Всё о химии. Криптон химические свойства Криптон вещество значение в жизни
Обратите внимание: наша статья рассказывает не о планете Криптон, родине Супермена, а об одноименном газе.
Активно применяемые в промышленности гелий, неон и аргон относятся к «благородным» газам, поскольку не вступают в реакцию с другими элементами периодической системы Менделеева. К этому семейству можно добавить газ криптон (химическое обозначение — Kr), который так же инертен, как и вышеперечисленные элементы, при этом обладает полезными характеристиками, нашедшими применение в светотехнике, медицине и лазерной технологии.
О принципе работы и эксплуатации промышленных газовых лазеров вы можете прочитать в статье лазерная резка металлов , а мы продолжим рассказывать про Kr.
История открытия газа
Открытие Kr для широкой общественности датируется концом 19 века. Это достижение принадлежит британскому химику Уильяму Рамзаю. Уникальную «находку» удалось зафиксировать только со второй попытки, так как изначально название «криптон» было ошибочно применено к другому химическому элементу, который после проведения дополнительных экспериментов оказался гелием.
Что касается газа криптона, то его обнаружение можно отнести к случайностям, поскольку целенаправленно поиск нового химического элемента никто не проводил. Выполняя один из опытов по добыче гелия из жидкого воздуха, Рамзай обнаружил неизвестный компонент с характерным свечением. Учитывая, насколько хорошо он был «спрятан», ученый выбрал соответствующее название, которое в переводе с греческого означает «скрытый» или «секретный».
Одним их способов происхождения Kr является радиоактивный распад. Однако среди ученых существуют и другие гипотезы возникновения данного компонента на Земле. По одной из версий, он образовался в недрах планеты благодаря распаду трансурановых элементов (плутоний, нептуний), ныне не существующих в естественной форме, однако способных воспроизводиться искусственным путем. Приверженцы альтернативной теории отмечают происхождение газа во Вселенной, тогда как в атмосферу Земли он попал исключительно из-за своей массы.
Он чрезвычайно редок и добывается только из атмосферы. В кубометре воздуха Kr занимает объем около 1 см3, точнее — 0.000114% — то есть для получения 1 литра необходимо переработать примерно 900 000 л воздуха. Иных источников Kr нет.
установки по добыче
Стоимость Kr марки 5.0 — около 80-90р\л, но есть один нюанс — в 40л баллоне содержится 6 000 литров Kr (при давлении 150 атм). Таким образом, цена одного баллона приближается к отметке 600 000 рублей. Цифра 5.0 означает чистоту 99.999, подробнее о порядках марок читайте . Также отметим, что каждая девятка после запятой в цифре, обозначающей марку чистоты, усложняет технический процесс добычи и детектирования, чем значительно увеличивает сумму счета.
Какими свойствами обладает газ криптон
Как уже отмечалось, это инертный газ. Его способность взаимодействовать с другими химическими компонентами крайне мала (в жестких условиях Kr может взаимодействовать со фтором и ацетиленом). К остальным полезным характеристикам можно отнести следующее:
- отсутствие вкуса, цвета и запаха;
- отсутствие способности воспламеняться;
- большая масса, троекратно превышающая массу воздуха и двукратно массу воды;
- температура жидкой фракции: -153 °C;
- температура твердой фракции: -157 °C;
- в стандартных условиях возможно возникновение свечения с зелено-голубым оттенком.
Поскольку Kr быстро растворяется в жидкости, он способен оказывать наркотическое воздействие на человека. Тем не менее, опасности для организма это вещество не представляет.
Применение в промышленности
Наиболее известное использование Kr - производство электроламп. Он тяжелее аргона, поэтому повышает стабильность светового потока. Кроме того, он плохо пропускает тепло, тем самым увеличивая полезную мощность ламповых светильников. Именно низкая теплопроводность способствовала активному применению этого вещества при производстве стеклопакетов. Заполняя внутреннее пространство инертным компонентом, удается существенно повысить теплоизоляционные свойства окон.
разряд в Kr
Наряду с гелием и аргоном, он также применяется для производства лазерного луча, мощность которого позволяет раскраивать любой материал, в том числе тугоплавкие виды металла. Для таких целей используются газовые смеси особой чистоты , о чем более подробно можно прочитать по ссылке.
инертные газы
Еще одной важной сферой применения Kr является медицина. С его помощью создается безопасная газовая среда для проведения анестезии. При этом относительно небольшая анестетическая сила позволяет использовать такой наркоз при повышенном давлении. Также с его помощью изучают работу легких, т.к. он является источником бета-излучения. Пациент вдыхает порцию газа, а его распространение по дыхательным органам фиксируется с помощью гамма-камер.
К сожалению, криптон не даст вам силу Супермена, но тем не менее он очень востребован во многих отраслях деятельности, как и другие инертные технические моногазы.
Кстати, аргон и гелий можно приобрести в компании «Промтехгаз» . Высокое качество данной продукции позволяет с успехом применять ее для разных производственных целей, в том числе для эксплуатации лазерного оборудования.
| Kr | 36 | Криптон |
|||||||
| t o кип. (o С) | 153,35 | Степ.окис. | +2 | ||||||
| t o плав.(o С) | -157,37 | Плотность | 3,745 г/л | ||||||
| 4s 2 4p 6 | ОЭО | 2,94 | в зем. коре | 0,000114 % (в атмосфере) | |||||
Впервые криптоном был назван газ, выделенный Уильямом Рамзаем из минерала клевеита. Но очень скоро пришлось это имя снять и элемент «закрыть». Английский спектроскопист Уильям Крукс установил, что газ не что иное, как уже известный по солнечному спектру гелий. Спустя три года, в 1898 году, название «криптон» вновь появилось, его присвоили новому элементу, новому инертному газу.
Открыл его опять же Рамзай, и почти случайно - «шел в дверь, попал в другую». Намереваясь выделить гелий из жидкого воздуха, ученый вначале пошел было по ложному следу: он пытался обнаружить гелий в высококипящих фракциях воздуха. Разумеется, гелия, самого низкокипящего из всех газов, там не могло быть, и Рамзай его не нашел. Зато он увидел в спектре тяжелых фракций желтую и зеленую линии в тех местах, где подобных следов не оставлял ни один из известных элементов.
Так был открыт криптон, элемент, имя которого в переводе с греческого значит «скрытный». Название несколько неожиданное для элемента, который сам шел в руки исследователя.
Родословная криптона
Известно, что гелий, радон, почти весь аргон и, вероятно, неон нашей планеты имеют радиогенное происхождение, то есть они - продукты радиоактивного распада. А как обстоит дело с криптоном?
Среди известных природных ядерных процессов, порождающих криптон, наибольший интерес представляет самопроизвольное деление ядер урана и тория.
В 1939 году Г. Н. Флеров и К. А. Петржак установили, что в природе (очень редко) происходит самопроизвольное расщепление ядер урана-238 на два осколка примерно равной массы. Еще реже таким же образом делятся ядра 232 Тh и 235 U. Осколки - это атомы изотопов средней части периодической системы элементов. Будучи неустойчивыми («перегруженными» нейтронами), эти осколки проходят по цепи последовательных бета-распадов. Среди конечных продуктов распада есть и стабильные тяжелые изотопы криптона.
Подcчеты, однако, показывают, что радиоактивный распад (включая деление урана-235 медленными нейтронами) не главный «изготовитель» криптона. За время существования Земли (если считать его равным 5 миллиардам лет) эти процессы смогли выработать не более двух-трех десятых процента существующего на нашей планете элемента № 36. Откуда в таком случае основная его масса?
Сегодня на этот вопрос даются два обоснованных, но разных по смыслу ответа.
Часть ученых считает, что земной криптон возник в недрах планеты. Прародителями криптона были трансурановые элементы, некогда существовавшие на Земле, но теперь уже «вымершие». Следы их существования усматривают в том, что в земной коре есть элементы-долгожители нептуниевого радиоактивного ряда (ныне целиком искусственно воссозданного). Другой подобный след - микроколичества плутония и нептуния в земных минералах, хотя они могут быть и продуктами облучения урана космическими нейтронами.
В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что искусственно полученные актиноиды (не все, но многие) - активные «генераторы» криптона. Их ядра самопроизвольно делятся намного чаще, чем ядра атомов урана. Сравните периоды полураспада по спонтанному делению: 8,04 10 15 лет - для урана-238 и всего 2000 лет - для калифорния-246. А для фермия и менделевия соответствующие периоды полураспада измеряются всего лишь часами.
Иного мнения придерживается другая группа. На их взгляд, земной криптон (как и ксенон) пришел на Землю из Вселенной, в процессе зарождения Земли. Он присутствовал еще в протопланетном облаке, его сорбировала первичная земная материя, откуда он потом, при разогреве планеты, выделился в атмосферу.
Это мнение тоже опирается на факты. В его пользу говорит, в частности, то, что криптон - газ тяжелый, малолетучий и относительно легко конденсирующийся (в отличие от иных компонентов первичной атмосферы) вряд ли смог бы оставить Землю на первых фазах ее формирования.
Кто же прав? Скорее всего, правы обе стороны: криптон нашей планеты, вероятно, представляет собою смесь газов как космического, так и земного происхождения. По данным исследований последних лет, земного намного больше.
Что же представляет собой эта смесь?
Глазами физика и химика
Газообразный криптон в 2,87 раза тяжелее воздуха, а жидкий - в 2,14 раза тяжелее воды. Криптон превращается в жидкость при -153,2° С, а уже при -157,1° С он отвердевает. Заметим попутно, что малые температурные интервалы между жидким и твердым состояниями характерны для всех благородных газов. Это свидетельствует о слабости сил межмолекулярного взаимодействия, что вполне естественно: у этих атомов «замкнутые», целиком заполненные электронные оболочки. Молекула криптона одноатомна.
Криптон - достаточно редкий и рассеянный газ. На Земле его больше всего в атмосфере-3 10 -40 % (по весу). Содержание криптона в атмосфере очень медленно (даже в масштабах геологических эпох) нарастает: криптон «выдыхают» некоторые минералы.
Природный криптон состоит из шести стабильных изотопов: 78 Kr, 80 Kr, 82 Kr, 83 Kr, 84 Kr и 86 Kr. И все они есть в горных породах, природных водах и атмосфере. Обильнее прочих представлен 84 Kr, на его долю приходится 56,9% атмосферного криптона.
В ядерных реакциях искусственно получены 19 радиоактивных изотопов криптона - с массовыми числами от 76 до 97. Некоторые из этих изотопов нашли применение как радиоактивные индикаторы и генераторы излучения. Особо важным оказался криптон-85 - почти чистый бета-излучатель с периодом полураспада 10,3 года.
Спектр криптона изобилует линиями во всем видимом диапазоне, особенно в коротковолновой области. Самые яркие линии расположены между 4807 и 5870 ангстрем, оттого в обычных условиях криптон дает зеленовато-голубое свечение.
Благодаря хорошей растворимости в жидкостях организма криптон при парциальном давлении 3,5 атм уже оказывает наркотическое действие на человека.
А теперь о химии криптона.
В атоме криптона 36 электронов, распределенных на четырех энергетических уровнях (оболочках). Это обстоятельство в физическом и отчасти химическом смысле приближает криптон к обычным, «нормальным» газам. Почему?
В атомах тяжелых элементов нулевой группы внешние электронные оболочки замкнутые. Но будучи сравнительно отдаленными от ядра, оболочки получают некоторую автономность. Чем тяжелее атомы инертного газа, тем больше их способность объединяться в «агрегаты» с другими атомами. Более 30 лет назад были открыты первые соединения тяжелых инертных газов. Криптон, ксенон и радон вступили в реакции с химически активными фтором и кислородом.
Химия «инертных» газов (теперь без кавычек не обойтись) - новая область науки. Но возникла она не на голом месте. Еще в первой четверти XX века ученые наблюдали образование в электрическом разряде ионизированных молекул инертных газов и как будто бы соединений этих газов с другими элементами. Вне разряда эти образования быстро распадались, и первые сообщения о соединениях инертных газов казались малообоснованными.
Позже стали известны кристаллические клатратные соединения криптона с Н2О, H2S, SO2 галогеноводородами, фенолами, толуолом и другими органическими веществами. Они устойчивы даже при комнатной температуре под давлением 2-4 атм. Но еще в 40-х годах советский ученый Б. А. Никитин показал, что в клатратных соединениях связь молекулярная, в них валентные электроны не взаимодействуют.
В 1933 году Лайнус Полинг, позже дважды лауреат Нобелевской премии, развивая представление о валентных связях, предсказал возможность существования фторидов криптона и ксенона. Но лишь в 1962 году было получено первое такое соединение - гекса-фтороплатинат ксенона. Вслед за тем были синтезированы фториды и окислы криптона, ксенона, радона и многочисленные их производные.
Разумеется, соединения криптона и других благородных газов получить не легко. Так, кристаллический KrF2 был получен в результате воздействия тихого электрического разряда на смесь из фтора, криптона и аргона в молярном отношении 1:70:200. Условия реакции: давление - 20 мм ртутного столба, температура - минус 183° С. В сходных условиях образуется и тетрафторид криптона KrF4. При комнатной температуре оба фторида разлагаются, причем дифторид - со взрывом. Но при температуре сухого льда (-78° С) и ниже эти бесцветные кристаллы довольно устойчивы.
А по химическим свойствам это весьма активные окислители, вытесняющие хлор из соляной кислоты и кислород из воды. Они реагируют с органическими соединениями, замещая в них водород на фтор. Бумага, этиловый спирт и многие другие соединения от соприкосновения с KrF2 и KrF4 воспламеняются. Как компактные и достаточно удобные в обращении фторирующие агенты фториды криптона уже приобрели прикладное значение.
Известны соединения криптона с кислородом, а также нестабильная криптоновая кислота KrО3 Н2О и ее бариевая соль, которой приписывают формулу ВаKrО4. Последние соединения мало изучены. Характерно, что кислородные соединения криптона пока удается получить только через фториды, то есть сначала получают соединения благородного газа с фтором, а уже потом кислородное соединение.
Извлечение из воздуха
Криптон, получают из воздуха. Но чтобы получить литр элемента № 36, приходится переработать более миллиона литров воздуха. Тем не менее современные масштабы производства кислорода позволяют попутно извлекать довольно значительные и с каждым годом возрастающие количества криптона.
Как наименее летучие компоненты воздуха, криптон и ксенон скапливаются в самой «теплой» части воздухоразделительного аппарата вместе с жидким кислородом. Из него-то и выделяют элемент № 36.
Ожиженную кислородную фракцию направляют в ректификационную колонну, нижняя часть, или «пристройка», которой (конденсатор) охлаждается жидким азотом. Здесь получается «бедный» криптоновый концентрат, содержащий 0,1-0,2% Kr; этот «бедняк» в 400 раз богаче криптоном, чем исходный кислород.
Прежде чем продолжить ректификацию, бедный концентрат очищают от метана, ацетилена и прочих углеводородов. Такая операция необходима, чтобы исключить опасность взрыва на последующих стадиях отделения криптона. Микропримеси углеводородов в воздухе есть всегда. Причины их появления - испарение нефтепродуктов, утечка природного газа, бактериальный распад органических остатков и, наконец, промышленные выбросы.
В контактных аппаратах при 700° С в присутствии катализатора - СuО или А12O3 - большая часть углеводородов выгорает. Очищенную смесь кислорода и криптона снова превращают в жидкость и отправляют во вторую ректификационную колонну. Здесь получают уже богатый концентрат - в нем 10-20% криптона. Но параллельно опять возрастает содержание углеводородов. И опять смесь переводится в газообразное состояние, и опять следует выжигание углеводородов. Затем весь этот цикл повторяют еще раз.
Окончательная криптоноксеноновая смесь содержит 90-98% Kr + Хе. Для тонкой очистки этой смеси остатки кислорода связывают водородом в воду, а примесь азота удаляют, пропуская смесь над стружками магния,- азот реагирует с ним, образуя нитрид.
Последний этап - разделение криптона и ксенона. Жидкую смесь опять превращают в газ и направляют в адсорбер с активированным углем. Здесь при температуре –65 - –75° С ксенон и некоторое количество криптона поглощаются углем, а выходящий из адсорбера газ содержит по меньшей мере 97% криптона.
«Светить всегда»
Производство электроламп - главный потребитель криптона. Небольшие грибовидные лампы с криптоновым (или криптоноксеноновым) наполнением постепенно теснят лампы аргоноазотного наполнения, которые в свое время вытеснили пустотные и азотонаполненные лампы.
Достоинства криптона в лампах накаливания очевидны: он в 2,1 раза тяжелее аргона и почти вдвое хуже проводит тепло. В более плотном газе замедляется распыление раскаленной вольфрамовой нити - это увеличивает стабильность светового потока. Малая же теплопроводность криптона способствует увеличению доли видимого излучения в общем потоке лучистой энергии. Криптоновое наполнение в сравнении с аргоновым повышает мощность ламп на 5-15% и сроки службы на 40- 170 %. Вдобавок наполовину уменьшается объем колбы.
Криптоном заполняют и газосветные трубки низкого давления - преимущественно рекламные. Используют этот газ и в конструкциях ламп высокого давления. Яркий белый свет (с розоватым оттенком) таких ламп нужен в лакокрасочной и текстильной промышленности, при освещении сцен телевизионных студий, при киносъемках. Некоторые из таких ламп служат мощными источниками инфракрасного излучения.
Главное назначение криптона сегодня - «светить-всегда, светить везде до дней последних донца, светить - и никаких гвоздей. . .» Впрочем, не исключено, что будущие соединения криптона и в производстве гвоздей окажутся не лишними.
Криптон
КРИПТО́Н -а; м. [от греч. kryptos - скрытый] Химический элемент (Kr), инертный газ (применяется при производстве газоразрядных трубок, лазеров).
◁ Крипто́нный; крипто́новый, -ая, -ое.
крипто́н(лат. Krypton), химический элемент VIII группы периодической системы, относится к благородным газам. Название от греческого kryptós - скрытый (в связи с трудностями получения). Плотность 3,745 г/л, t кип –153,35ºC. Применяют главным образом в криптоновых лампах, в газоразрядных трубках и в лазерах. Дифторид KrF 2 - сильный окислитель, фторирующий агент.
КРИПТОНКРИПТО́Н (лат. Krypton, от греческого «криптос» - скрытный)
, Kr (читается «криптон»), химический элемент с атомным номером 36, атомной массой 83,80. Атмосферный криптон состоит из шести стабильных изотопов: 78 Кr (0,354% по объему), 80 Кr (2,27%), 82 Кr (11,56%), 83 Кr (11,55%), 84 Кr (56,90%) и 86 Кr (17,37%). Инертный газ. Расположен в группе VIIIA в 4 периоде периодической системы элементов. Радиус атома 0,198 нм. Конфигурация внешней электронной оболочки 1s
2
2s
2
p
6
3s
2
p
6
d
10 4s
2
p
6
.Энергии последовательной ионизации соответственно, 13,999, 24,4, 36,4, 52,5 и 64,7 эВ.
История открытия
Криптон открыли в 1898 английские ученые У. Рамзай (см.
РАМЗАЙ Уильям)
и М.
Траверс (см.
ТРАВЕРС Моррис Уильям)
при исследовании жидкого воздуха.
Нахождение в природе
Содержание в атмосферном воздухе 1,14·10 -4 % по объему, общие запасы 5,3.10 12 м 3 . В 1 м 3 воздуха содержится около 1 см 3 криптона.
Получение
В промышленности криптон получают как побочный продукт при разделении воздуха на кислород (см.
КИСЛОРОД)
и азот (см.
АЗОТ)
.
Физические и химические свойства
Криптон - одноатомный газ без цвета и запаха.
Температура кипения –153,22°C, плавления –157,37°C. Критическая температура –63,8°C, критическое давление 5,50 МПа. Плотность при нормальных условиях 3,745 кг/м 3 .
В 100 мл воды при 20°C растворяется 5,4 мл Kr.
Криптон образует клатраты (см.
КЛАТРАТЫ)
с водой и многими органическими веществами: Kr·5,75Н 2 О; 2,14Kr·12С 6 Н 5 ОН и другие. В таких соединениях атомы Kr - гости - занимают полости, имеющиеся в кристаллических решетках веществ-хозяев.
При низких температурах получен дифторид криптона KrF 2 и его производные, например, KrF + SbF 6 – , Kr 2 F 3 + AuF 6 – . Синтезирован неустойчивый тетрафторид криптона KrF 4 , который, взаимодействуя с охлажденным раствором Ba(OH) 2 , образует соль BaKrO 4 .
Применение
Криптон используется в лампах накаливания, газоразрядных и рентгеновских трубках. Радиоактивный изотоп 85 Kr используют как источник b-излучения в медицине, для обнаружения течей в вакуумных установках, как изотопный индикатор при исследованиях коррозии, для контроля износа деталей.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Книги
- Компьютерная безопасность. Криптографические методы защиты , А. А. Петров. В книге рассматриваются актуальные вопросы защиты данных при создании распределенных информационных систем масштаба предприятия, приводятся подробные описания принципов применения современных…
- Назад в будущее. Супермен III , Джон Томпсон, Уильям Котцвинкл. "НАЗАД В БУДУЩЕЕ" (часть I, II, III) Джона Томпсона. Герой романа Марти Макфлай - студент колледжа - волею случая путешествует во времени. Перенесясь из 80-х годов в 50-е, он встречается со…
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Криптон - тридцать шестой элемент Периодической таблицы. Обозначение - Kr от латинского «krypton». Расположен в четвертом периоде, VIIIA группе. Относится к группе инертных (благородных) газов. Заряд ядра равен 36.
Криптон в свободном виде содержится в атмосферном воздухе - около 1 см 3 криптона в 1 м 3 воздуха. Кроме этого криптон обнаружен в литосфере.
Представляет собой бесцветный газ, очень плохо растворимый в воде и этаноле. Образует клатрат состава 8Kr×46H 2 Oи сольват 2,14Kr×12С 2 Н 5 ОН. Химически пассивный, не реагирует с кислотами, щелочами. Обладает некоторой реакционной способностью (по сравнению с Не, Ne, Ar), реагирует с атомным фтором (образуется KrF 2).Сообщено о получении неустойчивого KrF 4 , KrО 3 ×Н 2 О и ВаКrО 4 .
Атомная и молекулярная масса криптона
Относительная молекулярная масса M r - это молярная масса молекулы, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С). Это безразмерная величина.
Относительная атомная масса A r - это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С).
Поскольку в свободном состоянии криптон существует в виде одноатомных молекул Kr, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 83,798.
Изотопы криптона
Известно, что в природе криптон может встречаться в виде пяти стабильных изотопов 78 Kr (0,35%), 80 Kr (2,28%), 82 Kr (11,58%), 83 Kr (11,49%), и 84 Kr (57,00%). Их массовые числа равны 78, 80, 82, 83 и 84 соответственно. Ядро атома изотопа криптона 84 Kr содержит тридцать шесть протонов и сорок восемь нейтронов, остальные изотопы отличаются от него только по числу нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные радиоактивные изотопы криптона с массовыми числами от 69-ти до 100-а, а также десять изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 81 Kr с периодом полураспада равным 2,29×10 5 лет.
Ионы криптона
В обычных условиях криптон химически инертен, но при сильном возбуждении атомов он может образовывать молекулярные ионы Kr 2 + [σ s 2 σ s *1 ]. В обычных условиях эти ионы неустойчивы; захватывая недостающий электрон, они распадаются на два нейтральных атома.
Молекула и атом криптона
В свободном состоянии криптон существует в виде одноатомных молекул Kr. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу криптона:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
