Uwaga: Ten artykuł, pierwotnie opublikowany w 1998 roku, został zaktualizowany w 2006 roku do wydania eBook.
Overview
Krypton był jednym z trzech gazów szlachetnych odkrytych w 1898 roku przez szkockiego chemika i fizyka Sir Williama Ramsaya (1852-1916) i angielskiego chemika Morrisa Williama Traversa (1872-1961). Ramsay i Travers odkryli gazy, pozwalając ciekłemu powietrzu odparować. W trakcie tego procesu każdy z gazów wchodzących w skład zwykłego powietrza po kolei się wygotowywał. Trzy z tych gazów -krypton, ksenon i neon – zostały odkryte po raz pierwszy w ten sposób.
Termin gaz szlachetny odnosi się do pierwiastków w grupie 18 (VIIIA) układu okresowego. Układ okresowy to tabela, która pokazuje, jak pierwiastki chemiczne są ze sobą powiązane. Gazy te otrzymały nazwę „szlachetne”, ponieważ zachowują się tak, jakby były „zbyt aroganckie”, by reagować z innymi pierwiastkami. Do lat 60-tych XX wieku nie znano żadnego związku tych gazów. Ponieważ są one tak nieaktywne, nazywa się je również gazami obojętnymi. Inert oznacza nieaktywny.
SYMBOL
Kr
LICZBA ATOMOWA
36
MASA ATOMOWA
83.80
FAMILIA
Grupa 18 (VIIIA)
Gaz szlachetny
PRONUNCJA
KRIP-ton
Krypton ma stosunkowo niewiele zastosowań komercyjnych. Wszystkie z nich dotyczą systemów oświetleniowych w taki czy inny sposób.
Odkrycie i nazewnictwo
Do 1898 roku odkryto dwóch członków rodziny gazów szlachetnych. Były to hel (liczba atomowa 2) i argon (liczba atomowa 18). Nie znaleziono jednak żadnych innych pierwiastków z tej rodziny. Układ okresowy zawierał puste pola pomiędzy helem i argonem oraz poniżej argonu. Brakujące gazy szlachetne miały liczby atomowe 10, 36, 54 i 86. Chemicy myślą o pustych polach w układzie okresowym jako „elementy czekające na odkrycie.”
Ponieważ dwa znane pierwiastki szlachetne, hel i argon, są gazami, Ramsay i Travers mieli nadzieję, że brakujące elementy były również gazami. A jeśli były, mogą być znalezione w powietrzu. Problem polegał na tym, że powietrze zostało już dokładnie przeanalizowane i okazało się, że stanowi około 99,95 procent tlenu, azotu i argonu. Czy to możliwe, że brakujące gazy były w ostatnich 0,05 procent powietrza?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, chemicy pracowali nie z samym powietrzem, ale z ciekłym powietrzem. Powietrze staje się płynne po prostu przez schłodzenie go wystarczająco daleko. Im zimniejsze staje się powietrze, tym więcej gazów w nim zawartych zamienia się w ciecz. W temperaturze -182,96°C (-297,33°F) tlen zmienia się z gazu w ciecz. W temperaturze -195,79°C azot zmienia się z gazu w ciecz. I tak dalej. Ostatecznie, wszystkie gazy w powietrzu mogą zostać skroplone (zmienić się w ciecz).
Ale proces odwrotny również ma miejsce. Załóżmy, że pojemnik z ciekłym powietrzem ma pojemność 100 litrów. Ciekłe powietrze będzie się powoli ogrzewać. Kiedy jego temperatura osiągnie -195,79°C, ciekły azot zamieni się z powrotem w gaz. Ponieważ około 78 procent powietrza to azot, pozostanie tylko 22 procent pierwotnego ciekłego powietrza (22 litry).
Gdy temperatura osiągnie -182.96°C, tlen zmienia się z cieczy z powrotem w gaz. Ponieważ tlen stanowi 21 procent powietrza, kolejne 21 procent (21 litrów) ciekłego powietrza wyparuje.
Praca Ramsaya i Traversa była jednak bardzo trudna, ponieważ gazy, których szukali, nie występują obficie w powietrzu. Krypton, na przykład, stanowi tylko około 0,000114 procent powietrza. Na każde 100 litrów ciekłego powietrza przypada tylko 0,00011, czyli około jednej dziesiątej mililitra kryptonu. Dziesiąta część mililitra to mniej więcej kropla. Tak więc Ramsay i Travers – choć o tym nie wiedzieli – szukali jednej kropli kryptonu w 100 litrach ciekłego powietrza!
Niesamowite, że ją znaleźli. Odkrycie tych trzech gazów było wielką zasługą ich umiejętności jako badaczy. Zaproponowali oni nazwę krypton dla nowego pierwiastka. Nazwa wzięła się od greckiego słowa kryptos oznaczającego „ukryty.”
Właściwości fizyczne
Krypton jest bezbarwnym, bezwonnym gazem. Jego temperatura wrzenia wynosi -152,9°C (-243,2°F), a gęstość 3,64 grama na litr. To sprawia, że krypton jest około 2,8 razy gęstszy od powietrza.
„Spójrz, w górę na niebie! To jest ptak! To jest samolot….
Słynny bohater kreskówek Superman ma wiele super mocy. Wszyscy o tym wiedzą. Jest Człowiekiem ze Stali. Ma rentgenowski wzrok. Jego słuch jest tak dobry, że potrafi wyłapać jeden głos w zatłoczonym mieście. I, oczywiście: Jest szybszy niż pędzący pocisk! Potężniejszy niż lokomotywa! Potrafi przeskoczyć wysokie budynki za jednym zamachem!
Jest jednak jedna substancja, która osłabia Supermana: kryptonit! Jeśli zostanie wystawiony na działanie kryptonitu. Superman odczuwa ból i traci swoje super moce. Jeśli narażony jest na to zbyt długo, może nawet umrzeć.
Kryptonit, oczywiście, jest czysto fikcyjny. Pomimo podobieństwa w nazwach, kryptonit nie ma nic wspólnego z elementem 36, kryptonem. Według komiksowej legendy, Superman pochodzi z planety Krypton.
Kal-El, jak go pierwotnie nazywano, został umieszczony w statku kosmicznym przez swoich rodziców na chwilę przed eksplozją planety.
Niestety, gdy młody Superman odleciał z Kryptonu, kawałek kryptonitu utknął na statku. Te same straszne siły, które spowodowały eksplozję planety, stworzyły również śmiercionośny kryptonit. I, jak Superman później się dowie, arcy-złoczyńcy zawsze dostają w swoje ręce tę zieloną, świecącą skałę!
Oprócz fikcyjnej natury kryptonitu, jest jeszcze jedna różnica między nim a kryptonem. Kryptonit jest kamieniem – jednym, który może wyrządzić wielką krzywdę, no cóż, jednej osobie w każdym razie. Krypton jest gazem obojętnym, który nie ma żadnego wpływu na nic.
Właściwości chemiczne
Przez wiele lat uważano, że krypton jest całkowicie obojętny. Następnie, na początku lat 60-tych, okazało się, że możliwe jest wytworzenie pewnych związków tego pierwiastka. Angielski chemik Neil Bartlett (1932-) znalazł sposób na połączenie gazów szlachetnych z najbardziej aktywnym pierwiastkiem ze wszystkich, fluorem. W 1963 r. otrzymano pierwsze związki kryptonu – difluorek kryptonu (KrF2) i tetrafluorek kryptonu (KrF4). Od tego czasu wyprodukowano również inne związki kryptonu. Nie mają one jednak zastosowania komercyjnego. Są one tylko ciekawostki laboratoryjne.
Występowanie w przyrodzie
Obfitość kryptonu w atmosferze jest uważana za około 0.000108 do 0.000114 procent. Pierwiastek ten powstaje również w skorupie ziemskiej podczas rozpadu uranu i innych pierwiastków promieniotwórczych. Ilość w skorupie ziemskiej jest jednak zbyt mała, aby ją oszacować.
Izotopy
Istnieje sześć naturalnie występujących izotopów kryptonu. Są to krypton-78, krypton-80, krypton-82, krypton-83, krypton-84 i krypton-86. Izotopy to dwie lub więcej form danego pierwiastka. Izotopy różnią się od siebie w zależności od ich liczby masowej. Liczba zapisana po prawej stronie nazwy pierwiastka to liczba masowa. Liczba masowa oznacza liczbę protonów plus neutronów w jądrze atomu danego pierwiastka. Liczba protonów określa pierwiastek, ale liczba neutronów w atomie danego pierwiastka może być różna. Każda odmiana jest izotopem.
Znanych jest również co najmniej szesnaście radioaktywnych izotopów kryptonu. Radioaktywny izotop to taki, który rozpada się i wydziela jakąś formę promieniowania. Izotopy radioaktywne powstają, gdy bardzo małe cząstki są wystrzeliwane w atomy. Te cząstki trzymać w atomach i uczynić je radioaktywne.
Jeden radioaktywny izotop kryptonu jest używany komercyjnie, krypton-85. Może być łączony z luminoforów do produkcji materiałów, które świecą w ciemności. Luminofor jest materiałem, który świeci po uderzeniu przez elektrony. Promieniowanie wydzielane przez krypton-85 uderza w luminofor. Luminofor emituje wtedy światło. Ten sam izotop jest również wykorzystywany do wykrywania nieszczelności w pojemnikach. Gaz radioaktywny jest umieszczany wewnątrz pojemnika, który ma być testowany. Ponieważ gaz jest obojętny, krypton nie będzie reagował z niczym innym w pojemniku. Jeśli jednak pojemnik ma nieszczelność, część radioaktywnego kryptonu-85 wydostanie się na zewnątrz. Izotop ten można wykryć za pomocą specjalnych urządzeń do wykrywania promieniowania.
Krypton-85 jest również wykorzystywany do badania przepływu krwi w organizmie człowieka. Jest on wdychany jako gaz, a następnie wchłaniany przez krew. Przemieszcza się przez krwiobieg i serce wraz z krwią. Jego szlak może być śledzony przez technika, który trzyma urządzenie wykrywające nad ciałem pacjenta. Urządzenie to pokazuje, dokąd zmierza materiał radioaktywny i jak szybko się porusza. Lekarz może określić, czy takie zachowanie jest normalne, czy nie.
Jak długi jest metr?
Metr jest standardową jednostką długości w systemie metrycznym. Po raz pierwszy został zdefiniowany w 1791 roku. W ramach wielkich zmian, jakie przyniosła Rewolucja Francuska, stworzono zupełnie nowy system miar: system metryczny.
Na początku metr był zdefiniowany w bardzo prosty sposób. Była to odległość między dwiema liniami wydrapanymi na metalowym pręcie trzymanym pod Paryżem. Przez wiele lat ta definicja była zadowalająca dla większości celów. Oczywiście pojawiał się problem. Załóżmy, że ktoś w Stanach Zjednoczonych zajmował się produkcją lasek mierniczych. Osoba ta musiałaby udać się do Paryża, aby wykonać kopię oficjalnego licznika. Następnie kopia ta musiałaby być użyta do wykonania innych kopii. Szanse na błąd w tym procesie są ogromne.
W 1960 roku, naukowcy mieli inny pomysł. Zaproponowali użycie światła wytwarzanego przez gorący krypton jako standardu długości. Oto jak ten standard został opracowany:
Gdy element jest ogrzewany, absorbuje energię z ciepła. Atomy obecne w elemencie znajdują się w stanie „wzbudzonym” lub energetycznym. Atomy zazwyczaj nie pozostają w stanie wzbudzonym bardzo długo. Oddają energię, którą właśnie zaabsorbowały i wracają do swojego normalnego, „niepobudzonego” stanu.
Energia, którą oddają może przybierać różne formy. Jedną z tych form jest światło.
Rodzaj wydzielanego światła jest inny dla każdego pierwiastka i dla każdego izotopu. Światło zazwyczaj składa się z serii bardzo jasnych linii zwanych widmem. Liczba i kolor wytwarzanych linii jest specyficzna dla każdego pierwiastka i izotopu.
Gdy jeden z izotopów kryptonu, krypton-86, jest ogrzewany, wydziela bardzo jasną, wyraźną, jaskrawą linię o czerwono-pomarańczowym kolorze. Naukowcy postanowili zdefiniować metr w odniesieniu do tej linii. Powiedzieli, że metr to 1,650,763.73 razy szerokość tej linii.
Ten standard miał wiele zalet. Po pierwsze, prawie każdy gdziekolwiek mógł znaleźć oficjalną długość metra. Potrzebny był tylko sprzęt do podgrzania próbki kryptonu-86. Następnie należało poszukać powstałej czerwono-pomarańczowej linii. Długość metra wynosiła więc 1,650,763.73 razy szerokość tej linii.
Ta definicja metra trwała tylko do 1983 roku. Następnie naukowcy zdecydowali się zdefiniować metr na podstawie szybkości, z jaką światło porusza się w próżni. Ten system jest jeszcze dokładniejszy niż system oparty na kryptonie-86.
Ekstrakcja
Krypton jest nadal uzyskiwany przez odparowanie ciekłego powietrza.
Użytki
Jedyne komercyjne zastosowania kryptonu to różnego rodzaju lampy. Kiedy prąd elektryczny jest przepuszczany przez gaz kryptonowy, daje on bardzo jasne światło. Być może najczęstszym zastosowaniem tej zasady jest oświetlenie pasów startowych na lotniskach. Światła te są tak jasne, że są widoczne nawet w warunkach mgły na odległość do 300 metrów (1000 stóp). Światła nie palą się w sposób ciągły. Zamiast tego wysyłają bardzo krótkie impulsy świetlne. Impulsy trwają nie dłużej niż około 10 mikrosekund (10 milionowych części sekundy). Włączają się i wyłączają około 40 razy na minutę. Krypton jest również używany w projektorach slajdów i projektorach filmowych.
Gaz kryptonowy jest również używany do wytwarzania świateł „neonowych”. Neony są kolorowymi światłami często używanymi w reklamie. Są one podobne do żarówek fluorescencyjnych. Ale dają one kolorowe światło z powodu gazu, który zawierają. Niektóre lampy neonowe zawierają gaz neon, ale inne zawierają inne gazy szlachetne. Na przykład lampa neonowa wypełniona kryptonem świeci na żółto.
Związki
Związki kryptonu zostały przygotowane w laboratorium, ale nie występują w przyrodzie. Związki syntetyczne (sztuczne) są wykorzystywane wyłącznie do celów badawczych.
Chociaż lampy neonowe czasami zawierają neon, krypton jest często stosowanym gazem.
Wpływ na zdrowie
Nie ma dowodów na to, że krypton jest szkodliwy dla ludzi, zwierząt lub roślin.