Криптон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
36 БромКриптонРубидий
Ar

Kr

Xe
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
36Kr
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 036 Krypton.svg
Внешний вид простого вещества
Криптон в сосуде
инертный газ без цвета, вкуса и запаха
Свойства атома
Название, символ, номер Крипто́н / Krypton (Kr), 36
Атомная масса
(молярная масса)
83,798(2)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2 4p6
Радиус атома ? (88)[2] пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 116[2] пм
Радиус иона 169[2] пм
Электроотрицательность 3,0 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления +2
Энергия ионизации
(первый электрон)
 1350,0 (13,99) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) (жидкий, при −153 °C) 2,155 г/см3, при н.у. 0,003749 г/см³
Температура плавления 115,78 К (−157,37 °C)
Температура кипения 119,93 К (−153,415 °C)
Уд. теплота плавления 1,6 кДж/моль
Уд. теплота испарения 9,05 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 20,79[3] Дж/(K·моль)
Молярный объём 32,2 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
гранецентрированая
Параметры решётки 5,638 Å
Температура Дебая 72 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 0,0095 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-90-9
Эмиссионный спектр
Krypton Spectrum.jpg
36
Криптон
83,798
3d104s24p6

Крипто́н — химический элемент с атомным номером 36[4]. Принадлежит к 18-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VIII группы, или к группе VIIIA), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 83,798(2) а. е. м.[1]. Обозначается символом Kr (от лат. Krypton). Простое вещество криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

История[править | править код]

В 1898 году английский учёный У. Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»).

Происхождение названия[править | править код]

От греч. κρυπτός — скрытый.

Нахождение в природе[править | править код]

Содержание в атмосферном воздухе 1,14·10-4% по объёму, общие запасы в атмосфере 5,3·1012м³. В 1 м³ воздуха содержится около 1 см³ криптона.

Получение криптона из воздуха энергоёмко. 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)[3].

Определение[править | править код]

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[3].

Физические свойства[править | править код]

Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха (при давлении 6 атмосфер приобретает острый запах, похожий на запах хлороформа[5]). Плотность при стандартных условиях 3,745 кг/м3 (в 3 раза тяжелее воздуха)[3]. 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 Fm3m, 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/см3, плотность твёрдого криптона при абсолютном нуле равна 3,100 г/см3[3].

Критическая температура 209,35 К, критическое давление 5,50 МПа (55,0 бар), критическая плотность 0,908 г/см3. Тройная точка криптона находится при температуре 115,78 К, его плотность при этом 2,826 г/см3[3].

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении 20,79 Дж/(моль·К). Теплота плавления 1,6 кДж/моль, теплота испарения 9,1 кДж/моль[3].

При стандартных условиях динамическая вязкость криптона составляет 23,3 мкПа·с, теплопроводность 8,54 мВт/(м·К), коэффициент самодиффузии 7,9·10−6 м2[3].

Диамагнитен. Магнитная восприимчивость −2,9·10−5. Поляризуемость 2,46·10−3 нм3[3].

Энергия ионизации 13,9998 эВ (Kr0 → Kr+), 24,37 эВ (Kr+ → Kr2+)[3].

Сечение захвата тепловых нейтронов у природного криптона около 28 барн[3].

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·5,75H2O, разлагающиеся при температуре выше −27,7 °C. Образует клатраты также с некоторыми органическими веществами (фенол, толуол, ацетон и др.)[3].

Заполненная криптоном газоразрядная трубка
Лампы накаливания, заполненные криптоном, как правило, имеют «грибовидную» форму

Химические свойства[править | править код]

Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором, образуя дифторид криптона. Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr−O (Kr(OTeF5)2)[6].

В 1965 году было заявлено о получении соединений состава KrF4, KrO3·H2O и BaKrO4. Позже их существование было опровергнуто[7].

В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью C−Kr (HKrC≡CH — гидрокриптоацетилен) путём фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице[8].

Изотопы[править | править код]

На данный момент известны 31 изотоп криптона и ещё 10 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе криптон представлен пятью стабильными нуклидами и одним слаборадиоактивным: 78Kr (изотопная распространённость 0,35 %), 80Kr (2,28 %), 82Kr (11,58 %), 83Kr (11,49 %), 84Kr (57,00 %), 86Kr (17,30 %)[9].

Получение[править | править код]

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 Kr и Xe из отбираемой фракции удаляют углеводороды в каталитических печах при t=500—600 °C 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, подача на разделение в ректификационной колонне № 1, где из кубового пространства (нижняя часть ректификационной колонны) колонны отбирается жидкий Xe и направляется в колонну № 3, где он доочищается от примеси Kr, а затем выкачивается при помощи мембранного компрессора в баллоны. Газообразный Kr отбирается из-под крышки конденсатора колонны № 1 и направляется в колонну № 2, где он очищается от остатков азота, кислорода, аргона (температура их кипения значительно ниже температуры кипения криптона). Из кубового пространства колонны № 2 отбирается чистый криптон и закачивается мембранным компрессором в баллоны.

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

Применение[править | править код]

  • Производство сверхмощных эксимерных лазеров (Kr-F).
  • Криптон используется для заполнения ламп накаливания, увеличивая срок службы нити накала[10].
  • Фториды криптона предложены в качестве окислителей ракетного топлива.
  • В период между 1960 и 1983 годом длина волны оранжевой линии спектра излучения 86Kr служила для определения метра[11].

Биологическая роль[править | править код]

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[12].

Физиологическое действие[править | править код]

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[13].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — DOI:10.1515/pac-2015-0305.
  2. 1 2 3 Size of krypton in several environments (англ.). www.webelements.com. Проверено 6 августа 2009.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Легасов В. А., Соколов В. Б. Криптон // Химическая энциклопедия: в 5 т / Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даф—Мед. — С. 523. — 671 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-035-5.
  4. Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК
  5. О чём пишут научно-популярные журналы мира // Наука и жизнь. — М.: «Правда», 1989. — № 6. — С. 66.
  6. Four Decades of Fluorine Chemistry at McMaster. (англ.)
  7. Успехи химии. — 1974. — Т. 43, № 12, стр. 2179
  8. A Gate to Organokrypton Chemistry: HKrCCH — J. Am. Chem. Soc., 2003, Volume 125, Issue 23, pp. 6876—6877. (англ.)
  9. Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode2003NuPhA.729....3A.
  10. Криптон — статья из Большой советской энциклопедии
  11. Метр — статья из Большой советской энциклопедии
  12. Куссмауль А. Р. Биологическое действие криптона на животных и человека в условиях повышенного давления — Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук — Москва — 2007
  13. Б. Н. Павлов, Н. Б. Павлов, А. Р. Куссмауль, М. А. Богачева, А. И. Григорьев Физиологические эффекты газовых смесей, содержащих криптон и ксенон

Ссылки[править | править код]