Note: Denna artikel, som ursprungligen publicerades 1998, uppdaterades 2006 för e-boksutgåvan.
Översikt
Krypton är en av tre ädelgaser som upptäcktes 1898 av den skotske kemisten och fysikern Sir William Ramsay (1852-1916) och den engelske kemisten Morris William Travers (1872-1961). Ramsay och Travers upptäckte gaserna genom att låta flytande luft avdunsta. När det skedde kokade var och en av de gaser som ingår i normal luft bort, en i taget. Tre av dessa gaser – krypton, xenon och neon – upptäcktes för första gången på detta sätt.
Tecknet ädelgas avser grundämnen i grupp 18 (VIIIA) i det periodiska systemet. Det periodiska systemet är ett diagram som visar hur kemiska grundämnen är relaterade till varandra. Dessa gaser har fått namnet ”ädelgaser” eftersom de beter sig som om de är ”för arroganta” för att reagera med andra grundämnen. Fram till 1960-talet kände man inte till någon förening av dessa gaser. Eftersom de är så inaktiva kallas de också för inerta gaser. Inert betyder inaktiv.
SYMBOL
Kr
ATOMNUMMER
36
ATOMMASS
83.80
Familj
Grupp 18 (VIIIA)
Ädelgas
PRONUNCIATION
KRIP-ton
Krypton har relativt få kommersiella användningsområden. Alla har med belysningssystem att göra på ett eller annat sätt.
Upptäckt och namngivning
För 1898 hade två medlemmar av ädelgasfamiljen upptäckts. De var helium (atomnummer 2) och argon (atomnummer 18). Men inga andra grundämnen i familjen hade hittats. Det periodiska systemet innehöll tomma rutor mellan helium och argon och under argon. De saknade ädelgaserna hade atomnummer 10, 36, 54 och 86. Kemister ser de tomma rutorna i det periodiska systemet som ”grundämnen som väntar på att bli upptäckta”.
Då de två kända ädelmetallerna, helium och argon, båda är gaser, hoppades Ramsay och Travers att de saknade grundämnena också var gaser. Och om de var det skulle de kunna hittas i luft. Problemet var att luft redan hade analyserats noggrant och visat sig bestå av cirka 99,95 procent syre , kväve och argon. Var det möjligt att de saknade gaserna fanns i de sista 0,05 procenten av luften?
För att besvara frågan arbetade kemisterna inte med själva luften utan med flytande luft. Luft blir flytande helt enkelt om man kyler den tillräckligt mycket. Ju kallare luften blir, desto fler gaser i den förvandlas till vätskor. Vid -182,96°C (-297,33°F) omvandlas syre från en gas till en vätska. Vid -195,79°C (-320,42°F) övergår kväve från gas till vätska. Och så vidare. Så småningom kan alla gaser i luften fås att bli flytande (övergå till vätska).
Men den omvända processen äger också rum. Anta att en behållare med flytande luft rymmer 100 liter. Den flytande luften kommer att värmas upp långsamt. När dess temperatur når -195,79 °C ändras flytande kväve tillbaka till en gas. Eftersom luft till cirka 78 procent består av kväve kommer endast 22 procent av den ursprungliga flytande luften (22 liter) att finnas kvar.
När temperaturen når -182,96 °C övergår syre från en vätska tillbaka till en gas. Eftersom syre utgör 21 procent av luften kommer ytterligare 21 procent (21 liter) av den flytande luften att avdunsta.
Ramsays och Travers arbete var dock mycket svårt eftersom de gaser som de letade efter inte förekommer rikligt i luften. Krypton utgör till exempel endast cirka 0,000114 procent av luften. För varje 100 liter flytande luft skulle det bara finnas 0,00011, eller ungefär en tiondels milliliter, krypton. En tiondels milliliter är ungefär en droppe. Så Ramsay och Travers – även om de inte visste det – letade efter en droppe krypton i 100 liter flytande luft!
Otroligt nog hittade de den. Upptäckten av dessa tre gaser var ett stort erkännande av deras färdigheter som forskare. De föreslog namnet krypton för det nya grundämnet. Namnet togs från det grekiska ordet kryptos för ”gömd”
Fysiska egenskaper
Krypton är en färglös, luktfri gas. Den har en kokpunkt på -152,9°C (-243,2°F) och en densitet på 3,64 gram per liter. Det gör krypton ungefär 2,8 gånger så tätt som luft.
”Titta, uppe på himlen! Det är en fågel! Det är ett flygplan….
Den berömda seriefiguren Stålmannen har många superkrafter. Alla vet det. Han är mannen av stål. Han har röntgensyn. Hans hörsel är så bra att han kan lyssna på en röst i en fullsatt stad. Och naturligtvis: Han är snabbare än en snabb kula! Kraftfullare än ett lokomotiv! Han kan hoppa över höga byggnader i ett enda språng!
Men det finns ett ämne som försvagar Stålmannen: kryptonit! Om han utsätts för kryptonit. Stålmannen upplever smärta och förlorar sina superkrafter. Om han utsätts för länge kan han till och med dö.
Kryptonit är förstås rent fiktivt. Trots namnlikheten har kryptonit ingenting att göra med grundämne 36, krypton. Enligt den tecknade legenden kom Stålmannen från planeten Krypton.
Kal-El, som han ursprungligen kallades, placerades i ett rymdskepp av sina föräldrar, strax innan planeten exploderade.
Olyckligtvis fastnade en bit kryptonit på rymdskeppet när den unge Stålmannen sprängde iväg från Krypton. Samma fruktansvärda krafter som fick planeten att explodera hade också skapat den dödliga kryptoniten. Och, som Stålmannen senare skulle få reda på, verkar ärkeskurkar alltid få tag på denna grönt lysande sten!
Bortsett från kryptonitens fiktiva natur finns det en annan skillnad mellan den och krypton. Kryptonit är en sten – en sten som kan orsaka stor skada på, ja, en person i alla fall. Krypton är en inert gas som inte har någon effekt på någonting.
Kemiska egenskaper
I många år trodde man att krypton var helt inert. Sedan, i början av 1960-talet, visade det sig vara möjligt att göra vissa föreningar av grundämnet. Den engelske kemisten Neil Bartlett (1932-) hittade sätt att kombinera ädelgaser med det mest aktiva grundämnet av alla, fluor. År 1963 tillverkades de första kryptonföreningarna – kryptondifluorid (KrF2) och kryptontetrafluorid (KrF4). Sedan dess har även andra kryptonföreningar tillverkats. Dessa har dock ingen kommersiell användning. De är endast laboratoriekuriosa.
Förekomst i naturen
Förekomsten av krypton i atmosfären tros vara cirka 0,000108 till 0,000114 procent. Grundämnet bildas också i jordskorpan när uran och andra radioaktiva grundämnen bryts ner. Mängden i jordskorpan är dock för liten för att uppskattas.
Isotoper
Det finns sex naturligt förekommande isotoper av krypton. De är krypton-78, krypton-80, krypton-82, krypton-83, krypton-84 och krypton-86. Isotoper är två eller flera former av ett grundämne. Isotoper skiljer sig från varandra enligt deras masstal. Det tal som står skrivet till höger om grundämnets namn är masstalet. Massatalet representerar antalet protoner plus neutroner i kärnan i en atom av grundämnet. Antalet protoner bestämmer grundämnet, men antalet neutroner i en atom av ett grundämne kan variera. Varje variation är en isotop.
Minst sexton radioaktiva isotoper av krypton är också kända. En radioaktiv isotop är en isotop som bryts sönder och avger någon form av strålning. Radioaktiva isotoper bildas när mycket små partiklar avfyras mot atomer. Dessa partiklar fastnar i atomerna och gör dem radioaktiva.
En radioaktiv isotop av krypton används kommersiellt, krypton-85. Den kan kombineras med fosforer för att framställa material som lyser i mörkret. En fosfor är ett material som lyser när det träffas av elektroner. Den strålning som avges av krypton-85 träffar fosforn. Fosforen avger då ljus. Samma isotop används också för att upptäcka läckor i en behållare. Den radioaktiva gasen placeras inuti den behållare som ska testas. Eftersom gasen är inert kommer krypton inte att reagera med något annat i behållaren. Men om behållaren har ett läckage kommer en del radioaktivt krypton-85 att läcka ut. Isotopen kan upptäckas med speciella apparater för att upptäcka strålning.
Krypton-85 används också för att studera blodflödet i människokroppen. Den inhaleras som en gas och absorberas sedan av blodet. Den färdas genom blodomloppet och hjärtat tillsammans med blodet. Dess väg kan följas av en tekniker som håller en detektionsanordning över patientens kropp. Apparaten visar vart det radioaktiva materialet tar vägen och hur snabbt det rör sig. En läkare kan avgöra om detta beteende är normalt eller inte.
Hur lång är en meter?
Metern är standardlängdenheten i det metriska systemet. Den definierades första gången 1791. Som en del av de stora förändringar som den franska revolutionen förde med sig skapades ett helt nytt mätsystem: det metriska systemet.
I början definierades metern på ett mycket enkelt sätt. Den var avståndet mellan två linjer som ristades in i en metallstång som förvarades utanför Paris. Under många år var den definitionen tillfredsställande för de flesta syften. Naturligtvis skapade den ett problem. Anta att någon i Förenta staterna tillverkade mätarstavar. Den personen skulle vara tvungen att resa till Paris för att göra en kopia av den officiella mätaren. Sedan måste kopian användas för att göra andra kopior. Risken för fel i denna process är enorm.
År 1960 fick forskarna en annan idé. De föreslog att man skulle använda ljus som produceras av het krypton som längdstandard. Här är hur denna standard utvecklades:
När ett element värms upp absorberar det energi från värmen. De atomer som finns i grundämnet befinner sig i ett ”exciterat”, eller energirikt, tillstånd. Atomer stannar normalt inte särskilt länge i ett exciterat tillstånd. De avger den energi de just absorberat och återgår till sitt normala, ”icke exciterade” tillstånd.
Den energi de avger kan ta olika former. En av dessa former är ljus.
Den typ av ljus som avges är olika för varje grundämne och för varje isotop. Ljuset består vanligtvis av en serie mycket ljusa linjer som kallas spektrum. Antalet och färgen på de linjer som produceras är specifika för varje grundämne och isotop.
När en isotop av krypton, krypton-86, värms upp avger den en mycket klar, distinkt, ljus linje med en rödorange färg. Forskarna bestämde sig för att definiera metern i termer av denna linje. De sade att en meter är 1 650 763,73 gånger bredden av denna linje.
Denna standard hade många fördelar. För det första kunde nästan vem som helst var som helst hitta den officiella längden på en meter. Allt man behövde var utrustning för att värma upp ett prov av krypton-86. Sedan var man tvungen att leta efter den rödorange linje som producerades. Meterns längd var alltså 1 650 763,73 gånger bredden på denna linje.
Denna definition av metern gällde endast fram till 1983. Forskarna beslutade då att definiera en meter utifrån hur snabbt ljuset färdas i ett vakuum. Detta system är ännu mer exakt än det som bygger på krypton-86.
Utvinning
Krypton erhålls fortfarande genom att låta flytande luft avdunsta.
Användningar
De enda kommersiella användningarna av krypton är i olika typer av lampor. När en elektrisk ström leds genom kryptongas avger den ett mycket starkt ljus. Den kanske vanligaste tillämpningen av denna princip är i flygplatsers landningsbaneljus. Dessa lampor är så ljusstarka att de kan ses även i dimma på avstånd upp till 300 meter (1 000 fot). Lamporna brinner inte kontinuerligt. I stället sänder de ut mycket korta ljuspulser. Pulserna varar inte längre än cirka 10 mikrosekunder (10 miljondelar av en sekund). De blinkar på och släcks ungefär 40 gånger per minut. Krypton används också i diaprojektorer och filmprojektorer.
Kryptongas används också för att tillverka ”neonljus”. Neonljus är färgade ljus som ofta används i reklam. De liknar lysrörslampor. Men de avger ett färgat ljus på grund av den gas de innehåller. Vissa neonljus innehåller verkligen gasen neon, men andra innehåller andra ädelgaser. En neonlampa fylld med krypton lyser till exempel gult.
Föreningar
Föreningar av krypton har framställts i laboratoriet men finns inte i naturen. De syntetiska (konstgjorda) föreningarna används endast för forskningsändamål.
Och även om neonlampor ibland innehåller neon, är krypton ofta den gas som används.
Hälsoeffekter
Det finns inga belägg för att krypton skulle vara skadligt för människor, djur eller växter.