クリプトン(改訂版)

注:1998年に発表されたこの記事は、電子ブック版用に2006年に更新されました。

概要

クリプトンは、1898年にスコットランドの化学者・物理学者のサー・ウィリアム・ラムジー(1852~1916)とイギリスの化学者モリス・ウィリアム・トラバース(1872~1961)が発見した3つの希ガスの一つである。 ラムジーとトラバースは、液体の空気を蒸発させることによって、この気体を発見した。 その際、通常の空気を構成している気体が1つずつ沸騰した。

希ガスという言葉は、周期表の第18族(VIIIA)に属する元素のことを指す。 周期表とは、化学元素の関係を示した表である。 これらのガスは、他の元素と反応しないように「尊大に振る舞う」ことから、「希ガス」という名前が付けられた。 1960年代まで、これらの気体の化合物は知られていなかった。 あまりに不活性なため、不活性ガスとも呼ばれる。 2133>

SYMBOL
Kr

ATOM NUMBER
36

ATOM MASS
83.Kr

Atomic MASS
83.80

FAMILY
第18族(VIIIA)
希ガス

PRONUNCIATION
KRIP-ton

Krypton は比較的少数の商用利用されています。

発見と命名

1898年までに、希ガスの仲間は2つ発見されていた。 それらはヘリウム(原子番号2)とアルゴン(原子番号18)であった。 しかし、それ以外の元素は見つかっていなかった。 周期表には、ヘリウムとアルゴンの間と、アルゴンの下に空欄がある。 原子番号10番、36番、54番、86番の希ガスである。 化学者は周期表の空欄を「発見されるのを待っている元素」と考えています。

既知の2つの希ガス、ヘリウムとアルゴンはどちらも気体なので、ラムジーとトラバースは欠落している元素も気体であることを望みました。 そして、もしそうであれば、それらは空気中に見つかるかもしれない。 しかし、空気はすでに注意深く分析され、酸素、窒素、アルゴンが99.95パーセントを占めていることが分かっていた。

この問題に答えるために、化学者たちは空気そのものではなく、液体の空気で研究を行いました。 空気は十分に冷やすだけで液体になります。 空気が冷たくなればなるほど、その中の気体がどんどん液体に変わっていくのです。 例えば、酸素は-182.96℃で気体から液体になり、-297.33℃で気体から液体になる。 窒素は-195.79℃で気体から液体になる。 といった具合だ。 最終的には、空気中のすべての気体を液化(液体に変化)させることができます。

しかし、逆のプロセスも起こります。 液体の空気を入れた容器に100リットル入ったとする。 液体の空気はゆっくりと温まっていきます。 その温度が-195.79℃になると、液体窒素は気体に戻る。 空気の約78%は窒素なので、元の液体の空気の22%(22リットル)しか残りません。

温度が-182.96℃になると、酸素は液体から気体に戻ります。 酸素は空気の21パーセントを占めるので、液体の空気のさらに21パーセント(21リットル)が蒸発する。

しかし、ラムジーとトラヴァースの仕事は、彼らが探していたガスが空気中に多く存在しないため、非常に困難であった。 たとえばクリプトンは、空気の約0.000114パーセントしか構成していない。 液体空気100リットルに対して、クリプトンは0.00011、つまり10分の1ミリリットルしか存在しないことになる。 10分の1ミリリットルといえば、およそ1滴である。 ラムジーとトラバースは-彼らは知らなかったのですが-100リットルの液体の空気の中にクリプトン1滴を探していたのです!

驚くべきことに、彼らはそれを見つけたのです。 この3つの気体の発見は、彼らの研究者としての手腕に負うところが大きい。 彼らは、この新元素にクリプトンという名前を提案した。 この名前は、ギリシャ語で「隠れた」という意味のクリプトスからとったものである。 沸点は-152.9℃(-243.2°F)、密度は3.64グラム/リットルです。 これは、クリプトンが空気の約2.8倍の密度を持つことになります。

「見て、空の上よ! 鳥だ!

有名な漫画のキャラクターであるスーパーマンは、多くの超能力を持っています。 誰もが知っていることです。 彼は鋼鉄の男なのです。 彼はX線の視力を持っています。 彼の聴力はとても優れていて、混雑した街で一つの声に同調することができます。 そして、もちろん。 彼は、スピード違反の弾丸より速い! 機関車よりもパワフル 高いビルを一気に飛び越えることができる!

しかし、スーパーマンを弱める物質が1つある。 クリプトナイトにさらされると スーパーマンは痛みを経験し、スーパーパワーを失ってしまう。

クリプトナイトは、もちろん、純粋にフィクションです。 名前は似ているが、クリプトナイトは36番元素のクリプトンとは何の関係もない。 アニメの伝説によると、スーパーマンはクリプトン星から来ました。

カル・エルは、もともと知られていたように、惑星が爆発する直前に、両親によって宇宙船に乗せられました。 惑星を爆発させたのと同じ恐ろしい力が、致命的なクリプトナイトを作り出したのです。 そして、スーパーマンが後に知ることになるように、大悪党は常にこの緑色に光る石を手に入れるようだ!

クリプトナイトの架空の性質とは別に、クリプトンとの間にもう1つの違いがある。 クリプトナイトは岩石で、まあ、とにかく一人の人間に大きな害を与えることができる。 クリプトンは不活性ガスで、何にも影響を与えません。

Chemical properties

長い間、クリプトンは完全に不活性だと思われていました。 しかし、1960年代初頭、この元素からある種の化合物を作ることが可能であることが判明した。 イギリスの化学者ニール・バートレット(1932-)は、希ガスと最も活性の高い元素であるフッ素を組み合わせる方法を発見した。 1963年、二フッ化クリプトン(KrF2)と四フッ化クリプトン(KrF4)という最初のクリプトン化合物が作られた。 その後、他のクリプトンの化合物も作られるようになった。 しかし、これらは商業的な用途はない。

自然界への出現

大気中のクリプトンの存在量は約0.000108~0.000114パーセントと考えられている。 また、地殻中ではウランなどの放射性元素が分解してできる元素です。

同位体

クリプトンには6つの天然同位体が存在します。 クリプトン-78、クリプトン-80、クリプトン-82、クリプトン-83、クリプトン-84、およびクリプトン-86である。 同位体とは、ある元素の2つ以上の形のことです。 同位体は、質量数によって互いに異なる。 元素名の右側に書かれている数字が質量数です。 質量数は、その元素の原子の原子核に含まれる陽子と中性子の数を表しています。 陽子の数で元素が決まりますが、1つの元素の原子に含まれる中性子の数は変わることがあります。 各変化は同位体である。

クリプトンの少なくとも16の放射性同位体も知られている。 放射性同位体とは、バラバラになって何らかの放射線を出す同位体のことです。 放射性同位元素は、非常に小さな粒子が原子に発射されたときに生成されます。

クリプトンの放射性同位体の1つは、クリプトン-85として商業的に使用されています。 これは蛍光体と組み合わせて、暗闇で光る材料を作ることができます。 蛍光体とは、電子が当たると光る物質である。 クリプトン-85が放つ放射線が蛍光体に当たる。 すると、蛍光体が光を放つ。 同じ同位体は、容器の漏れを検知するのにも使われます。 放射性ガスを検査する容器の中に入れます。 クリプトンガスは不活性なので、容器の中の他のものと反応することはありません。 しかし、容器に漏れがあると、放射性物質クリプトン-85の一部が漏れ出します。 この同位体は、放射線を検出する特別な装置で検出することができます。

クリプトン-85は、人体内の血液の流れを研究するためにも使用されます。 気体として吸入され、血液に吸収されます。 血液と一緒に血流や心臓の中を移動します。 その経路は、技術者が検出装置を患者の体にかざすことで追うことができる。 検出装置は、放射性物質がどこに行き、どのくらいの速度で移動しているかを示します。

1メートルの長さは?

メートルとは、メートル法における長さの標準単位である。 1791年に初めて定義されました。 フランス革命がもたらした大きな変化の一部として、メートル法というまったく新しい測定システムが生まれました。

当初、メートルは非常に単純な方法で定義されました。 それは、パリ郊外に保管されていた金属の棒に引っ掻かれた2本の線の間の距離であった。 何年もの間、その定義はほとんどの目的に対して満足のいくものでした。 もちろん、この定義には問題があった。 例えば、アメリカでメーター・スティックを作る仕事をしている人がいたとしよう。 その人は、パリまで行って公式メーターのコピーを作らなければならない。 そして、そのコピーで別のコピーを作らなければならない。 このプロセスでエラーが発生する可能性は非常に高いのです。

1960年に、科学者たちは別のアイデアを思いつきました。 彼らは長さの基準として、高温のクリプトンによって生成される光を使うことを提案した。 以下は、その基準がどのように開発されたかです。

ある元素が加熱されると、その熱からエネルギーを吸収する。 その元素に存在する原子は「励起」された状態、つまりエネルギーを持った状態にある。 原子は通常、あまり長い間、励起状態にあるわけではありません。 吸収したエネルギーを放出し、通常の「非励起」状態に戻る。

彼らが放出するエネルギーは、さまざまな形をとることができる。 その一つが光です。

放出される光の種類は、元素や同位体ごとに異なります。 光は通常、スペクトルと呼ばれる一連の非常に明るい線から構成されています。

クリプトンの同位体であるクリプトン-86を加熱すると、赤みがかったオレンジ色の、非常にはっきりとした明るい線が出ます。 科学者たちは、その線を基準にメートルを定義することにしました。 1メートルはその線の幅の1,650,763.73倍である」と言われました。 ひとつは、ほとんど誰でもどこでも1メートルの正式な長さを知ることができたことです。 必要なのはクリプトン-86のサンプルを加熱する装置だけであった。 そして、赤みがかったオレンジ色の線が出るかどうかを調べればよいのである。 そして、その線の幅の1,650,763.73倍が1メートルの長さであった。 その後、科学者たちは、光が真空中でどれだけ速く進むかでメートルを定義することにした。

抽出

クリプトンは今でも液体の空気を蒸発させることで得られます。

用途

クリプトンの唯一の商業的用途は、各種ランプです。 クリプトンガスに電流を流すと、非常に明るい光を放つ。 この原理の最も一般的な応用例は、おそらく空港の滑走路灯であろう。 この光は非常に明るく、霧の中でも300m先まで確認することができます。 このライトは、連続的に点灯しているわけではない。 その代わり、非常に短い光のパルスを送ります。 パルスは10マイクロ秒(1,000万分の1秒)以下です。 1分間に約40回、点滅を繰り返す。

クリプトンガスは「ネオン」ライトの製造にも使用されます。 ネオンライトは広告によく使われる色のついたライトです。 蛍光灯と似たようなものです。 しかし、その中に含まれるガスによって、色のついた光を放つのです。 ネオンを含むネオンライトもありますが、他の希ガスを含むネオンライトもあります。 例えば、クリプトンを含むネオンライトは黄色に光ります。

化合物

クリプトンの化合物は実験室で調製されましたが、自然界には存在しないものです。

健康への影響

クリプトンが人、動物、植物に有害であるという証拠はない。

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