Krypton

În 1898, William Ramsay, împreună cu asistentul său Maurice William Travers, au izolat din aerul lichid, după ce au îndepărtat oxigenul , azotul și argonul , amestec în care au fost descoperite două gaze prin metoda spectrală: krypton (din alt grecesc κρυπτός - „ascuns” , „secret”) și xenon („extraterestru”, „neobișnuit”) [4]

Fiind în natură

Conținutul în aerul atmosferic este de 1,14⋅10 -4 % din volum, rezervele totale din atmosferă sunt de 5,3⋅10 12 m³. 1 m³ de aer conține aproximativ 1 cm³ de cripton.

Obținerea criptonului din aer este un proces care consumă multă energie. Pentru a obține o unitate de volum de cripton prin distilarea aerului lichefiat, este necesar să se proceseze mai mult de un milion de unități de volum de aer.

În litosfera Pământului, izotopi stabili ai criptonului (printr-un lanț de descompunere a nuclizilor instabili ) se formează în timpul fisiunii nucleare spontane a elementelor radioactive cu viață lungă ( toriu , uraniu ), acest proces îmbogățește atmosfera cu acest gaz. Gazele mineralelor care conțin uraniu conțin 2,5-3,0% cripton (în masă) [2] .

În restul universului, criptonul apare în proporții mai mari, comparabile cu litiu , galiu și scandiu [5] . Raportul dintre cripton și hidrogen din univers este practic constant. Din aceasta putem concluziona că materia interstelară este bogată în cripton [6] . Krypton a fost găsit și în pitica albă RE 0503-289. Cantitatea măsurată a fost de 450 de ori mai mare decât cea solară, dar motivul unui conținut atât de mare de cripton este încă necunoscut [7] .

Definiție

Calitativ, kriptonul este detectat folosind spectroscopie de emisie (linii caracteristice 557,03 nm și 431,96 nm ). Cantitativ, se determină prin metode de analiză spectrometrică de masă , cromatografică și de absorbție [2] .

Proprietăți fizice

Kryptonul este un gaz monoatomic inert, fără culoare, gust și miros (la o presiune de 6 atmosfere capătă un miros ascuțit, asemănător cu mirosul de cloroform [8] ). Densitate în condiții standard 3,745 kg/m 3 (de 3 ori mai greu decât aerul) [2] . La presiune normală, criptonul se lichefiază la o temperatură de 119,93 K (−153,415 °C), se solidifică la 115,78 K (−157,37 °C), formând cristale cubice (rețea centrată pe față), grup spațial Fm 3 m , parametrii celulei a = 0,572 nm , Z = 4 . Astfel, în faza lichidă, există doar în intervalul de temperatură de aproximativ patru grade. Densitatea criptonului lichid la punctul de fierbere este de 2,412 g/cm 3 , densitatea criptonului solid la zero absolut este de 3,100 g/cm 3 [2] .

Temperatura critică 209,35 K, presiune critică 5,50 MPa ( 55,0 bar ), densitate critică 0,908 g/ cm3 . Punctul triplu al criptonului se află la o temperatură de 115,78 K , iar densitatea sa este de 2,826 g/cm 3 [2] .

Capacitate termică molară la presiune constantă 20,79 J / (mol K) . Căldura de fuziune este de 1,6 kJ/mol , căldura de vaporizare este de 9,1 kJ/mol [2] .

În condiții standard, vâscozitatea dinamică a criptonului este de 23,3 µPa s , conductivitate termică 8,54 mW/(m K) , coeficient de autodifuzie 7,9 10 −6 m 2 /s [2] .

Diamagnetic . Susceptibilitate magnetică -2,9 10 -5 . Polarizabilitate 2,46 10 −3 nm 3 [2] .

Energia de ionizare 13,9998 eV ( Kr 0 → Kr + ), 24,37 eV ( Kr + → Kr 2+ ) [2] .

Secțiunea transversală de captare a neutronilor termici în cripton natural este de aproximativ 28 barn [2] .

Solubilitatea în apă la o presiune standard de 1 bar este de 0,11 l/kg (0 °C), 0,054 l/kg (25 °C). Formează clatrați cu compoziția Kr 5.75H 2 O cu apă, care se descompun la temperaturi peste -27,7 °C. De asemenea, formează clatrați cu unele substanțe organice ( fenol , toluen , acetonă etc.) [2] .

Proprietăți chimice

Kryptonul este inert din punct de vedere chimic. În condiții dure, reacționează cu fluorul pentru a forma difluorura de cripton . Relativ recent, a fost obținut primul compus cu legături Kr–O (Kr(OTeF 5 ) 2 ) [9] .

În 1965, a fost anunțată prepararea compușilor din compoziția KrF4 , KrO3 · H2O și BaKrO4 . Mai târziu, existența lor a fost infirmată [10] .

În 2003, primul compus organo-cripton cu o legătură C-Kr (HKrC≡CH - hidrocriptoacetilenă) a fost obținut în Finlanda prin fotoliza UV a unui amestec solid de cripton și acetilenă pe o matrice de cripton la o temperatură de 8 K [11] .

Izotopi

În prezent, sunt cunoscuți 32 de izotopi ai criptonului și încă 10 stări izomerice excitate ale unora dintre nuclizii săi . În natură, kriptonul este reprezentat de cinci nuclizi stabili și unul slab radioactiv (timp de înjumătățire 2 10 21 ani ): 78 Kr ( abundența izotopilor 0,35%), 80 Kr (2,28%), 82 Kr (11,58%), 83 Kr (11,49%), 84Kr (57,00%), 86Kr ( 17,30 %) [12] .

Obținerea

Se obține ca produs secundar sub formă de amestec cripton-xenon în procesul de separare a aerului din instalațiile industriale.

În procesul de separare a aerului prin metoda redresării la temperatură joasă, se efectuează o selecție constantă a fracției de oxigen lichid care conține hidrocarburi lichide, cripton și xenon (selectarea fracției de oxigen cu hidrocarburi este necesară pentru a asigura siguranța la explozie).

Pentru a extrage criptonul și xenonul, hidrocarburile sunt îndepărtate din fracția prelevată în cuptoare catalitice și trimise într-o coloană de distilare suplimentară pentru a îndepărta oxigenul; silicagel (sau alt adsorbant).

După curățarea amestecului de gaz de reziduurile de hidrocarburi și umiditate, acesta este pompat în cilindri pentru transport la unitatea de separare Kr și Xe (acest lucru se datorează faptului că nu toate întreprinderile care operează instalații de separare a aerului au o unitate de separare Kr și Xe).

Procesul suplimentar de separare a Kr și Xe în componente pure urmează următorul lanț: îndepărtarea reziduurilor de hidrocarburi într-un cuptor catalitic de contact umplut cu oxid de cupru la o temperatură de 300–400 °C; îndepărtarea umezelii într-un adsorbant umplut cu zeolit ; răcire în schimbătorul de căldură; separare în mai multe etape în mai multe coloane de distilare .

Procesul de separare a unui amestec de cripton și xenon poate fi efectuat atât continuu, cât și ciclic, pe măsură ce se acumulează materia primă (amestec) pentru prelucrare.

Aplicație

Producția de lasere excimeri de mare putere (Kr-F).
Kryptonul este folosit pentru a umple lămpile incandescente , mărind durata de viață a filamentului [13] .
Ca izolator termic și izolator fonic în ferestre cu geam dublu [14] [15] .
Fluorurile de krypton au fost propuse ca oxidanți propulsori.
Între 1960 și 1983, lungimea de undă a liniei portocalii a spectrului de emisie de 86 Kr a servit la determinarea contorului [16] .
Lichid de lucru pentru motoarele electrice cu rachete .
Singurul izotop stabil activ RMN al criptonului este 83 Kr. 83 Kr hiperpolarizat a fost folosit în experimente pe șobolani cu imagistica prin rezonanță magnetică în studiul plămânilor [17] .

Rolul biologic

Impactul criptonului asupra organismelor vii este puțin înțeles. Sunt explorate posibilitățile de utilizare a acestuia în scufundări ca parte a amestecurilor respiratorii și la presiune ridicată ca agent anestezic [18] [19] .

Acțiune fiziologică

Cantități mari de cripton inhalat cu oxigen insuficient poate duce la asfixiere .

La inhalarea amestecurilor de gaze care conțin cripton, la o presiune mai mare de 3,5 atmosfere , se observă un efect narcotic [19] [18] .

Note

↑ Meija J. și colab. Greutăți atomice ale elementelor 2013 (Raport tehnic IUPAC ) // Chimie pură și aplicată . - 2016. - Vol. 88 , nr. 3 . - P. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Legasov V. A., Sokolov V. B. Krypton // Enciclopedie chimică : în 5 volume / Cap. ed. I. L. Knunyants . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 523. - 671 p. — 100.000 de exemplare. — ISBN 5-85270-035-5 .
↑ 1 2 3 Dimensiunea criptonului în mai multe medii . www.webelements.com. Preluat la 6 august 2009. Arhivat din original la 4 septembrie 2009.
↑ Krypton: istoria descoperirii elementului . www.chem.msu.su Preluat la 13 mai 2020. Arhivat din original la 17 februarie 2020. (nedefinit)
↑ A.G.W. Cameron. Abundențe de elemente din sistemul solar (engleză) // Review Science Sciences. — 1973-09. — Vol. 15 , iss. 1 . — P. 121–146 . — ISSN 0038-6308 . - doi : 10.1007/BF00172440 . Arhivat din original pe 5 august 2020.
↑ Stefan IB Cartledge, JT Lauroesch, David M. Meyer, Ulysses J. Sofia, Geoffrey C. Clayton. Abundențe interstelare de krypton: Detectarea diferențelor la scară Kiloparsec în istoria nucleosintetică galactică* // The Astrophysical Journal. - 2008 noiembrie 10. - Vol. 687 , iss. 2 . — P. 1043 . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1086/592132 . Arhivat din original pe 27 iunie 2018.
↑ Klaus Werner, Thomas Rauch, Ellen Ringat, Jeffrey W. Kruk. PRIMA DETECȚIE DE KRYPTON ȘI XENON ÎNTR-UN PITIC ALB // The Astrophysical Journal. — 13-06-2012. — Vol. 753 , iss. 1 . — P.L7 . — ISSN 2041-8213 2041-8205, 2041-8213 . - doi : 10.1088/2041-8205/753/1/l7 .
↑ Despre ce scriu revistele de știință populare ale lumii // Science and Life . - M. , 1989. - Nr. 6 . - S. 66 .
↑ Patru decenii de chimie a fluorului la McMaster. Arhivat pe 7 iunie 2009 la Wayback Machine
↑ Progresul chimiei. - 1974. - T. 43, nr. 12, p. 2179
↑ Khriachtchev L. și colab. O poartă către chimia organocriptonului: HKrCCH // Journal of the American Chemical Society. - 2003. - Vol. 125 , nr. 23 . - P. 6876-6877 . — ISSN 0002-7863 . - doi : 10.1021/ja0355269 .
↑ Date bazate pe Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH Evaluarea NUBASE a proprietăților nucleare și de dezintegrare // Nuclear Physics A. - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . - doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 . - Cod biblic .
↑ Krypton // Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
↑ Geam termopan cu argon sau krypton: care este mai bun? (link indisponibil) . Arhivat din original pe 18 aprilie 2021. (nedefinit)
↑ Alegerea ferestrelor. Evaluarea energetică a geamului termoizolant a fost îmbunătățită.
↑ Meter // Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
↑ Cleveland ZI și colab. IRM hiperpolarizat de 83 Kr al plămânilor (engleză) // Journal of Magnetic Resonance. - 2008. - Vol. 195 , al. 2 . — P. 232–237 . — ISSN 1090-7807 . - doi : 10.1016/j.jmr.2008.09.020 .
↑ 1 2 Kussmaul A. R. Efectul biologic al kryptonului asupra animalelor și oamenilor în condiții de presiune înaltă Copie de arhivă din 6 octombrie 2011 la Wayback Machine . – Rezumat al tezei pentru gradul de candidat în științe biologice. - M., 2007;
↑ 1 2 Kussmaul A. R. Efectele fiziologice ale amestecurilor de gaze care conțin kripton și xenon Copie de arhivă din 6 august 2017 la Wayback Machine . Teză pentru gradul de Candidat în Științe Biologice. - M., 2007. - 191 p.

Literatură

Legasov V.A., Sokolov V.B. Krypton // Enciclopedia chimică : în 5 volume / Cap. ed. I. L. Knunyants . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 523. - 671 p. — 100.000 de exemplare. — ISBN 5-85270-035-5 .