Крипто́н ( химический символ — Kr , от лат. Kr ypton ) — химический элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы, VIIIA), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 36.

Простое вещество криптон — тяжёлый инертный одноатомный газ без цвета , вкуса и запаха .

История

В 1898 году Уильям Рамзай совместно со своим ассистентом Морисом Уильямом Траверсом выделил из жидкого воздуха, предварительно удалив кислород , азот и аргон , смесь, в которой спектральным методом были открыты два газа: криптон (от др.-греч. κρυπτός — «скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»)

Нахождение в природе

Содержание в атмосферном воздухе 1,14⋅10 ^-4 % по объёму, общие запасы в атмосфере 5,3⋅10 ¹² м³. В 1 м³ воздуха содержится около 1 см³ криптона.

Получение криптона из воздуха является энергоёмким процессом. Для получения единицы объёма криптона ректификацией сжиженного воздуха нужно переработать более миллиона единиц объёмов воздуха.

В литосфере Земли стабильные изотопы криптона (через цепочку распадов нестабильных нуклидов ) образуются при спонтанном ядерном делении долгоживущих радиоактивных элементов ( торий , уран ), этот процесс обогащает атмосферу этим газом. В газах ураносодержащих минералов содержится 2,5—3,0 % криптона (по массе) .

В остальной части Вселенной криптон встречается в более высоких пропорциях, сравнимых с литием , галлием и скандием . Соотношение криптона и водорода во Вселенной в основном постоянно. Из этого можно сделать вывод, что межзвёздное вещество богато криптоном . Криптон также обнаружили в белом карлике RE 0503-289. Измеренное количество в 450 раз превышало солнечное, но причина такого высокого содержания криптона до сих пор неизвестна .

Определение

Качественно криптон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 557,03 нм и 431,96 нм ). Количественно его определяют масс-спектрометрически , хроматографически , а также методами абсорбционного анализа .

Физические свойства

Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха (при давлении 6 атмосфер приобретает острый запах, похожий на запах хлороформа ). Плотность при стандартных условиях 3,745 кг/м ³ (в 3 раза тяжелее воздуха) . При нормальном давлении криптон сжижается при температуре 119,93 К (−153,415 °C), затвердевает при 115,78 К (−157,37 °C), образуя кристаллы кубической сингонии (гранецентрированная решётка), пространственная группа Fm 3 m , параметры ячейки a = 0,572 нм , Z = 4 . Таким образом, в жидкой фазе он существует лишь в диапазоне температур около четырёх градусов. Плотность жидкого криптона при температуре кипения составляет 2,412 г/см ³ , плотность твёрдого криптона при абсолютном нуле равна 3,100 г/см ³ .

Критическая температура 209,35 К, критическое давление 5,50 МПа ( 55,0 бар ), критическая плотность 0,908 г/см ³ . Тройная точка криптона находится при температуре 115,78 К , его плотность при этом 2,826 г/см ^{3 [ уточнить ]} .

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении 20,79 Дж/(моль·К) . Теплота плавления 1,6 кДж/моль , теплота испарения 9,1 кДж/моль .

При стандартных условиях динамическая вязкость криптона составляет 23,3 мкПа·с , теплопроводность 8,54 мВт/(м·К) , коэффициент самодиффузии 7,9·10 ⁻⁶ м ² /с .

Диамагнитен . Магнитная восприимчивость −2,9·10 ⁻⁵ . Поляризуемость 2,46·10 ⁻³ нм ³ .

Энергия ионизации 13,9998 эВ ( Kr ⁰ → Kr ⁺ ), 24,37 эВ ( Kr ⁺ → Kr ²⁺ ) .

у природного криптона около 28 барн .

Растворимость в воде при стандартном давлении 1 бар равна 0,11 л/кг (0 °C), 0,054 л/кг (25 °C). Образует с водой клатраты состава Kr·5,75H ₂ O, разлагающиеся при температуре выше −27,7 °C. Образует клатраты также с некоторыми органическими веществами ( фенол , толуол , ацетон и др.) .

Химические свойства

Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором , образуя дифторид криптона . Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr−O (Kr(OTeF ₅ ) ₂ ) .

В 1965 году было заявлено о получении соединений состава KrF ₄ , KrO ₃ ·H ₂ O и BaKrO ₄ . Позже их существование было опровергнуто .

В 2003 году в Финляндии было получено первое криптонорганическое соединение со связью C−Kr (HKrC≡CH — гидрокриптоацетилен) путём УФ фотолиза твёрдой смеси криптона и ацетилена на криптонной матрице при температуре 8 К .

Изотопы

На данный момент известны 32 изотопа криптона и ещё 10 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов . В природе криптон представлен пятью стабильными нуклидами и одним слаборадиоактивным (период полураспада 2 · 10 ²¹ лет ): ( изотопная распространённость 0,35 %), (2,28 %), (11,58 %), (11,49 %), (57,00 %), (17,30 %) .

Получение

Получается как побочный продукт в виде криптоно-ксеноновой смеси в процессе разделения воздуха на промышленных установках.

В процессе разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации производится постоянный отбор фракции жидкого кислорода, содержащей жидкие углеводороды, криптон и ксенон (отбор фракции кислорода с углеводородами необходим для обеспечения взрывобезопасности).

Для извлечения криптона и ксенона из отбираемой фракции удаляют углеводороды в каталитических печах и направляют в дополнительную ректификационную колонну для удаления кислорода, после обогащения Kr+Xe смеси до 98—99 % её повторно очищают в каталитических печах от углеводородов, а затем в блоке адсорберов, заполненных силикагелем (или другим адсорбентом).

После очистки смеси газов от остатков углеводородов и влаги её закачивают в баллоны для транспортировки на установку разделения Kr и Xe (это связано с тем, что не на каждом предприятии, эксплуатирующем воздухоразделительные установки, существует установка разделения Kr и Xe).

Дальнейший процесс разделения Kr и Xe на чистые компоненты происходит по следующей цепочке: удаление остатков углеводородов на контактной каталитической печи, заполненной окисью меди при температуре 300—400 °C; очистка от влаги в адсорбере, заполненном цеолитом ; охлаждение в теплообменнике; многостадийное разделение в нескольких ректификационных колоннах .

Процесс разделения смеси криптона и ксенона может вестись как непрерывно, так и циклично, по мере накопления сырья (смеси) для переработки.

Применение

• Производство сверхмощных эксимерных лазеров (Kr-F).
• Криптон используется для заполнения ламп накаливания , увеличивая срок службы нити накала .
• Как теплоизолятор и шумоизолятор в стеклопакетах .
• Фториды криптона предложены в качестве окислителей ракетного топлива.
• В период между 1960 и 1983 годом длина волны оранжевой линии спектра излучения ⁸⁶ Kr служила для определения метра .
• Рабочее тело для электроракетных двигателей .
• Единственным ЯМР -активным из стабильных изотопов криптона является ⁸³ Kr. Гиперполяризованный ⁸³ Kr использовался в экспериментах на крысах при магнитно-резонансной томографии при исследовании лёгких .

Биологическая роль

Воздействие криптона на живые организмы изучено плохо. Исследуются возможности его использования в водолазном деле в составе дыхательных смесей и при повышенном давлении как средство для анестезии .

Физиологическое действие

Большое количество вдыхаемого криптона при недостаточном количестве кислорода может привести к удушью .

При вдыхании газовых смесей, содержащих криптон, при давлении более 3,5 атмосфер наблюдается наркотический эффект .

Примечания

Литература

• Легасов В. А., Соколов В. Б. Криптон // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц . — М. : Советская энциклопедия , 1990. — Т. 2: Даффа — Меди. — С. 523. — 671 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-035-5 .

Ссылки

• YouTube )