Криптон
| Криптон | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Бром | Рубидий → | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
 Свечение криптона в газоразрядной трубке |
||||
| Свойства атома | ||||
| Название, символ, номер | Крипто́н / Krypton (Kr), 36 | |||
| Группа, период, блок |
18 (устар. 8), 4, p-элемент |
|||
| Атомная масса (молярная масса) |
83,798(2)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация |
[Ar] 3d104s24p6 1s22s22p63s23p63d104s24p6 |
|||
| Радиус атома | 198 пм[2]; 88[3] пм | |||
| Химические свойства | ||||
| Ковалентный радиус | 109 пм[2]; 116[3] пм | |||
| Радиус иона | 169[3] пм | |||
| Электроотрицательность | 3,0 (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | 0 | |||
| Степени окисления | 0, +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[2] Дж/(K·моль) | |||
| Молярный объём | 22,4⋅103 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 | ||||
 |
||||
| 36 | Криптон
|
| 3d104s24p6 | |
Крипто́н (химический символ — Kr, лат. Krypton) — 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»)[4].
Нахождение в природе
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 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[5]. Соотношение криптона и водорода во Вселенной в основном постоянно. Из этого можно сделать вывод, что межзвёздное вещество богато криптоном[6]. 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[7].
Физические свойства
Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха (при давлении 6 атмосфер приобретает острый запах, похожий на запах хлороформа[8]). Плотность при стандартных условиях 3,745 кг/м3 (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 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[9].
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.
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 м2/с.
Диамагнитен. Магнитная восприимчивость −2,9·10−5. Поляризуемость 2,46·10−3 нм3.
Энергия ионизации 13,9998 эВ (Kr0 → Kr+), 24,37 эВ (Kr+ → Kr2+).
Сечение захвата тепловых нейтронов 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·5,75H2O, 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(OTeF5)2).
В 1965 году было заявлено о получении соединений состава KrF4, KrO3·H2O и BaKrO4. Позже их существование было опровергнуто[10].
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[11].
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 · 1021 лет): 78Kr (изотопная распространённость 0,35 %), 80Kr (2,28 %), 82Kr (11,58 %), 83Kr (11,49 %), 84Kr (57,00 %), 86Kr (17,30 %)[12].
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 смеси криптона и ксенона 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.
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.
Способы обнаружения
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.
Применение
Криптон применяется для производства сверхмощных эксимерных лазеров (Kr-F), для заполнения ламп накаливания, увеличивая срок службы нити накала[13].
В качестве теплоизолятора и шумоизолятора в стеклопакетах[14][15], рабочего тела для электроракетных двигателей.
Единственным ЯМР-активным из стабильных изотопов криптона является 83Kr. Гиперполяризованный 83Kr использовался в экспериментах на крысах при магнитно-резонансной томографии при исследовании лёгких[16]. В период между 1960 и 1983 годом длина волны оранжевой линии спектра излучения 86Kr служила для определения метра[17].
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[18][19].
Большое количество вдыхаемого криптона при недостаточном количестве кислорода может привести к удушью.
Примечания
- ↑ 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.
- ↑ 1 2 3 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.
- ↑ 1 2 3 Size of krypton in several environments (англ.). www.webelements.com. Дата обращения: август 2009. Архивировано 4 сентября 2009 года.
- ↑ Криптон: история открытия элемента. www.chem.msu.su. Дата обращения: 2 мая 2025.
- ↑ A.G.W. Cameron. Abundances of the elements in the solar system (англ.) // Space Science Reviews. — 1973-09. — Vol. 15, iss. 1. — ISSN 1572-9672 0038-6308, 1572-9672. — doi:10.1007/bf00172440.
- ↑ Stefan I. B. Cartledge, J. T. Lauroesch, David M. Meyer, Ulysses J. Sofia, Geoffrey C. Clayton. Interstellar Krypton Abundances: The Detection of Kiloparsec‐scale Differences in Galactic Nucleosynthetic History // The Astrophysical Journal. — 2008-11-10. — Т. 687, вып. 2. — С. 1043–1053. — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357. — doi:10.1086/592132.
- ↑ Klaus Werner, Thomas Rauch, Ellen Ringat, Jeffrey W. Kruk. FIRST DETECTION OF KRYPTON AND XENON IN A WHITE DWARF // The Astrophysical Journal. — 2012-06-13. — Т. 753, вып. 1. — С. L7. — ISSN 2041-8213 2041-8205, 2041-8213. — doi:10.1088/2041-8205/753/1/l7.
- ↑ О чём пишут научно-популярные журналы мира // Наука и жизнь. — М., 1989. — № 6. — С. 66.
- ↑ Криптон - Свойства химических элементов. chem100.ru. Дата обращения: 6 мая 2025.
- ↑ Успехи химии. — 1974. — Т. 43, № 12, стр. 2179
- ↑ Leonid Khriachtchev, Hanna Tanskanen, Arik Cohen, R. Benny Gerber, Jan Lundell, Mika Pettersson, Harri Kiljunen, Markku Räsänen. A Gate to Organokrypton Chemistry: HKrCCH // Journal of the American Chemical Society. — 2003-05-15. — Т. 125, вып. 23. — С. 6876–6877. — ISSN 1520-5126 0002-7863, 1520-5126. — doi:10.1021/ja0355269.
- ↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A.H. Wapstra. The Nubase evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003-12. — Т. 729, вып. 1. — С. 3–128. — ISSN 0375-9474. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- ↑ Криптон // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Стеклопакет с аргоном или криптоном: что лучше? (рус.). «Первый Оконный Завод». Дата обращения: 2 мая 2025.
- ↑ Energy rating of thermal insulation glass improved. Argon and other inert Gases - Double Glazing Info (фр.). web.archive.org. Дата обращения: 2 мая 2025.
- ↑ Zackary I. Cleveland, Galina E. Pavlovskaya, Nancy D. Elkins, Karl F. Stupic, John E. Repine, Thomas Meersmann. Hyperpolarized 83Kr MRI of lungs // Journal of Magnetic Resonance. — 2008-12. — Т. 195, вып. 2. — С. 232–237. — ISSN 1090-7807. — doi:10.1016/j.jmr.2008.09.020.
- ↑ Метр // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Куссмауль, Анна Рейнгольдовна. Биологическое действие криптона на животных и человека в условиях повышенного давления // disserCat. — 2007.
- ↑ Дыхательная газовая смесь для поддержания физиологических показателей и ускорения восстановительных процессов при развитии состояний, сопровождающихся различными видами гипоксии, и способ её применения (англ.). — 2021-11-22.
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
- Физические демонстрационные опыты с криптоном в программе «Галилео» (на сайте YouTube)
- Криптон на Webelements
- Криптон в Популярной библиотеке химических элементов
 | ||||
|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||