Krypton - Krypton

Krypton,  ₃₆ Kr

Eine mit Krypton gefüllte Entladungsröhre , die weiß leuchtet
Krypton
Aussprache	/ K r ɪ p t ɒ n / ​ ( KRIPT -on )
Aussehen	farbloses Gas, das im elektrischen Feld weißlich leuchtet
Standardatomgewicht A r, std (Kr)	83.798(2)
Krypton im Periodensystem
Wasserstoff Helium Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europa Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Das Blei Wismut Polonium Astatin Radon Francium Radium Aktinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Amerika Kurium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Röntgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moskau Lebermorium Tennessine Oganesson Ar ↑ Kr ↓ Xe Brom ← Krypton → Rubidium
Ordnungszahl ( Z )	36
Gruppe	Gruppe 18 (Edelgase)
Zeitraum	Periode 4
Block	p-Block
Elektronenkonfiguration	[ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 6
Elektronen pro Schale	2, 8, 18, 8
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP	Gas
Schmelzpunkt	115,78  K ​(−157,37 °C, ​−251,27 °F)
Siedepunkt	119,93 K ​(−153.415 °C, ​−244.147 °F)
Dichte (bei STP)	3,749 g/l
wenn flüssig (bei  bp )	2,413 g / cm 3
Dreifacher Punkt	115,775 K, ​73,53 kPa
Kritischer Punkt	209,48 K, 5,525 MPa
Schmelzwärme	1,64  kJ/mol
Verdampfungswärme	9,08 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	20,95 J/(mol·K)
Dampfdruck P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k bei  T  (K) 59 65 74 84 99 120
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen	0 , +1, +2 (selten mehr als 0; Oxid ist unbekannt)
Elektronegativität	Pauling-Skala: 3.00
Ionisierungsenergien
Kovalenter Radius	116±16  Uhr
Van-der-Waals-Radius	202 Uhr
Spektrallinien von Krypton
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen	urtümlich
Kristallstruktur	​kubisch flächenzentriert (fcc)
Schallgeschwindigkeit	(Gas, 20 °C) 221 m·s −1 (flüssig) 1120 m/s
Wärmeleitfähigkeit	9,43×10 -3   W/(m⋅K)
Magnetische Bestellung	diamagnetisch
Molare magnetische Suszeptibilität	−28,8 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
CAS-Nummer	7439-90-9
Geschichte
Entdeckung und erste Isolation	William Ramsay und Morris Travers (1898)
Haupt Isotope von Krypton
Isotop Fülle Halbwertszeit ( t 1/2 ) Decay-Modus Produkt 78 Kr 0,36% 9,2 × 10 21  y εε 78 Se 79 Kr syn 35 Stunden ε 79 Br β + 79 Br γ – 80 Kr 2,29% stabil 81 Kr verfolgen 2,3 × 10 5  y ε 81 Br γ – 82 Kr 11,59 % stabil 83 Kr 11,50% stabil 84 Kr 56,99% stabil 85 Kr syn 11 Jahre β − 85 Rb 86 Kr 17.28% stabil
Kategorie: Krypton Aussicht sprechen bearbeiten | Verweise

Krypton (aus dem Altgriechischen : κρυπτός , romanisiert :  Kryptos ‚der Verborgene‘) ist ein chemisches Element mit dem Symbol  Kr und der Ordnungszahl  36. Es ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Edelgas , das in Spuren in der Atmosphäre vorkommt und ist wird häufig mit anderen Edelgasen in Leuchtstofflampen verwendet . Mit seltenen Ausnahmen ist Krypton chemisch inert .

Krypton wird wie die anderen Edelgase in der Beleuchtung und Fotografie verwendet . Krypton-Licht hat viele Spektrallinien und Krypton- Plasma ist in hellen, leistungsstarken Gaslasern (Krypton- Ionen- und Excimer- Lasern) nützlich , von denen jeder eine einzelne Spektrallinie mitschwingt und verstärkt. Kryptonfluorid ist auch ein nützliches Lasermedium . Von 1960 bis 1983 wurde die offizielle Länge eines Meters aufgrund der hohen Leistung und relativ einfachen Bedienung von Krypton- Entladungsröhren durch die 606-Nanometer- Wellenlänge der orangefarbenen Spektrallinie von Krypton-86 definiert .

Geschichte

Sir William Ramsay , der Entdecker von Krypton

Krypton wurde 1898 in Großbritannien von William Ramsay , einem schottischen Chemiker, und Morris Travers , einem englischen Chemiker, in Rückständen von fast allen Bestandteilen der flüssigen Luft entdeckt . Neon wurde nur wenige Wochen später durch ein ähnliches Verfahren von denselben Arbeitern entdeckt. William Ramsay erhielt 1904 den Nobelpreis für Chemie für die Entdeckung einer Reihe von Edelgasen , darunter Krypton.

1960 definierte das Internationale Büro für Maß und Gewicht das Messgerät als 1.650.763,73 Wellenlängen des vom Krypton-86- Isotop emittierten Lichts . Diese Vereinbarung ersetzte den internationalen Prototypenzähler von 1889 , der eine Metallstange in Sèvres war . Dadurch wurde auch die Definition des ångström von 1927 auf der Grundlage der roten Cadmium- Spektrallinie überholt und durch 1 Å = 10 ⁻¹⁰  m ersetzt. Die Krypton-86-Definition dauerte bis zur Konferenz im Oktober 1983, die den Meter neu definierte als die Entfernung, die Licht im Vakuum während 1/299.792.458 s zurücklegt.

Eigenschaften

Krypton zeichnet sich durch mehrere scharfe Emissionslinien ( spektrale Signaturen ) aus, von denen die stärksten grün und gelb sind. Krypton ist eines der Produkte von Uranspaltung . Festes Krypton ist weiß und hat eine flächenzentrierte kubische Kristallstruktur , die allen Edelgasen gemeinsam ist (außer Helium , das eine hexagonal dicht gepackte Kristallstruktur hat).

Isotope

Natürlich vorkommendes Krypton in der Erdatmosphäre besteht aus fünf stabilen Isotopen plus einem Isotop ( ⁷⁸ Kr) mit einer so langen Halbwertszeit (9,2 × 10 ²¹  Jahre), dass es als stabil angesehen werden kann. (Dieses Isotop hat die zweitlängste bekannte Halbwertszeit unter allen Isotopen, für die ein Zerfall beobachtet wurde; es unterliegt einem doppelten Elektroneneinfang zu ⁷⁸ Se ). Darüber hinaus sind etwa dreißig instabile Isotope und Isomere bekannt. Spuren von ⁸¹ Kr, einem kosmogenen Nuklid, das durch die kosmische Strahlung von ⁸⁰ Kr entsteht, kommen auch in der Natur vor: Dieses Isotop ist mit einer Halbwertszeit von 230.000 Jahren radioaktiv . Krypton ist sehr flüchtig und bleibt in oberflächennahem Wasser nicht in Lösung, aber ⁸¹ Kr wurde verwendet, um altes (50.000–800.000 Jahre) Grundwasser zu datieren .

⁸⁵ Kr ist ein inertes radioaktives Edelgas mit einer Halbwertszeit von 10,76 Jahren. Es entsteht durch die Spaltung von Uran und Plutonium , beispielsweise bei Atombombentests und Kernreaktoren . ⁸⁵ Kr wird bei der Wiederaufarbeitung von Brennstäben aus Kernreaktorenfreigesetzt. Die Konzentrationen am Nordpol sindaufgrund der konvektiven Vermischungum 30% höher als am Südpol .

Chemie

In einer Diamantambosszelle gebildete Kr(H ₂ ) ₄ und H ₂ -Feststoffe .

Struktur von Kr(H ₂ ) ₄ . Krypton-Oktaeder (grün) sind von zufällig orientierten Wasserstoffmolekülen umgeben.

Krypton ist wie die anderen Edelgase chemisch sehr unreaktiv. Die eher eingeschränkte Chemie von Krypton in der Oxidationsstufe +2 entspricht der des Nachbarelements Brom in der Oxidationsstufe +1; aufgrund der Scandid-Kontraktion ist es schwierig, die 4p-Elemente in ihre Gruppenoxidationsstufen zu oxidieren. Bis in die 1960er Jahre wurden keine Edelgasverbindungen synthetisiert.

Nach der ersten erfolgreichen Synthese von Xenonverbindungen im Jahr 1962 wurde jedoch die Synthese von Kryptondifluorid ( KrF
₂) wurde 1963 gemeldet. Im selben Jahr wurde KrF
₄wurde von Grosse et al. , aber es stellte sich später heraus, dass es sich um eine Fehlidentifikation handelte. Unter extremen Bedingungen reagiert Krypton mit Fluor zu KrF ₂ nach folgender Gleichung:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Kryptongas in einem Kryptonfluorid-Laser absorbiert Energie aus einer Quelle, wodurch das Krypton mit Fluorgas reagiert und das Exciplex Kryptonfluorid erzeugt, ein temporärer Komplex in einem angeregten Energiezustand:

2 Kr + F
₂ → 2 KrF

Der Komplex kann eine spontane oder stimulierte Emission eingehen, wodurch sein Energiezustand auf einen metastabilen, aber stark abstoßenden Grundzustand reduziert wird . Der Grundzustandskomplex dissoziiert schnell in ungebundene Atome:

2 KrF → 2 Kr + F
₂

Das Ergebnis ist ein Exciplex-Laser, der Energie bei 248 nm abstrahlt, nahe dem ultravioletten Teil des Spektrums , entsprechend der Energiedifferenz zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand des Komplexes.

Es wurden auch Verbindungen entdeckt, bei denen Krypton an andere Atome als Fluor gebunden ist . Darüber hinaus gibt es unbestätigte Berichte eines Barium - Salz eines Krypton Oxosäure . Ar Kr ⁺ und Kr H ⁺ mehratomige Ionen wurden untersucht und es gibt Hinweise auf Kr Xe oder KrXe ⁺ .

Die Reaktion von KrF
₂mit B(OTeF
₅)
₃erzeugt eine instabile Verbindung, Kr(OTeF
₅)
₂, das eine Krypton- Sauerstoff- Bindung enthält. Im Kation [HC≡N–Kr–F] findet sich eine Krypton- Stickstoff- Bindung⁺
, hergestellt durch die Reaktion von KrF
₂ mit [HC≡NH]⁺
[AsF⁻
₆] unter −50 °C. HKrCN und HKrC≡CH (Kryptonhydrid-Cyanid und Hydrokryptoacetylen) sind bis 40 K stabil .

Krypton - Hydrid (Kr (H ₂ ) ₄ ) Kristalle können bei Drücken oberhalb von 5 GPa gezüchtet werden. Sie haben eine kubisch flächenzentrierte Struktur, in der Kryptonoktaeder von zufällig orientierten Wasserstoffmolekülen umgeben sind.

Natürliches Vorkommen

Die Erde hat bis auf Helium alle Edelgase zurückgehalten, die bei ihrer Entstehung vorhanden waren . Die Konzentration von Krypton in der Atmosphäre beträgt etwa 1 ppm . Es kann durch fraktionierte Destillation aus flüssiger Luft gewonnen werden . Die Menge an Krypton im Weltraum ist ungewiss, da die Messung aus meteorischer Aktivität und Sonnenwinden abgeleitet wird. Die ersten Messungen deuten auf eine Fülle von Krypton im Weltraum hin.

Anwendungen

Krypton-Gasentladungsröhre

Die mehreren Emissionslinien von Krypton lassen ionisierte Krypton-Gasentladungen weißlich erscheinen, was wiederum Krypton-basierte Glühbirnen in der Fotografie als weiße Lichtquelle nützlich macht. Krypton wird in einigen fotografischen Blitzgeräten für die Hochgeschwindigkeitsfotografie verwendet . Krypton-Gas wird auch mit Quecksilber kombiniert, um leuchtende Schilder herzustellen, die in einem hellen grünlich-blauen Licht leuchten.

Krypton wird in energieeffizienten Leuchtstofflampen mit Argon gemischt , was den Stromverbrauch reduziert, aber auch die Lichtleistung reduziert und die Kosten erhöht. Krypton kostet etwa 100-mal so viel wie Argon. Krypton (zusammen mit Xenon) wird auch zum Füllen von Glühlampen verwendet, um die Verdampfung des Glühfadens zu reduzieren und höhere Betriebstemperaturen zu ermöglichen . Es entsteht ein helleres Licht mit mehr blauer Farbe als bei herkömmlichen Glühlampen.

Die weiße Entladung von Krypton wird manchmal als künstlerischer Effekt in Gasentladungs-"Neon"-Röhren verwendet. Krypton erzeugt im roten Spektrallinienbereich eine viel höhere Lichtleistung als Neon, und aus diesem Grund sind rote Laser für Hochleistungslaser-Lichtshows oft Kryptonlaser mit Spiegeln, die die rote Spektrallinie für die Laserverstärkung und -emission auswählen, anstatt die bekanntere Helium-Neon-Variante, die nicht die gleichen Multi-Watt-Leistungen erreichen konnte.

Der Kryptonfluorid-Laser ist in der Kernfusionsenergieforschung in Einschlussexperimenten wichtig. Der Laser hat eine hohe Strahlgleichmäßigkeit, eine kurze Wellenlänge und die Punktgröße kann variiert werden, um ein implodierendes Pellet zu verfolgen.

In der experimentellen Teilchenphysik wird flüssiges Krypton verwendet, um quasi-homogene elektromagnetische Kalorimeter zu bauen . Ein bemerkenswertes Beispiel ist das Kalorimeter des NA48- Experiments am CERN, das etwa 27 Tonnen flüssiges Krypton enthält. Diese Verwendung ist selten, da flüssiges Argon weniger teuer ist. Der Vorteil von Krypton ist ein kleinerer Molière-Radius von 4,7 cm, der eine hervorragende räumliche Auflösung mit geringer Überlappung bietet. Die anderen für die Kalorimetrie relevanten Parameter sind: Strahlungslänge X ₀ = 4,7 cm und Dichte 2,4 g/cm ³ .

Die abgedichteten Funkenstreckenanordnungen in Zünderregern in einigen älteren Strahltriebwerken enthalten eine kleine Menge Krypton-85, um konsistente Ionisationsniveaus und einen gleichförmigen Betrieb zu erzeugen.

Krypton-83 findet Anwendung in der Magnetresonanztomographie (MRT) zur Bildgebung der Atemwege. Insbesondere ermöglicht es dem Radiologen, zwischen hydrophoben und hydrophilen Oberflächen, die einen Atemweg enthalten, zu unterscheiden .

Obwohl Xenon das Potenzial für den Einsatz in der Computertomographie (CT) zur Beurteilung der regionalen Ventilation hat, begrenzen seine anästhetischen Eigenschaften seinen Anteil im Atemgas auf 35 %. Ein Atemgemisch aus 30 % Xenon und 30 % Krypton ist in der Wirksamkeit für CT mit einem Xenon-Anteil von 40 % vergleichbar, während die unerwünschten Wirkungen eines hohen Partialdrucks von Xenongas vermieden werden.

Das metastabile Isotop Krypton-81m wird in der Nuklearmedizin für Lungenventilations- /Perfusionsscans verwendet , wo es inhaliert und mit einer Gammakamera abgebildet wird .

Krypton-85 in der Atmosphäre wurde verwendet, um heimliche Wiederaufbereitungsanlagen für Kernbrennstoffe in Nordkorea und Pakistan aufzuspüren . Diese Anlagen wurden in den frühen 2000er Jahren entdeckt und sollen waffenfähiges Plutonium produzieren.

Krypton wird gelegentlich als Isoliergas zwischen Fensterscheiben verwendet.

SpaceX Starlink verwendet Krypton als Treibstoff für ihr elektrisches Antriebssystem .

Vorsichtsmaßnahmen

Krypton gilt als ungiftiges Erstickungsmittel . Krypton hat eine siebenmal höhere narkotische Potenz als Luft, und das Einatmen einer Atmosphäre von 50% Krypton und 50% natürlicher Luft (wie es an der Stelle eines Lecks passieren kann) verursacht beim Menschen eine Narkose, die dem Atmen von Luft bei vierfachem atmosphärischem Druck ähnelt. Dies ist vergleichbar mit dem Tauchen in einer Tiefe von 30 m (100 ft) (siehe Stickstoffnarkose ) und kann jeden, der es einatmet, beeinträchtigen. Gleichzeitig würde diese Mischung nur 10 % Sauerstoff enthalten (anstatt der normalen 20 %) und Hypoxie wäre ein größeres Problem.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

• William P. Kirk "Krypton 85: a Review of the Literature and an Analysis of Radiation Hazards" , Environmental Protection Agency, Office of Research and Monitoring, Washington (1972)

Externe Links

• Krypton im Periodensystem der Videos (Universität Nottingham)
• Krypton-Fluorid-Laser , Marineforschungslabor der Abteilung Plasmaphysik