Anmerkung: Dieser Artikel, der ursprünglich 1998 veröffentlicht wurde, wurde 2006 für die eBook-Ausgabe aktualisiert.
Überblick
Krypton war eines der drei Edelgase, die 1898 von dem schottischen Chemiker und Physiker Sir William Ramsay (1852-1916) und dem englischen Chemiker Morris William Travers (1872-1961) entdeckt wurden. Ramsay und Travers entdeckten die Gase, indem sie flüssige Luft verdampfen ließen. Dabei kochte jedes der Gase, aus denen normale Luft besteht, eines nach dem anderen ab. Drei dieser Gase – Krypton, Xenon und Neon – wurden auf diese Weise zum ersten Mal entdeckt.
Der Begriff Edelgas bezieht sich auf Elemente der Gruppe 18 (VIIIA) des Periodensystems. Das Periodensystem ist eine Tabelle, die zeigt, wie die chemischen Elemente zueinander in Beziehung stehen. Diese Gase haben den Namen „edel“ erhalten, weil sie sich so verhalten, als wären sie „zu arrogant“, um mit anderen Elementen zu reagieren. Bis in die 1960er Jahre war keine Verbindung dieser Gase bekannt. Da sie so inaktiv sind, werden sie auch als Inertgase bezeichnet. Inert bedeutet inaktiv.
SYMBOL
Kr
ATOMISCHE ZAHL
36
ATOMISCHE MASSE
83.80
FAMILIE
Gruppe 18 (VIIIA)
Edelgas
PRONUNKATION
KRIP-ton
Krypton hat relativ wenige kommerzielle Anwendungen. Alle betreffen auf die eine oder andere Weise Beleuchtungssysteme.
Entdeckung und Namensgebung
Im Jahr 1898 waren zwei Mitglieder der Edelgasfamilie entdeckt worden. Es waren Helium (Ordnungszahl 2) und Argon (Ordnungszahl 18). Andere Elemente der Familie waren jedoch noch nicht gefunden worden. Das Periodensystem enthielt leere Felder zwischen Helium und Argon und unterhalb von Argon. Die fehlenden Edelgase hatten die Ordnungszahlen 10, 36, 54 und 86. Chemiker betrachten leere Felder im Periodensystem als „Elemente, die darauf warten, entdeckt zu werden“
Da die beiden bekannten Edelsteine, Helium und Argon, beide Gase sind, hofften Ramsay und Travers, dass die fehlenden Elemente ebenfalls Gase waren. Und wenn ja, könnten sie in der Luft zu finden sein. Das Problem war, dass Luft bereits sorgfältig analysiert worden war und zu etwa 99,95 Prozent aus Sauerstoff, Stickstoff und Argon bestand. War es möglich, dass sich die fehlenden Gase in den letzten 0,05 Prozent der Luft befanden?
Um die Frage zu beantworten, arbeiteten die Chemiker nicht mit Luft selbst, sondern mit flüssiger Luft. Luft wird flüssig, wenn man sie nur weit genug abkühlt. Je kälter die Luft wird, desto mehr Gase in ihr werden zu Flüssigkeiten. Bei -182,96°C (-297,33°F) verwandelt sich Sauerstoff von einem Gas in eine Flüssigkeit. Bei -195,79 °C (-320,42 °F) verwandelt sich Stickstoff von einem Gas in eine Flüssigkeit. Und so weiter. Letztendlich können alle Gase in der Luft verflüssigt werden.
Aber auch der umgekehrte Prozess findet statt. Angenommen, ein Behälter mit flüssiger Luft fasst 100 Liter. Die flüssige Luft wird sich langsam erwärmen. Wenn sie eine Temperatur von -195,79 °C erreicht, verwandelt sich der flüssige Stickstoff wieder in ein Gas. Da Luft zu 78 % aus Stickstoff besteht, bleiben nur 22 % der ursprünglichen flüssigen Luft (22 Liter) übrig.
Wenn die Temperatur -182,96 °C erreicht, verwandelt sich Sauerstoff von einer Flüssigkeit zurück in ein Gas. Da Sauerstoff 21 Prozent der Luft ausmacht, verdampfen weitere 21 Prozent (21 Liter) der flüssigen Luft.
Die Arbeit von Ramsay und Travers war jedoch sehr schwierig, weil die Gase, nach denen sie suchten, in der Luft nicht reichlich vorhanden sind. Krypton zum Beispiel macht nur etwa 0,000114 Prozent der Luft aus. Auf 100 Liter flüssige Luft kämen also nur 0,00011, also etwa ein Zehntel Milliliter Krypton. Ein Zehntel Milliliter ist etwa ein Tropfen. Ramsay und Travers suchten also – auch wenn sie es nicht wussten – nach einem Tropfen Krypton in 100 Litern flüssiger Luft!
Erstaunlicherweise fanden sie ihn. Die Entdeckung dieser drei Gase war eine große Anerkennung für ihre Fähigkeiten als Forscher. Sie schlugen den Namen Krypton für das neue Element vor. Der Name leitet sich von dem griechischen Wort kryptos für „verborgen“ ab.
Physikalische Eigenschaften
Krypton ist ein farbloses, geruchloses Gas. Es hat einen Siedepunkt von -152,9°C (-243,2°F) und eine Dichte von 3,64 Gramm pro Liter. Damit ist Krypton etwa 2,8 mal so dicht wie Luft.
„Schau, da oben am Himmel! It’s a bird! Es ist ein Flugzeug….
Die berühmte Zeichentrickfigur Superman hat viele Superkräfte. Das weiß jeder. Er ist der Mann aus Stahl. Er hat einen Röntgenblick. Sein Gehör ist so gut, dass er in einer überfüllten Stadt eine Stimme wahrnehmen kann. Und, natürlich: Er ist schneller als eine rasende Kugel! Stärker als eine Lokomotive! Er kann mit einem einzigen Satz über hohe Gebäude springen!
Aber es gibt eine Substanz, die Superman schwächt: Kryptonit! Wenn er mit Kryptonit in Berührung kommt. spürt Superman Schmerzen und verliert seine Superkräfte. Wenn er ihm zu lange ausgesetzt ist, kann er sogar sterben.
Kryptonit ist natürlich rein fiktiv. Trotz der Ähnlichkeit der Namen hat Kryptonit nichts mit dem Element 36, Krypton, zu tun. Der Comic-Legende zufolge stammt Superman vom Planeten Krypton.
Kal-El, wie er ursprünglich genannt wurde, wurde von seinen Eltern in ein Raumschiff gesetzt, kurz bevor der Planet explodierte.
Unglücklicherweise blieb ein Stück Kryptonit am Raumschiff hängen, als der junge Superman von Krypton wegflog. Die gleichen schrecklichen Kräfte, die den Planeten explodieren ließen, hatten auch das tödliche Kryptonit erzeugt. Und wie Superman später herausfindet, scheinen die Erzbösewichte immer wieder in den Besitz dieses grün leuchtenden Gesteins zu kommen!
Abgesehen von der fiktiven Natur des Kryptonits gibt es noch einen weiteren Unterschied zwischen ihm und Krypton. Kryptonit ist ein Stein – einer, der großen Schaden anrichten kann, zumindest bei einer Person. Krypton ist ein inertes Gas, das auf nichts eine Wirkung hat.
Chemische Eigenschaften
Viele Jahre lang hielt man Krypton für völlig inert. In den frühen 1960er Jahren fand man dann heraus, dass es möglich ist, bestimmte Verbindungen des Elements herzustellen. Der englische Chemiker Neil Bartlett (1932-) fand Wege, Edelgase mit dem aktivsten aller Elemente, Fluor, zu kombinieren. Im Jahr 1963 wurden die ersten Kryptonverbindungen hergestellt – Kryptondifluorid (KrF2) und Kryptontetrafluorid (KrF4). Seitdem sind auch andere Kryptonverbindungen hergestellt worden. Diese haben jedoch keine kommerzielle Verwendung. Sie sind lediglich Laborkuriositäten.
Vorkommen in der Natur
Die Häufigkeit von Krypton in der Atmosphäre wird auf etwa 0,000108 bis 0,000114 Prozent geschätzt. Das Element wird auch in der Erdkruste gebildet, wenn Uran und andere radioaktive Elemente zerfallen. Die Menge in der Erdkruste ist jedoch zu gering, um sie zu schätzen.
Isotope
Es gibt sechs natürlich vorkommende Isotope von Krypton. Sie sind Krypton-78, Krypton-80, Krypton-82, Krypton-83, Krypton-84 und Krypton-86. Isotope sind zwei oder mehr Formen eines Elements. Isotope unterscheiden sich voneinander durch ihre Massenzahl. Die Zahl, die rechts neben dem Namen des Elements steht, ist die Massenzahl. Die Massenzahl gibt die Anzahl der Protonen plus Neutronen im Atomkern des Elements an. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element, aber die Anzahl der Neutronen in einem Atom eines Elements kann variieren. Jede Variation ist ein Isotop.
Mindestens sechzehn radioaktive Isotope von Krypton sind ebenfalls bekannt. Ein radioaktives Isotop ist ein Isotop, das auseinanderbricht und eine Form von Strahlung abgibt. Radioaktive Isotope werden erzeugt, wenn sehr kleine Teilchen auf Atome geschossen werden. Diese Teilchen setzen sich in den Atomen fest und machen sie radioaktiv.
Ein radioaktives Isotop von Krypton wird kommerziell genutzt, Krypton-85. Es kann mit Leuchtstoffen kombiniert werden, um Materialien herzustellen, die im Dunkeln leuchten. Ein Leuchtstoff ist ein Material, das leuchtet, wenn es von Elektronen getroffen wird. Die von Krypton-85 abgegebene Strahlung trifft auf den Leuchtstoff. Der Leuchtstoff gibt dann Licht ab. Das gleiche Isotop wird auch zum Aufspüren von Lecks in einem Behälter verwendet. Das radioaktive Gas wird in das Innere des zu prüfenden Behälters gegeben. Da das Gas inert ist, reagiert Krypton mit nichts anderem in dem Behälter. Wenn der Behälter jedoch ein Leck hat, entweicht etwas radioaktives Krypton-85. Das Isotop kann mit speziellen Geräten zum Nachweis von Strahlung nachgewiesen werden.
Krypton-85 wird auch zur Untersuchung des Blutflusses im menschlichen Körper verwendet. Es wird als Gas eingeatmet und dann vom Blut absorbiert. Es durchläuft den Blutkreislauf und das Herz zusammen mit dem Blut. Sein Weg kann von einem Techniker verfolgt werden, der ein Detektionsgerät über den Körper des Patienten hält. Das Gerät zeigt an, wohin sich das radioaktive Material bewegt und wie schnell es sich bewegt. Ein Arzt kann feststellen, ob dieses Verhalten normal ist oder nicht.
Wie lang ist ein Meter?
Der Meter ist die Standardlängeneinheit im metrischen System. Sie wurde erstmals 1791 definiert. Im Zuge der großen Veränderungen, die die Französische Revolution mit sich brachte, wurde ein völlig neues Maßsystem geschaffen: das metrische System.
Zunächst wurde der Meter auf sehr einfache Weise definiert. Es handelte sich um den Abstand zwischen zwei Linien, die in einen Metallstab geritzt wurden, der außerhalb von Paris aufbewahrt wurde. Viele Jahre lang war diese Definition für die meisten Zwecke zufriedenstellend. Natürlich ergab sich daraus ein Problem. Nehmen wir an, jemand in den Vereinigten Staaten wollte Messlatten herstellen. Diese Person müsste nach Paris reisen, um eine Kopie des offiziellen Messgeräts anzufertigen. Dann müsste die Kopie verwendet werden, um weitere Kopien anzufertigen. Die Fehlerwahrscheinlichkeit bei diesem Verfahren ist enorm.
Im Jahr 1960 hatten Wissenschaftler eine andere Idee. Sie schlugen vor, das von heißem Krypton erzeugte Licht als Längenmaßstab zu verwenden. Dieser Standard wurde folgendermaßen entwickelt:
Wenn ein Element erhitzt wird, absorbiert es Energie aus der Wärme. Die im Element vorhandenen Atome befinden sich in einem „angeregten“ oder energetischen Zustand. Normalerweise bleiben die Atome nicht sehr lange in einem angeregten Zustand. Sie geben die Energie, die sie gerade aufgenommen haben, wieder ab und kehren in ihren normalen, „nicht angeregten“ Zustand zurück.
Die Energie, die sie abgeben, kann verschiedene Formen annehmen. Eine dieser Formen ist Licht.
Die Art des abgegebenen Lichts ist für jedes Element und jedes Isotop unterschiedlich. Das Licht besteht normalerweise aus einer Reihe sehr heller Linien, die als Spektrum bezeichnet werden. Die Anzahl und Farbe der erzeugten Linien ist für jedes Element und Isotop spezifisch.
Wenn ein Isotop von Krypton, Krypton-86, erhitzt wird, gibt es eine sehr klare, deutliche, helle Linie mit einer rötlich-orangen Farbe ab. Die Wissenschaftler beschlossen, das Meter anhand dieser Linie zu definieren. Sie sagten, ein Meter sei das 1.650.763,73-fache der Breite dieser Linie.
Dieser Standard hatte viele Vorteile. Zum einen konnte fast jeder überall die offizielle Länge eines Meters ermitteln. Man brauchte nur die Ausrüstung, um eine Probe von Krypton-86 zu erhitzen. Dann musste man nach der rötlich-orangenen Linie Ausschau halten. Die Länge des Meters war also das 1.650.763,73-fache der Breite dieser Linie.
Diese Definition des Meters galt nur bis 1983. Dann beschlossen die Wissenschaftler, ein Meter durch die Geschwindigkeit zu definieren, mit der sich Licht im Vakuum bewegt. Dieses System ist sogar noch genauer als das auf Krypton-86 basierende.
Gewinnung
Krypton wird immer noch gewonnen, indem man flüssige Luft verdampfen lässt.
Verwendungen
Die einzigen kommerziellen Verwendungen von Krypton sind verschiedene Arten von Lampen. Wenn ein elektrischer Strom durch Kryptongas geleitet wird, gibt es ein sehr helles Licht ab. Die vielleicht häufigste Anwendung dieses Prinzips ist die Beleuchtung von Start- und Landebahnen auf Flughäfen. Diese Lichter sind so hell, dass sie selbst bei Nebel bis zu 300 Meter weit zu sehen sind (1.000 Fuß). Die Lichter brennen nicht kontinuierlich. Stattdessen senden sie sehr kurze Lichtimpulse aus. Die Impulse dauern nicht länger als 10 Mikrosekunden (10 Millionstel einer Sekunde). Sie blinken etwa 40 Mal pro Minute auf und ab. Krypton wird auch in Dia- und Filmprojektoren verwendet.
Kryptongas wird auch zur Herstellung von „Neon“-Lampen verwendet. Neonlichter sind farbige Lichter, die oft in der Werbung verwendet werden. Sie sind ähnlich wie Leuchtstoffröhren. Sie geben jedoch aufgrund des Gases, das sie enthalten, ein farbiges Licht ab. Einige Neonröhren enthalten das Gas Neon, andere wiederum andere Edelgase. Eine Neonlampe, die mit Krypton gefüllt ist, leuchtet zum Beispiel gelb.
Verbindungen
Kryptonverbindungen wurden im Labor hergestellt, kommen aber in der Natur nicht vor. Die synthetischen (künstlichen) Verbindungen werden nur für Forschungszwecke verwendet.
Obwohl Neonlampen manchmal auch Neon enthalten, wird häufig Krypton verwendet.
Gesundheitliche Auswirkungen
Es gibt keine Hinweise darauf, dass Krypton für Menschen, Tiere oder Pflanzen schädlich ist.