КРИПТОН: ИСТОРИЈА, СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, ДОБИЈАЊЕ, РИЗИЦИ, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Криптон је племенит гас који се представља симболом Кр и налази се у групи 18 периодног система. То је гас који прати аргон, а његово обиље је толико мало да се сматрало скривеним; одатле и његово име. Не налази се готово у минералним камењем, већ у маси природних гасова и тешко је растворен у морима и океанима.

Само његово име евоцира слику Супермана, његове планете Криптон и чувеног криптонита, камена који слаби суперхероја и лишава га његових супермоћи. Такође можете размишљати о крипто валутама или криптовалутама када чујете о њима, као и другим терминима који су у суштини далеко од овог гаса.

Бочица са криптоном узбуђена електричним пражњењем и блиставом белом светлошћу. Извор: Хи-Рес слике хемијских елемената

Међутим, овај племенити гас је мање екстравагантан и „скривен“ у поређењу са горе поменутим подацима; иако његов недостатак реактивности не одузима сав потенцијални интерес који може изазвати истраживања усмерена на различита поља, посебно физичка.

За разлику од других племенитих гасова, светлост коју емитује криптон када се побуђује у електричном пољу је бела (горња слика). Због тога се користи за разне намене у индустрији расвете. Може да замени практично било коју неонску светлост и емитује сопствену, што се одликује жутосмеђом.

У природи се јавља као смеша шест стабилних изотопа, а да не спомињемо неке радиоизотопе намењене нуклеарној медицини. Да би се добио овај гас, ваздух који удишемо мора да се укапљује, а добијена течност се подвргава фракцијској дестилацији, где се криптон пречишћава и одваја у своје саставне изотопе.

Захваљујући криптону, било је могуће напредовати у истраживањима нуклеарне фузије, као и у примени ласера ​​у хируршке сврхе.

Историја

- Откривање скривеног елемента

Године 1785. енглески хемичар и физичар Хенри Цавендисх открио је да ваздух садржи мали део неке материје која је чак и мање активна од азота.

Век касније енглески лорк Раилеигх, физичар, из ваздуха је изоловао гас за који је сматрао да је чисти азот; али тада је открио да је теже.

1894. шкотски хемичар, Сир Виллиам Рамсеи, сарађивао је у изолацији овог гаса, за који се испоставило да је нови елемент: аргон. Годину дана касније, изоловао је гас хелијума загревањем минералног цлевеита.

Сам сир Виллиам Рамсеи, заједно са својим помоћником, енглеским хемичаром Моррисом Траверсом, открио је криптон 30. маја 1898. године у Лондону.

Рамсеи и Траверс су веровали да у периодичној табели постоји простор између елемената аргон и хелијум, а нови елемент је морао да попуни овај простор. Рамсеи, месец дана након открића криптона, јуна 1898, открио је неон; елемент који је испунио простор између хелијума и аргона.

Методологија

Рамсеи је посумњао у постојање новог елемента скривеног у његовом претходном открићу, аргона. Рамсеи и Траверс, како би тестирали своју идеју, одлучили су да из ваздуха извуку велику количину аргона. За то су морали да производе укапљивање ваздуха.

Затим су дестилирали течни ваздух да би га раздвојили на фракције и истражили у лакшим фракцијама на присуство жељеног гасовитог елемента. Али направили су грешку, очигледно су прегревали укапљени ваздух и испарили пуно узорка.

На крају су имали само 100 мл узорка и Рамсеи је био уверен да присуство елемента лакшег од аргона у тој запремини није вероватно; али је одлучио да истражи могућност елемента тежег од аргона у заосталој запремини узорка.

Слиједећи своју мисао, уклањао је кисеоник и азот из гаса користећи бакар и магнезијум. Потом је ставио узорак преосталог гаса у вакуумску цев, примењујући на њега висок напон да би се добио спектар гаса.

Као што се очекивало, аргон је био присутан, али су приметили појаву две нове светле линије у спектру; једна жута и друга зелена, а обе никада нису примећене.

- Појава имена

Рамсеи и Траверс израчунали су однос између специфичне топлоте гаса при константном притиску и његове специфичне топлоте при константном волумену, проналазећи вредност 1,66 за тај однос. Ова вредност је одговарала гасу који су формирали појединачни атоми, показујући да то није једињење.

Због тога су у присуству новог гаса и откривени криптони. Рамсеи је одлучио да га назове Криптоном, речју која потиче од грчке речи "крипто" што значи "скривено". Виллиам Рамсеи је 1904. добио Нобелову награду за хемију за откриће ових племенитих гасова.

Физичка и хемијска својства

Изглед

То је безбојни гас који показује електричну жаруљу са жарном нити.

Стандардна атомска тежина

83,798 у

Атомски број (З)

36

Тачка топљења

-157,37 ° Ц

Тачка кључања

153,415 ºЦ

Густина

Под стандардним условима: 3.949 г / Л

Течном стању (тачка кључања): 2.413 г / цм ³

Релативна густина гаса

2.9 у односу на ваздух са вредностима = 1. То јест, криптон је три пута густји од зрака.

Растворљивост у води

59.4 цм ³ / 1.000 г на 20 ° Ц

Трострука тачка

115.775 К и 73.53 кПа

Критична тачка

209,48 К и 5,525 МПа

Топлина фузије

1,64 кЈ / мол

Топлина испаравања

9,08 кЈ / мол

Моларни калоријски капацитет

20,95 Ј / (мол К)

Притисак паре

При температури од 84 К има притисак 1 кПа.

Електронегативност

3,0 на Паулинг скали

Енергија јонизације

Прво: 1350,8 кЈ / мол.

Друго: 2.350.4 кЈ / мол.

Треће: 3.565 кЈ / мол.

Брзина звука

Гас (23 ºЦ): 220 м / с

Течност: 1.120 м / с

Топлотна проводљивост

9,43 · 10 ^-3 В / (м · К)

Наручите

Диамагнетиц

Оксидациони број

Криптон, као племенити гас, није баш реактиван и не губи нити добија електроне. Ако успе да се формира чврста са дефинисаном композицијом, као што се догађа са клатрат Кр ₈ (Х ₂ О) ₄₆ или његов хидрид Кр (Х ₂ ) ₄ , онда се каже да учествује са бројем или оксидационог стања од 0 (Кр ⁰ ) ; то јест, њени неутрални атоми узајамно делују са матрицом молекула.

Међутим, криптон може формално изгубити електроне ако формира везе са најоелектронегативнијим елементом од свих: флуором. У Крф ₂ његов број оксидација је +2, тако да постојање двовалентни катјон Кр ²⁺ (Кр ²⁺ Ф ₂ ^- ) се претпоставља .

Реактивност

Године 1962. пријављена је синтеза криптон дифлуорида (КрФ ₂ ). Ово једињење је веома испарљива, безбојна, кристална чврста супстанца и разлаже се споро на собној температури; али је стабилна на -30 ° Ц. Криптон Флуорид је снажно оксидационо и флуорирајуће средство.

Криптон реагује са флуором када се комбинује у пражњења цеви електричном на -183 ° Ц, формирајући Крф ₂ . Реакција се такође дешава када су криптон и флуор озрачени ултраљубичастом светлошћу на -196 ° Ц.

Крф ⁺ анд Кр ₂ Ф ₃ ⁺ су једињења формирани реакцијом КРФ ₂ са снажним флуорида акцептора. Криптон је део нестабилног једињења: К (ОТеФ ₅ ) ₂ , које има везу између криптона и кисеоника (Кр-О).

Пронађена је криптон-азотна веза у катиону ХЦΞН-Кр-Ф. Криптон хидриди, КРХ ₂ , може да се гаји на притисцима већим 5 ГПа.

Почетком 20. века сва ова једињења су се сматрала немогућим с обзиром на нулту реактивност која је замишљена од овог племенитог гаса.

Структура и електронска конфигурација

Криптон атом

Криптон, као племенити гас, има читав валентни октет; то јест, његове с и п орбитале су у потпуности испуњене електронима, што се може потврдити у њиховој електроничкој конфигурацији:

3д ¹⁰ 4с ² 4п ⁶

То је монатомски гас без обзира на (до данас) притисак или температурне услове који делују на њега. Стога су њена три стања дефинисана међуратомским интеракцијама његових Кр атома, које могу бити замишљене као мермери.

Ове Кр атоме, попут њихових конгенера (Хе, Не, Ар, итд.), Није лако поларизовати, јер су релативно мали и такође имају велику густину електрона; то јест, површина ових мермера није значајно деформисана да би се створио тренутни дипол који индукује други у суседном мермеру.

Интеракције интеракција

Из тог разлога је једина сила која држи Кр атоме заједно сила распршивања у Лондону; али они су у случају криптона веома слаби, па су потребне његове ниске температуре да њихови атоми дефинишу течност или кристал.

Међутим, ове температуре (тачке кључања и талишта) су више у односу на аргон, неон и хелијум. То је због веће атомске масе криптона, што је еквивалентно већем атомском радијусу и због тога је више поларизабилно.

На пример, врелиште криптона је око -153 ° Ц, док су вредности племенитих гасова аргон (-186 ° Ц), неон (-246 ° Ц) и хелијум (-269 ° Ц) ниже; то јест, гасовима су јој потребне хладније температуре (ближе -273,15 ° Ц или 0К) да би се могли кондензовати у течну фазу.

Овде видимо како је величина њихових атомских радијуса директно повезана са њиховим интеракцијама. Исто се догађа и са њиховим тачкама топљења, температура на којој се криптон коначно искристализује на -157 ° Ц.

Криптон кристал

Када температура падне на -157 ° Ц, Кр атоми се приближавају довољно споро да се даље коалирају и дефинишу бели кристал са кубичном структуром која је центрирана у лице (фцц). Дакле, сада постоји структурални поредак којим управљају његове снаге за расипање.

Иако нема много информација о њему, кристал криптон фцц може проћи кристални прелаз у гушће фазе ако је изложен огромним притисцима; попут компактне шестерокутне (хцп), у којој ће Кр атоми бити групнији.

Такође, без изостављања ове тачке по страни, Кр-атоми могу бити заробљени у леденим кавезима званим клатхрати. Ако је температура довољно ниска, можда се могу помешати кристали криптон-вода, са Кр атомима распоређеним и окруженим молекулама воде.

Где се могу наћи и набавити

Атмосфера

Криптон је дифундиран у целој атмосфери, не могавши да избегне гравитационо поље Земље за разлику од хелијума. У ваздуху који удишемо његова концентрација је око 1 ппм, мада то може варирати у зависности од емисије гасова; било да је ријеч о вулканским ерупцијама, гејзирима, врелима или можда лежиштима природног гаса.

Пошто је у води слабо растворљиво, његова концентрација у хидросфери вероватно је занемарљива. Исто се догађа и са минералима; неколико атома криптона може бити заробљено у њима. Стога је једини извор овог племенитог гаса ваздух.

Укапљивање и фракциона дестилација

Да би се добио ваздух мора проћи процес укапљавања, тако да се сви његови састојци гасови кондензују и формирају течност. Ова течност се затим загрева применом фракционе дестилације на ниским температурама.

Након што се дестилирају кисеоник, аргон и азот, криптон и ксенон остају у преосталој течности, која се адсорбује на активном угљену или силика гелу. Ова течност се загрева на -153 ° Ц да би се дестиловао криптон.

Коначно, сакупљени криптон се пречишћава пролазећи кроз врући метални титанијум, који уклања гасовите нечистоће.

Ако је пожељно одвајање његових изотопа, гас се ствара кроз стаклени стуб где се подвргава термичкој дифузији; лакши изотопи ће се уздизати према врху, док ће тежи они остати при дну. Тако се изотоп од ⁸⁴ Кр и ⁸⁶ Кр, на пример, прикупља на дну одвојено.

Криптон се може чувати у стакленим сијалицама Пирек-а под атмосферским притиском, или у непропусним челичним резервоарима. Пре паковања подвргава се контроли квалитета спектроскопијом, како би се потврдило да је његов спектар јединствен и да не садржи линије других елемената.

Нуклеарна фисија

Друга метода за добијање криптона лежи у нуклеарној фисији уранијума и плутонијума из које се такође добија мешавина њихових радиоактивних изотопа.

Изотопи

Криптон се у природи појављује као шест стабилних изотопа. Они, са припадајућим обиљем на Земљи, су: ⁷⁸ Кр (0,36%), ⁸⁰ Кр (2,29%), ⁸² Кр (11,59%), ⁸³ Кр (11,50%), ⁸⁴ Кр (56,99%) и ⁸⁶ Кр (17,28%). ⁷⁸ Кр је радиоактивни изотоп; али његов полуживот (т _1/2 ) је толико дуг (9,2 · 10 ²¹ година) да се практично сматра стабилним.

Због тога је његова стандардна атомска маса (атомска тежина) 83.798 у, ближа 84 у изотопу од ⁸⁴ Кр.

Радиоизотоп ⁸¹ Кр (т _1/2 = 2.3 · 10 ⁵ ) се такође налази у траговима , који настају када ⁸⁰ Кр прима космичке зраке. Поред већ поменутих изотопа, постоје и два синтетичка радиоизотопа: ⁷⁹ Кр (т _1/2 = 35 сати) и ⁸⁵ Кр (т _1/2 = 11 година); ово последње је оно што се производи као продукт нуклеарне цепања уранијума и плутонијума.

Ризици

Криптон је нетоксичан елемент, јер не реагује у нормалним условима, нити представља ризик од пожара ако се помеша са јаким оксидантима. Пропуштање овог гаса не представља никакву опасност; осим ако директно не дишете, избацујући кисеоник и изазивајући гушење.

Кр атоми улазе и избацују се из тела без учешћа у било којој метаболичкој реакцији. Међутим, они могу пребацити кисеоник који би требао стићи до плућа и транспортовати се кроз крв, тако да појединац може патити од наркозе или хипоксије, као и других стања.

Иначе, стално удишемо криптон у сваком даху ваздуха. У вези са њеним једињењима, прича је другачија. На пример, КрФ ₂ је моћно средство за флуорисање; и стога ће „дати“ анионе Ф ^- било којем молекулу биолошке матрице на који наиђе, потенцијално опасан.

Криптон клатрат (заробљен у леденом кавезу) можда није значајно опасан, осим ако постоје одређене нечистоће које додају токсичност.

Апликације

Бљескови из камера за брзу брзину делом настају и због побуђења криптона. Извор: Мхоистион

Криптон је присутан у разним апликацијама око артефаката или уређаја дизајнираних за осветљење. На пример, део је „неонских лампица“ жућкасто зелене боје. Криптонова "легална" светла су бела, пошто њихов спектар емисије обухвата све боје у видљивом спектру.

Бијело свјетло криптона користи се за фотографије, јер су врло интензивне и брзе, што је савршено за брзе бљескове фотоапарата или за тренутне блицеве ​​на аеродромским пистама.

Исто тако, цеви за електрично пражњење које зраче овом белом светлошћу могу бити прекривене обојеним папирима, што даје ефекат приказивања светла многих боја без потребе за побудом користећи друге гасове.

Додаје се сијалицама са волфрамовим филаментима да би се повећао њихов век трајања, и флуоресцентним лампама од аргона за исту намену, такође смањујући њихов интензитет и повећавајући трошкове (јер су скупље од аргона).

Када криптон ствара гасовите сијалице са жаруљама, повећава му светлину и чини плавкастим.

Ласери

Црвени ласери виђени на светлосним емисијама заснивају се на спектралним линијама криптона, а не на хелијум-неонској смеши.

С друге стране, моћни ласери за ултраљубичасто зрачење могу се направити са криптоном: они са криптон флуоридом (КрФ). Овај ласер се користи за фотолитографију, медицинске операције, истраживања у области нуклеарне фузије и микро-обраде чврстих материјала и једињења (модификујући њихову површину дејством ласера).

Дефиниција бројила

Између 1960. и 1983., коришћена је таласна дужина црвено-наранџасте спектралне линије изотопа ⁸⁶ Кр (помножено са 1.650.763,73) како би се дефинисала тачна дужина једног метра.

Детекција нуклеарног оружја

Пошто је радиоизотоп ⁸⁵ Кр један од производа нуклеарне активности, где је откривен, показатељ је да је дошло до детонације нуклеарног оружја или да се врше илегалне или тајне активности наведене енергије.

Лек

Криптон се у медицини користи као анестетик, апсорбер рендгенских зрака, детектор срчаних неправилности и за прецизно и контролисано сечење мрежнице очију помоћу ласера.

Њени радиоизотопи такође имају примену у нуклеарној медицини, за проучавање и скенирање протока ваздуха и крви у плућима и за добијање нуклеарно магнетне резонанце слика пацијентских дисајних путева.

Референце

1. Гари Ј. Сцхробилген. (28. септембра 2018.). Криптон. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
2. Википедиа. (2019). Криптон. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Мицхаел Пилгаард. (2016, 16. јула). Криптон Хемијске реакције. Опоравак од: пилгаарделементс.цом
4. Цристаллограпхи365. (16. новембар 2014.). Супер цоол материјал - кристална структура Криптона. Опоравак од: цристаллограпхи365.вордпресс.цом
5. Др Доуг Стеварт. (2019). Чињенице криптонских елемената. Цхемицоол. Опоравак од: цхемицоол.цом
6. Маркуес Мигуел. (сф) Криптон. Опоравак од: наутилус.фис.уц.пт
7. Адвамег. (2019). Криптон. Како се производе производи Опоравак од: мадехов.цом
8. АЗоОптицс. (25. априла 2014.). Криптон Флуорид Екцимер ласер - Својства и апликације. Опоравак од: азооптицс.цом