קריפטון: היסטוריה, מאפיינים, מבנה, השגה, סיכונים, שימושים - כִּימִיָה - 2024

קריפטון הוא גז אציל אשר מיוצג על ידי סמל Kr והוא ממוקם בקבוצת 18 של הטבלה המחזורית. זה הגז שעוקב אחר ארגון, ושפעו כה נמוך עד שהוא נחשב כמוסתר; מכאן מקור שמו. הוא לא נמצא כמעט באבנים מינרליות, אלא בהמוני גזים טבעיים וכמעט ולא מומס בים ובאוקיינוסים.

שמו בלבד מעורר את דמותו של סופרמן, כוכב הלכת שלו קריפטון והקריפטונייט המפורסם, אבן המחלישה את גיבור העל ומונעת ממנו את מעצמות העל שלו. אתה יכול גם לחשוב על cryptocururrency או crypto כשאתה שומע על זה, כמו גם מונחים אחרים שרחוקים מהגז הזה במהותם.

בקבוקון עם קריפטון נרגש מפריקה חשמלית וזוהר באור לבן. מקור: תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים

עם זאת, גז אצילי זה פחות אקסטרווגנטי ו"נסתר "בהשוואה לדמויות שהוזכרו לעיל; אם כי חוסר התגובה שלו לא גוזל את כל העניין הפוטנציאלי שיכול לעורר במחקר המתמקד בתחומים שונים, בעיקר זה הפיזי.

בניגוד לגזים האצילים האחרים, האור שפולט קריפטון כשהוא מתרגש בשדה חשמלי הוא לבן (תמונה עליונה). מסיבה זו הוא משמש לשימושים שונים בענף התאורה. זה יכול להחליף כמעט כל אור ניאון ולפלט משלו, המובחן בכך שהוא ירוק צהבהב.

זה מופיע בטבע כתערובת של שישה איזוטופים יציבים, שלא לדבר על כמה רדיואיזוטופים המיועדים לרפואה גרעינית. כדי להשיג גז זה, יש להמיס את האוויר שאנו נושמים, והנוזל שנוצר ממנו נתון בזיקוק שברירי, שם מטהרים את הקריפטון ומופרדים אותו לאיזוטופים המרכיבים אותו.

הודות לקריפטון ניתן היה להתקדם במחקרים של היתוך גרעיני, כמו גם ביישומי לייזרים למטרות כירורגיות.

הִיסטוֹרִיָה

- גילוי האלמנט הנסתר

בשנת 1785 גילה הכימאי והפיזיקאי האנגרי הנרי קוונדיש כי האוויר מכיל חלק קטן מהחומר שהוא אפילו פחות פעיל מחנקן.

כעבור מאה שנה פיזר הפיזיקאי האנגלי לורד ריילי, מבודד מהאוויר גז שלדעתו הוא חנקן טהור; אבל אז גילה שזה כבד יותר.

בשנת 1894 שיתף פעולה הכימאי הסקוטי סר וויליאם רמזי כדי לבודד את הגז הזה, שהתגלה כאלמנט חדש: ארגון. שנה לאחר מכן, הוא בודד את גז הליום על ידי חימום הקלביט המינרלי.

סר וויליאם רמזי עצמו, יחד עם עוזרו, הכימאי האנגלי מוריס טרברס, גילה את קריפטון ב- 30 במאי 1898, בלונדון.

רמזי וטרברס האמינו שיש חלל בטבלה המחזורית בין היסודות ארגון והליום, ואלמנט חדש נדרש למלא חלל זה. רמזי, חודש לאחר גילוי קריפטון, יוני 1898, גילה ניאון; אלמנט שמילא את החלל בין הליום לארגון.

מֵתוֹדוֹלוֹגִיָה

רמזי חשד בקיומו של אלמנט חדש שהוסתר בתוך תגליתו הקודמת, זו של ארגון. רמזי וטרברס, כדי לבדוק את הרעיון שלהם, החליטו להוציא נפח גדול של ארגון מהאוויר. לשם כך הם היו צריכים לייצר את נזילות האוויר.

ואז הם זיקקו את האוויר הנוזלי כדי להפריד אותו לשברים ולחקור בשברים הקלים יותר את הימצאותו של היסוד הגזי הרצוי. אך הם טעו, ככל הנראה הם חיממו יתר על המידה את האוויר הנוזלי והתאדו הרבה מהמדגם.

בסופו של דבר היו להם רק 100 מ"ל מהמדגם ורמזי היה משוכנע כי נוכחותו של האלמנט קל יותר מארגון בנפח זה לא הייתה סבירה; אך הוא החליט לבחון את האפשרות של יסוד כבד יותר מארגון בנפח המדגם הנותר.

בעקבות מחשבתו, הוא הסיר חמצן וחנקן מהגז בעזרת נחושת אדומה ומגנזיום. לאחר מכן הוא הציב דגימה של הגז שנותר בצינור ואקום, והפעיל עליו מתח גבוה כדי להשיג את ספקטרום הגז.

כצפוי, ארגון היה נוכח, אך הם הבחינו במראה של שני קווים בהירים חדשים בספקטרום; האחד צהוב והשני ירוק, ושניהם מעולם לא נצפו.

- הופעת השם

רמזי וטרברס חישבו את הקשר בין חום הגז הספציפי בלחץ קבוע לחום הספציפי שלו בנפח קבוע, ומצאו ערך של 1.66 לאותה יחסים. ערך זה תואם גז שנוצר על ידי אטומים בודדים, והראה שאינו תרכובת.

לכן הם היו בנוכחות גז חדש וקריפטון התגלה. רמזי החליט לקרוא לזה קריפטון, מילה הנגזרת מהמילה היוונית "קריפטו" שמשמעותה "נסתרת". ויליאם רמזי קיבל את פרס נובל לכימיה בשנת 1904 על גילוי הגזים האצילים הללו.

תכונות פיזיקליות וכימיות

מראה חיצוני

זהו גז חסר צבע המציג צבע לבן ליבון בשדה חשמלי.

משקל אטומי סטנדרטי

83,798 u

מספר אטומי (Z)

36

נקודת המסה

-157.37 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

153,415 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

בתנאים סטנדרטיים: 3,949 גרם לליטר

מצב נוזלי (נקודת רתיחה): 2.413 גרם / ס"מ ³

צפיפות גז יחסית

2.9 ביחס לאוויר עם ערך = 1. כלומר קריפטון צפוף פי שלושה כמו אוויר.

מסיסות במים

59.4 ס"מ ³ / 1,000 גרם בחום של 20 מעלות צלזיוס

נקודה משולשת

115.775 K ו- 73.53 kPa

נקודה קריטית

209.48 K ו 5.525 מגפ"ס

חום של היתוך

1.64 kJ / mol

חום האידוי

9.08 kJ / mol

יכולת קלורית מולקולרית

20.95 J / (mol K)

לחץ אדים

בטמפרטורה של 84 K יש לו לחץ של 1 kPa.

אלקטרונגטיביות

3.0 בסולם פאולינג

אנרגיית יינון

ראשית: 1,350.8 kJ / mol.

שני: 2,350.4 ק"ג / מול.

שלישית: 3,565 ק"ג / מול.

מהירות הצליל

גז (23 ºC): 220 מ '/ ש

נוזל: 1,120 מ '/ ש

מוליכות תרמית

9.43 · 10 ^-3 W / (m · K)

להזמין

דימגנטית

מספר חמצון

קריפטון, בהיותו גז אצילי, אינו מגיב במיוחד ואינו מאבד או משיג אלקטרונים. אם הוא מצליח ליצור מוצק עם הרכב מוגדר, כמו שקורה עם Krathrate Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ או ההידריד שלו Kr (H ₂ ) ₄ , נאמר שהוא משתתף עם מספר או מצב חמצון של 0 (Kr ⁰ ) ; כלומר האטומים הניטרליים שלו אינטראקציה עם מטריקס של מולקולות.

עם זאת, קריפטון יכולה לאבד אלקטרונים באופן רשמי אם היא יוצרת קשרים עם האלמנט האלקטרוני-נגטיבי ביותר מכולם: פלואור. ב- KrF ₂ מספר החמצון שלו הוא +2, כך שמניחים את קיומו של הקטיון הדו-ערכי Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ).

תגובתיות

בשנת 1962 דווח על סינתזה של קריפטון דיפלואוריד (KrF ₂ ). תרכובת זו היא מוצקה מאוד, חסרת צבע, גבישית ומתפרקת לאט בטמפרטורת החדר; אך הוא יציב -30 מעלות צלזיוס. קריפטון פלואוריד הוא חומר חמצון והפלרה רב עוצמה.

קריפטון מגיב עם פלואור כאשר הוא משולב בצינור פריקה חשמלי בטמפרטורה של -183 מעלות צלזיוס, ויוצר את KrF ₂ . התגובה מתרחשת גם כאשר קרינתון ופלואור מוקרנים עם אור אולטרה סגול ב -196 מעלות צלזיוס.

KrF ⁺ ו- Kr ₂ F ₃ ⁺ הם תרכובות הנוצרות על ידי תגובת KrF ₂ עם מקבלי פלואוריד חזקים. קריפטון הוא חלק מתרכובת לא יציבה: K (OTeF ₅ ) ₂ , שיש לו קשר בין קריפטון לחמצן (Kr-O).

קשר קריפטון-חנקן נמצא בקטיון HCΞN-Kr-F. ניתן לגדל קריפטון הידרידים, KrH ₂ , בלחצים העולים על 5 גפ"א.

בתחילת המאה העשרים כל התרכובות הללו נחשבו בלתי אפשריות בהתחשב בתגובה האפסית שהגה מהגז האצילי הזה.

מבנה ותצורה אלקטרונית

אטום קריפטון

קריפטון, בהיותו גז אצילי, הוא בעל כל שמיכת הערכיות שלו; כלומר, האורביטלים שלו ו- p מלאים לחלוטין באלקטרונים, אותם ניתן לאמת בתצורה האלקטרונית שלהם:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

זהו גז מונומטי ללא קשר (עד היום) לתנאי הלחץ או הטמפרטורה שפועלים עליו. לפיכך, שלושת מצביו מוגדרים על ידי האינטראקציות הבין-אטומיות של אטומי ה- Kr, שניתן לדמיין כגולות.

אטומי ה- Kr האלה, כמו המתווכים להם (הוא, נ, אר וכו '), אינם קלים לקיטוב, מכיוון שהם קטנים יחסית ויש להם גם צפיפות אלקטרונים גבוהה; כלומר, פני השטח של גולות אלה אינם מעוותים בצורה ניכרת ליצירת דיפול מיידי המשרה גורם אחר שיש שיש.

אינטראקציות אינטראקציה

מסיבה זו הכוח היחיד שמחבר את אטומי ה- Kr הוא כוח המפץ בלונדון; אך הם חלשים מאוד במקרה של קריפטון, כך שנדרשות טמפרטורות נמוכות כדי שהאטומים שלו יגדירו נוזל או גביש.

עם זאת, הטמפרטורות הללו (נקודות רתיחה והתכה, בהתאמה) גבוהות יותר בהשוואה לארגון, ניאון והליום. זה נובע מהמסה האטומית הגדולה יותר של קריפטון, שקולה לרדיוס אטומי גדול יותר ולכן ניתן לקיטוב יותר.

לדוגמה, נקודת הרתיחה של קריפטון היא סביב -153 ºC, ואילו אלה של הגזים האצילים ארגון (-186 ºC), ניאון (-246 ºC) והליום (-269 ºC) נמוכים יותר; כלומר, הגזים שלו זקוקים לטמפרטורות קרות יותר (קרוב יותר -273.15 מעלות צלזיוס או 0 K) כדי להיות מסוגלים להתעבות לשלב הנוזל.

כאן אנו רואים כיצד גודל הרדיוסים האטומיים שלהם קשור ישירות לאינטראקציות שלהם. כך קורה גם בנקודות ההתכה שלהן, הטמפרטורה בה קריפטון מתגבש לבסוף -157 מעלות צלזיוס.

קריסטל קריפטון

כאשר הטמפרטורה יורדת ל -157 מעלות צלזיוס, אטומי ה- Kr מתקרבים לאט לאט כדי להתלכד עוד יותר ולהגדיר גביש לבן עם מבנה מעוקב ממוקד פנים (fcc). לפיכך, יש כעת סדר מבני שנשלט על ידי כוחות הפיזור שלה.

למרות שאין הרבה מידע בנושא, קריסטל fcc של קריפטון יכול לעבור מעברים גבישיים לשלבים צפופים יותר אם הוא נתון בלחצים אדירים; כמו המשושה הקומפקטי (hcp), בו אטומי ה- Kr יהיו מקובצים יותר.

כמו כן, מבלי להשאיר נקודה זו בצד, אטומי Kr יכולים להיות כלואים בכלובי קרח הנקראים clathrates. אם הטמפרטורה נמוכה מספיק, יתכנו גבישים מעורבבים של קריפטון-מים, כאשר אטומי ה- Kr מסודרים ומוקפים במולקולות מים.

היכן למצוא ולהשיג

אַטמוֹספֵרָה

קריפטון מפוזר ברחבי האטמוספרה, אינו מסוגל לברוח משדה הכבידה של כדור הארץ שלא כמו הליום. באוויר שאנו נושמים, ריכוזו הוא בערך 1 עמודים לדקה, אם כי זה עשוי להשתנות בהתאם לפליטות הגזים; יהיה זה התפרצויות געש, גייזרים, מעיינות חמים, או אולי מרבצי גז טבעי.

מכיוון שהוא מסיס במים בצורה נמוכה, ריכוזו בהידרוספרה עשוי להיות זניח. אותו דבר קורה עם מינרלים; כמה אטומי קריפטון יכולים להיות כלואים בתוכם. לכן המקור היחיד לגז אצילי זה הוא האוויר.

זיקוק וזיקוק שברירי

כדי להשיג אותו, האוויר צריך לעבור תהליך של נוזל, כך שכל גזי המרכיב שלו יתמצאו ויוצרים נוזל. לאחר מכן מחממים נוזל זה על ידי יישום זיקוק שברירי בטמפרטורות נמוכות.

לאחר זיקוק החמצן, הארגון והחנקן, הקריפטון והקסנון נותרו בנוזל שנותר, הנספג על גבי פחמן פעיל או ג'ל סיליקה. נוזל זה מחומם ל -153 מעלות צלזיוס על מנת לזקק את הקריפטון.

לבסוף, הקריפטון שנאסף מטוהר על ידי מעבר בטיטניום מתכתי חם, המסלק זיהומים גזים.

אם רצוי הפרדת האיזוטופים שלו, הגז גורם לעלות דרך עמוד זכוכית בו הוא עובר דיפוזיה תרמית; האיזוטופים הקלים יותר יעלו לכיוון החלק העליון, ואילו הכבדים יותר יהיו נוטים להישאר בתחתית. כך, האיזוטופ ⁸⁴ Kr ו- ⁸⁶ Kr, למשל, נאספים בנפרד בתחתית.

ניתן לאחסן את קריפטון בנורות זכוכית פיירקס בלחץ הסביבה, או במכלי פלדה אטומים לאוויר. לפני האריזה הוא נתון לבקרת איכות על ידי ספקטרוסקופיה, כדי לאשר שהספקטרום שלה הוא ייחודי ואינו מכיל שורות של אלמנטים אחרים.

פיזור גרעיני

שיטה נוספת להשגת קריפטון נעוצה בביקוע הגרעיני של אורניום ופלוטוניום, ממנו מיוצרת גם תערובת של האיזוטופים הרדיואקטיביים שלהם.

איזוטופים

קריפטון מופיע בטבע כשש איזוטופים יציבים. אלה, עם השפע המקביל להם על כדור הארץ, הם: ⁷⁸ קרונות (0.36%), ⁸⁰ קרונות (2.29%), ⁸² קרונות (11.59%), ⁸³ קרונות (11.50%), ⁸⁴ קרונות (56.99%) ו- ⁸⁶ Kr (17.28%). ה- ⁷⁸ Kr הוא איזוטופ רדיואקטיבי; אבל זמן מחצית החיים שלו (t _1/2 ) הוא כל כך ארוך (9.2 · 10 ²¹ שנים) שהוא נחשב יציב.

זו הסיבה שהמסה האטומית הסטנדרטית שלה (משקל אטומי) היא 83.798 u, קרוב יותר ל- 84 u של האיזוטופ ⁸⁴ Kr.

בכמויות עקבות, נמצא גם הרדיואיסוטופ ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2.3 · 10 ⁵ ), המיוצר כאשר ⁸⁰ Kr מקבל קרניים קוסמיות. בנוסף לאיזוטופים שכבר הוזכרו, ישנם שני רדיואיסוטופים סינטטיים: ⁷⁹ קראט (t _1/2 = 35 שעות) ו ⁸⁵ קר (t _1/2 = 11 שנים); זה האחרון מיוצר כתוצר של ביקוע גרעיני של אורניום ופלוטוניום.

סיכונים

קריפטון הוא יסוד שאינו רעיל, מכיוון שהוא אינו מגיב בתנאים רגילים, וגם אינו מהווה סיכון שריפה כאשר הוא מעורבב בחומרים מחמצנים חזקים. דליפת גז זה אינה מהווה סכנה כלשהי; אלא אם כן אתה נושם ישירות, מעביר חמצן וגורם לחנק.

אטומי Kr נכנסים ומגורשים מהגוף מבלי להשתתף בתגובה מטבולית כלשהי. עם זאת, הם יכולים לעקוף את החמצן שצריך להגיע לריאות ולהעביר אותם דרך הדם, כך שהאדם עלול לסבול מנרקוזה או מהיפוקסיה, כמו גם ממצבים אחרים.

אחרת, אנו נושמים כל הזמן את קריפטון בכל נשימת אוויר. עכשיו, ביחס למתחמים שלו, הסיפור שונה. לדוגמה, KrF ₂ הוא סוכן פלואור חזק. ולכן הוא "ייתן" אניונים F ^- לכל מולקולה במטריקס הביולוגי שהוא נתקל בו, עלולה להיות מסוכנת.

יתכן שקרטטראט קריפטון (שנלכד בכלוב קרח) אינו מסוכן במידה ניכרת, אלא אם כן ישנם זיהומים מסוימים שאכן מוסיפים רעילות.

יישומים

ההבזקים ממצלמות מהירות נובעות בחלקן מהעירוי של קריפטון. מקור: Mhoistion

קריפטון קיים ביישומים שונים סביב ממצאים או מכשירים המיועדים לתאורה. לדוגמה, זהו חלק מ"פנסי הניאון "בצבעים ירקרקים צהובים. אורות "חוקיים" של קריפטון הם לבנים, שכן ספקטרום הפליטה שלהם מקיף את כל הצבעים בספקטרום הנראה לעין.

האור הלבן של קריפטון שימש למעשה לצילומים, מכיוון שהם מאוד אינטנסיביים ומהירים, והוא מושלם עבור הבזקי מצלמה במהירות גבוהה, או עבור הבזקים מיידיים על מסלולי מסלול שדה תעופה.

כמו כן, ניתן לכסות את צינורות הפריקה החשמליים הנובעים מאור לבן זה בניירות צבעוניים, מה שמביא לאפקט של הצגת אורות בצבעים רבים ללא צורך לרגש באמצעות גזים אחרים.

זה מתווסף לנורות חוט נברשות טונגסטן כדי להגדיל את אורך השימוש השימוש בהן, ולנורות ניאון מסוג ארגון לאותה מטרה, וכך גם מפחית את עוצמתן ומגדיל את עלויותיהן (מכיוון שזה יקר יותר מארגון).

כאשר קריפטון ממלא את המילוי הגזי בנורות ליבון, הוא מגביר את בהירותו והופך אותו לכחלחל יותר.

לייזרים

הלייזרים האדומים שנראו בתצוגות קלות מבוססים על הקווים הספקטראליים של קריפטון ולא על תערובת הליום-ניאון.

מצד שני, ניתן לייצר לייזרים בעלי קרינה אולטרה סגולה עם קריפטון: אלה של קריפטון פלואוריד (KrF). לייזר זה משמש לפוטוליטוגרפיה, ניתוחים רפואיים, מחקרים בתחום היתוך גרעיני ומעבד מיקרו של חומרים ומרכיבים מוצקים (שינוי פני השטח שלהם באמצעות פעולת הלייזר).

הגדרת המונה

בין 1960 ל -1983 נעשה שימוש באורך הגל של הקו הספקטרלי האדום-כתום של האיזוטופ ⁸⁶ קר (כפול 1,650,763.73), כדי להגדיר את האורך המדויק של מטר.

איתור נשק גרעיני

מכיוון שהרדיואיזוטופ ⁸⁵ Kr הוא אחד מתוצרי הפעילות הגרעינית, שם הוא מתגלה הוא אינדיקציה לכך שהייתה פיצוץ של נשק גרעיני, או שמתבצעות פעילויות בלתי חוקיות או חשאיות של אנרגיה זו.

תרופה

קריפטון שימש ברפואה כחומר הרדמה, בולם רנטגן, גלאי לאי-תקינות לב וכדי לחתוך את רשתית העיניים בלייזרים שלה באופן מדויק ומבוקר.

לרדיואיזוטופים שלה יש גם יישומים ברפואה גרעינית, לחקר וסריקת זרימת האוויר והדם בתוך הריאות ולקבלת תהודה מגנטית גרעינית של דרכי הנשימה של המטופל.

הפניות

1. גארי ג'י שרובילגן. (28 בספטמבר 2018). קריפטון. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
2. ויקיפדיה. (2019). קריפטון. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. מייקל פילגארד. (2016, 16 ביולי). תגובות כימיות של קריפטון. התאושש מ: pilgaardelements.com
4. קריסטלוגרפיה 365. (16 בנובמבר 2014). חומר סופר מגניב - מבנה הקריסטל של קריפטון. התאושש מ: crystalall3636.wordpress.com
5. ד"ר דאג סטיוארט. (2019). עובדות אלמנט קריפטון. כימיקול. התאושש מ: chemicool.com
6. מרקס מיגל. (sf). קריפטון. התאושש מ: nautilus.fis.uc.pt
7. אדוואמג. (2019). קריפטון. כיצד מיוצרים מוצרים. התאושש מ: madehow.com
8. AZoOptics. (25 באפריל 2014). לייזר קרימר פלואוריד אקסימר - מאפיינים ויישומים. התאושש מ: azooptics.com