондонского королевского общества . 63 (1): 405–408. DOI : 10,1098 / rspl.1898.0051 .
  10. ^ «BIPM и эволюция определения метра» . Bureau International des Poids et Mesures. 2014-07-26 . Проверено 23 июня 2016 .
  11. ^ Pénzes, Уильям Б. (2009-01-08). «Временная шкала определения счетчика» . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 23 июня 2016 .
  12. ^ Бурдун, GD (1958). «О новом определении счетчика». Методы измерения . 1 (3): 259–264. DOI : 10.1007 / BF00974680 .
  13. ^ Кимоти, Шри Кришна (2002). Неопределенность измерений: физико-химическая метрология: влияние и анализ . Американское общество качества. п. 122. ISBN 978-0-87389-535-4.
  14. ^ Гиббс, Филип (1997). "Как измеряется скорость света?" . Департамент математики Калифорнийского университета. Архивировано из оригинала на 2015-08-21 . Проверено 19 марта 2007 .
  15. ^ Единица измерения длины (метр) , NIST
  16. ^ «Спектры газовых разрядов» . Архивировано из оригинала на 2011-04-02 . Проверено 4 октября 2009 .
  17. ^ "Криптон" (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория, EVS. 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 20 декабря 2009 года . Проверено 17 марта 2007 .
  18. Гаврилюк Ю. М .; Гангапшев AM; Казалов, В.В.; Кузьминов, В.В.; Панасенко С.И.; Раткевич С.С. (4 марта 2013 г.). «Показания захвата 2ν2K в 78 Кр». Phys. Ред . С. 87 (3): 035501. Bibcode : 2013PhRvC..87c5501G . DOI : 10.1103 / PhysRevC.87.035501 .
  19. ^ Лиде, DR, изд. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  20. ^ Тоннард, Норберт; MeKay, Ларри Д.; Лаботка, Теодор К. (05.02.2001). "Разработка методов лазерной резонансной ионизации для измерений 81-Kr и 85-Kr в науках о Земле" (PDF) . Университет Теннесси, Институт измерений редких изотопов. С. 4–7 . Проверено 20 марта 2007 .
  21. ^ «Ресурсы по изотопам» . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала на 2001-09-24 . Проверено 20 марта 2007 .
  22. ^ a b c Клеппе, Аннет К .; Амбоаж, Моника; Джефкоат, Эндрю П. (2014). "Новое соединение высокого давления Ван-дер-Ваальса Kr (H 2 ) 4 обнаружено в двойной системе криптон-водород" . Научные отчеты . 4 : 4989. Bibcode : 2014NatSR ... 4E4989K . DOI : 10.1038 / srep04989 .
  23. ^ a b Бартлетт, Нил (2003). «Благородные газы» . Новости химии и техники . Проверено 2 июля 2006 .
  24. ^ Гросс, А.В.; Киршенбаум, AD; Streng, AG; Streng, LV (1963). «Тетрафторид криптона: получение и некоторые свойства». Наука . 139 (3559): 1047–1048. Bibcode : 1963Sci ... 139.1047G . DOI : 10.1126 / science.139.3559.1047 . PMID 17812982 . 
  25. ^ Прусаков, В.Н.; Соколов, В.Б. (1971). «Дифторид криптона». Советская атомная энергия . 31 (3): 990–999. DOI : 10.1007 / BF01375764 .
  26. ^ Streng, A .; Гроссе, А. (1964). «Кислота криптона и ее бариевая соль». Наука . 143 (3603): 242–243. Bibcode : 1964Sci ... 143..242S . DOI : 10.1126 / science.143.3603.242 . PMID 17753149 . 
  27. ^ "Периодическая таблица элементов" (PDF) . Химический отдел Лос-Аламосской национальной лаборатории. С. 100–101. Архивировано из оригинального (PDF) 25 ноября 2006 года . Проверено 5 апреля 2007 .
  28. ^ Холлоуэй, Джон Х .; Надежда, Эрик Г. (1998). Сайкс, А.Г. (ред.). Успехи неорганической химии . Академическая пресса. п. 57 . ISBN 978-0-12-023646-6.
  29. ^ Льюарс, Эррол Г. (2008). Чудеса моделирования: вычислительные ожидания новых молекул . Springer. п. 68. ISBN 978-1-4020-6972-7.
  30. ^ «Как производятся продукты: криптон» . Проверено 2 июля 2006 .
  31. ^ Карделли, Джейсон А .; Мейер, Дэвид М. (1996). «Изобилие межзвездного криптона» . Письма в астрофизический журнал . 477 (1): L57 – L60. Bibcode : 1997ApJ ... 477L..57C . DOI : 10.1086 / 310513 .
  32. ^ «Меркурий в освещении» (PDF) . Кооперативное расширение Кейп-Код. Архивировано из оригинального (PDF) 29 сентября 2007 года . Проверено 20 марта 2007 .
  33. ^ Освещение: полноразмерные люминесцентные лампы . McGraw-Hill Companies, Inc. (2002)
  34. ^ Свойства, применения и использование «редких газов» неона, криптона и ксенона . Uigi.com. Проверено 30 ноября 2015.
  35. ^ «Лазерные устройства, лазерные шоу и эффекты» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 21 февраля 2007 года . Проверено 5 апреля 2007 .
  36. ^ Sethian, J .; М. Фридман; М. Майерс. "Разработка лазера на фториде криптона для инерционной термоядерной энергии" (PDF) . Отдел физики плазмы Лаборатории морских исследований. С. 1–8 . Проверено 20 марта 2007 .
  37. ^ Павловская, Г.Е .; Кливленд, З.И.; Ступич, К.Ф .; Basaraba, RJ; и другие. (2005). «Гиперполяризованный криптон-83 как контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (51): 18275–9. Bibcode : 2005PNAS..10218275P . DOI : 10.1073 / pnas.0509419102 . PMC 1317982 . PMID 16344474 .  
  38. ^ Чон, D; Бек, KC; Саймон, BA; Шиката, H; и другие. (2007). «Влияние добавок с низким содержанием ксенона и криптона на сигнал / шум региональных КТ измерений вентиляции». Журнал прикладной физиологии . 102 (4): 1535–44. DOI : 10.1152 / japplphysiol.01235.2005 . PMID 17122371 . 
  39. ^ Bajc, M .; Neilly, JB; Миниати, М .; Schuemichen, C .; Meignan, M .; Джонсон, Б. (27 июня 2009 г.). «Рекомендации EANM по вентиляции / перфузионной сцинтиграфии» . Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 36 (8): 1356–1370. DOI : 10.1007 / s00259-009-1170-5 . PMID 19562336 . 
  40. ^ Сэнгер, Дэвид Э .; Шанкер, Том (20.07.2003). «Северная Корея может скрывать новый ядерный объект» . Окленд Трибьюн . Архивировано из оригинала на 2016-04-09 . Проверено 1 мая 2015 г. - через Highbeam Research.
  41. ^ Брэдли, Эд; Мартин, Дэвид (2000-03-16). «Американская разведка находит доказательства производства ядерного оружия в Пакистане, CBS» . Вечерние новости CBS с Дэном Рэзером . Архивировано из оригинала на 2016-10-18 . Проверено 1 мая 2015 г. - через Highbeam Research.
  42. ^ Эйр, Джеймс (2018-04-28). «Изолированные окна 101 - двойное остекление, тройное остекление, тепловые характеристики и возможные проблемы» . cleantechnica.com . Дата обращения 17 мая 2018 .
  43. ^ SpaceX. «Миссия Starlink» . Событие происходит в 7:10.
  44. Свойства криптона, заархивированные 19 февраля 2009 г. на Wayback Machine . Pt.chemicalstore.com. Проверено 30 ноября 2015.

дальнейшее чтение

  • Уильям П. Кирк "Криптон 85: обзор литературы и анализ радиационных опасностей" , Агентство по охране окружающей среды, Управление исследований и мониторинга, Вашингтон (1972)

внешняя ссылка

  • Криптон в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
  • Криптон-фторидные лазеры , Отдел физики плазмы Лаборатория военно-морских исследований