Poznámka: Tento článek, původně publikovaný v roce 1998, byl v roce 2006 aktualizován pro vydání elektronické knihy.
Přehled
Krypton byl jedním ze tří vzácných plynů, které v roce 1898 objevili skotský chemik a fyzik Sir William Ramsay (1852-1916) a anglický chemik Morris William Travers (1872-1961). Ramsay a Travers objevili tyto plyny tak, že nechali odpařovat kapalný vzduch. Při tom se postupně vypařily všechny plyny, které tvoří normální vzduch. Tři z těchto plynů – krypton, xenon a neon – byly tímto způsobem objeveny poprvé.
Termín vzácný plyn označuje prvky 18. skupiny (VIIIA) periodické tabulky prvků. Periodická tabulka je tabulka, která ukazuje, jak spolu chemické prvky souvisejí. Tyto plyny dostaly název „vzácné“, protože se chovají, jako by byly „příliš arogantní“ na to, aby reagovaly s jinými prvky. Až do 60. let 20. století nebyla známa žádná sloučenina těchto plynů. Protože jsou tak neaktivní, říká se jim také inertní plyny. Inertní znamená neaktivní.
SYMBOL
Kr
ATOMOVÉ ČÍSLO
36
ATOMOVÁ HMOTNOST
83.80
DĚLENÍ
skupina 18 (VIIIA)
šlechtický plyn
PRONÁZOR
KRIP-ton
Krypton má poměrně málo komerčních využití. Všechna se tak či onak týkají osvětlovacích systémů.
Objev a pojmenování
Do roku 1898 byli objeveni dva členové rodiny vzácných plynů. Byly to helium (atomové číslo 2) a argon (atomové číslo 18). Žádné další prvky z této rodiny však nebyly objeveny. Periodická tabulka obsahovala prázdná políčka mezi héliem a argonem a pod argonem. Chybějící vzácné plyny měly atomová čísla 10, 36, 54 a 86. Chemici považují prázdná políčka v periodické tabulce za „prvky čekající na objevení“.
Jelikož dva známé vzácné prvky, helium a argon, jsou plyny, Ramsay a Travers doufali, že chybějící prvky jsou také plyny. A pokud ano, mohly by se nacházet ve vzduchu. Problém byl v tom, že vzduch již byl pečlivě analyzován a bylo zjištěno, že obsahuje přibližně 99,95 % kyslíku , dusíku a argonu. Bylo možné, že by se chybějící plyny nacházely v posledních 0,05 procentech vzduchu?“
Aby chemici na tuto otázku odpověděli, nepracovali se vzduchem samotným, ale s kapalným vzduchem. Vzduch se stává kapalným jednoduše tím, že se dostatečně ochladí. Čím je vzduch chladnější, tím více plynů v něm se mění na kapaliny. Při -182,96 °C se kyslík mění z plynu na kapalinu. Při -195,79 °C se dusík mění z plynu na kapalinu. A tak dále. Nakonec lze všechny plyny ve vzduchu zkapalnit (změnit na kapalinu).
Probíhá však i opačný proces. Předpokládejme, že nádoba s kapalným vzduchem má objem 100 litrů. Kapalný vzduch se bude pomalu zahřívat. Když jeho teplota dosáhne -195,79 °C, změní se kapalný dusík zpět na plyn. Protože asi 78 % vzduchu tvoří dusík, zůstane pouze 22 % původního kapalného vzduchu (22 litrů).
Když teplota dosáhne -182,96 °C, kyslík se změní z kapaliny zpět na plyn. Protože kyslík tvoří 21 procent vzduchu, vypaří se dalších 21 procent (21 litrů) kapalného vzduchu.
Práce Ramsaye a Traverse však byla velmi obtížná, protože plyny, které hledali, nejsou ve vzduchu hojně zastoupeny. Například krypton tvoří jen asi 0,000114 % vzduchu. Na každých 100 litrů kapalného vzduchu by tak připadalo pouze 0,00011, tedy asi jedna desetina mililitru kryptonu. Desetina mililitru je asi kapka. Takže Ramsay a Travers – i když to nevěděli – hledali jednu kapku kryptonu ve 100 litrech kapalného vzduchu!“
Úžasné je, že ho našli. Objev těchto tří plynů byl velkou zásluhou jejich badatelských schopností. Pro nový prvek navrhli název krypton. Název byl převzat z řeckého slova kryptos, které znamená „skrytý“.
Fyzikální vlastnosti
Krypton je bezbarvý plyn bez zápachu. Jeho bod varu je -152,9 °C a hustota 3,64 gramu na litr. To znamená, že krypton má asi 2,8krát větší hustotu než vzduch.
„Podívej, na obloze! To je pták! Je to letadlo….
Slavná kreslená postava Superman má mnoho superschopností. To ví každý. Je to Muž z oceli. Má rentgenové vidění. Má tak dobrý sluch, že se dokáže naladit na jeden hlas v přeplněném městě. A samozřejmě: Je rychlejší než řítící se střela! Silnější než lokomotiva! Dokáže přeskočit vysoké budovy jediným skokem!“
Je tu však jedna látka, která Supermana oslabuje: kryptonit! Pokud je vystaven kryptonitu. Superman pocítí bolest a ztratí své superschopnosti. Pokud je mu vystaven příliš dlouho, může dokonce zemřít.
Kryptonit je samozřejmě čistě fiktivní. Navzdory podobnosti názvů nemá kryptonit nic společného s prvkem 36, kryptonem. Podle kreslené legendy pochází Superman z planety Krypton.
Kal-El, jak se původně jmenoval, byl svými rodiči umístěn do vesmírné lodi chvíli před výbuchem planety.
Naneštěstí, když mladý Superman odlétal z Kryptonu, uvízl na lodi kus kryptonitu. Stejné strašlivé síly, které způsobily výbuch planety, vytvořily i smrtící kryptonit. A jak Superman později zjistí, zdá se, že arcizločinci se k tomuto zeleně zářícímu kameni vždy dostanou!“
Kromě fiktivní povahy kryptonitu je mezi ním a Kryptonem ještě jeden rozdíl. Kryptonit je kámen – takový, který může způsobit velkou škodu, no, každopádně jednomu člověku. Krypton je inertní plyn, který nemá na nic žádný vliv.
Chemické vlastnosti
Po mnoho let byl krypton považován za zcela inertní. Poté se na počátku 60. let 20. století zjistilo, že je možné vyrábět určité sloučeniny tohoto prvku. Anglický chemik Neil Bartlett (1932-) našel způsoby, jak kombinovat vzácné plyny s nejaktivnějším prvkem ze všech, fluorem. V roce 1963 byly vyrobeny první sloučeniny kryptonu – difluorid kryptonu (KrF2) a tetrafluorid kryptonu (KrF4). Od té doby byly vyrobeny i další sloučeniny kryptonu. Ty však nemají žádné komerční využití. Jsou to pouze laboratorní kuriozity.
Výskyt v přírodě
Předpokládá se, že množství kryptonu v atmosféře je asi 0,000108 až 0,000114 procent. Prvek vzniká také v zemské kůře při rozpadu uranu a dalších radioaktivních prvků. Množství v zemské kůře je však příliš malé na to, aby se dalo odhadnout.
Izotopy
Existuje šest přirozeně se vyskytujících izotopů kryptonu. Jedná se o krypton-78, krypton-80, krypton-82, krypton-83, krypton-84 a krypton-86. Tyto izotopy se vyskytují v různých oblastech. Izotopy jsou dvě nebo více forem prvku. Izotopy se od sebe liší podle svého hmotnostního čísla. Číslo napsané napravo od názvu prvku je hmotnostní číslo. Hmotnostní číslo vyjadřuje počet protonů plus neutronů v jádře atomu daného prvku. Počet protonů určuje prvek, ale počet neutronů v atomu kteréhokoli prvku se může lišit. Každá odchylka je izotopem.
Známo je také nejméně šestnáct radioaktivních izotopů kryptonu. Radioaktivní izotop je takový, který se rozpadá a vydává určitou formu záření. Radioaktivní izotopy vznikají při výstřelu velmi malých částic na atomy. Tyto částice se v atomech drží a činí je radioaktivními.
Jeden radioaktivní izotop kryptonu se používá komerčně, a to krypton-85. Tento izotop se v současné době používá jako radioaktivní. Lze jej kombinovat s luminofory a vyrábět tak materiály, které svítí ve tmě. Luminofor je materiál, který svítí při dopadu elektronů. Záření vyzařované kryptonem-85 dopadá na luminofor. Luminofor pak vydává světlo. Stejný izotop se používá také k detekci netěsností v kontejnerech. Radioaktivní plyn se umístí do testované nádoby. Protože je plyn inertní, krypton nereaguje s ničím jiným v nádobě. Pokud však dojde k netěsnosti kontejneru, část radioaktivního kryptonu-85 unikne. Tento izotop lze detekovat pomocí speciálních přístrojů pro detekci záření.
Krypton-85 se také používá ke studiu toku krve v lidském těle. Vdechuje se jako plyn a poté se vstřebává do krve. Spolu s krví prochází krevním řečištěm a srdcem. Jeho dráhu může sledovat technik, který drží detekční zařízení nad tělem pacienta. Zařízení ukazuje, kudy radioaktivní materiál prochází a jak rychle se pohybuje. Lékař může určit, zda je toto chování normální, nebo ne.
Jak dlouhý je metr?
Metr je standardní jednotka délky v metrické soustavě. Poprvé byl definován v roce 1791. V rámci velkých změn, které přinesla Francouzská revoluce, byl vytvořen zcela nový systém měření: metrická soustava.
Zpočátku byl metr definován velmi jednoduše. Byla to vzdálenost mezi dvěma čarami vyškrábanými do kovové tyče uchovávané mimo Paříž. Po mnoho let byla tato definice pro většinu účelů vyhovující. Samozřejmě tím vznikl problém. Předpokládejme, že by někdo ve Spojených státech podnikal ve výrobě metrových tyčí. Ten by musel cestovat do Paříže, aby vyrobil kopii oficiálního metru. Tuto kopii by pak musel použít k výrobě dalších kopií. Šance na chybu v tomto procesu je obrovská.
V roce 1960 dostali vědci další nápad. Navrhli použít jako etalon délky světlo produkované horkým kryptonem. Zde je návod, jak byl tento etalon vyvinut:
Když je prvek zahříván, absorbuje energii z tepla. Atomy přítomné v prvku jsou v „excitovaném“ nebo energetickém stavu. Atomy obvykle nezůstávají v excitovaném stavu příliš dlouho. Vydají energii, kterou právě absorbovaly, a vrátí se do normálního, „nevzbuzeného“ stavu.
Energie, kterou vydávají, může mít různou podobu. Jednou z těchto forem je světlo.
Druh vydávaného světla je u každého prvku a izotopu jiný. Světlo se obvykle skládá z řady velmi jasných čar, kterým se říká spektrum. Počet a barva vznikajících čar je specifická pro každý prvek a izotop.
Při zahřívání jednoho izotopu kryptonu, kryptonu-86, vzniká velmi jasná, zřetelná a jasná čára červenooranžové barvy. Vědci se rozhodli definovat metr podle této čáry. Řekli, že metr je 1 650 763,73násobek šířky této čáry.
Tento standard měl mnoho výhod. Za prvé, téměř kdokoli a kdekoli mohl zjistit oficiální délku metru. Jediné, co člověk potřeboval, bylo zařízení na zahřátí vzorku kryptonu-86. Pak stačilo hledat vzniklou červenooranžovou čáru. Délka metru pak byla 1 650 763,73násobkem šířky této čáry.
Tato definice metru vydržela jen do roku 1983. Poté se vědci rozhodli definovat metr podle toho, jak rychle se světlo pohybuje ve vakuu. Tento systém je ještě přesnější než systém založený na kryptonu-86.
Extrakce
Krypton se stále získává tak, že se nechá odpařit kapalný vzduch.
Použití
Jediné komerční využití kryptonu je v různých druzích lamp. Prochází-li kryptonovým plynem elektrický proud, vydává velmi jasné světlo. Snad nejběžnější použití tohoto principu je v osvětlení letištních drah. Tato světla jsou tak jasná, že jsou vidět i v mlze na vzdálenost až 300 metrů. Světla nesvítí nepřetržitě. Místo toho vysílají velmi krátké světelné impulsy. Impulsy netrvají déle než 10 mikrosekund (10 miliontin sekundy). Záblesky se rozsvěcují a zhasínají přibližně 40krát za minutu. Krypton se používá také v diaprojektorech a filmových projektorech.
Plynný krypton se používá také při výrobě „neonových“ světel. Neonová světla jsou barevná světla často používaná v reklamě. Jsou podobná zářivkám. Vydávají však barevné světlo díky plynu, který obsahují. Některá neonová světla skutečně obsahují plyn neon, ale jiná obsahují jiné vzácné plyny. Například neonové světlo naplněné kryptonem svítí žlutě.
Sloučeniny
Sloučeniny kryptonu byly připraveny v laboratoři, ale v přírodě neexistují. Syntetické (umělé) sloučeniny se používají pouze pro výzkumné účely.
Ačkoli neonová světla někdy obsahují neon, často se používá plyn krypton.
Zdravotní účinky
Neexistují žádné důkazy o tom, že by krypton byl škodlivý pro člověka, zvířata nebo rostliny.
Zdravotní účinky
Krypton se používá pouze pro výzkumné účely.