Krüptoon

Allikas: Vikipeedia
36



8
18
8
2
Kr
83,80
Krüptoon

Krüptoon (tähis Kr) on element järjekorranumbriga 36. Selle nimi on tuletatud kreeka keelsest sõnast κρυπτός (kryptós) ja tähendab "peidetud". Tal on 6 stabiilset isotoopi ja umbes 30 ebastabiilset isotoopi. Krüptooni avastasid William Ramsay ja Morris Travers 1898. aastal Suurbritannias. Aastatel 1960–1983 kasutati krüptooni meetri pikkuse defineerimiseks.

Omadustelt on krüptoon lõhnatu, maitsetu, värvitu väärisgaas. Seda kasutatakse valgustite, valgusreklaamide ja laserite valmistamiseks. Krüptooni leidub Maa atmosfääris ja selle kontsentratsioon on 1 ppm. Krüptooni toodetakse õhust fraktsioneeriva destillatsiooni abil.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Krüptooni avastaja William Ramsay oma laboris töötamas.

Krüptoon avastati Suurbritannias 1898. aastal. Avastajateks olid šoti keemik Sir William Ramsay ja inglise keemik Morris Travers. Nad leidsid krüptooni jääkidest, mis olid järgi jäänud peale suurema osa vedeldatud õhu komponentide aurustamist. Mõni nädal hiljem avastati sarnase protsessi abil neoon.[1] William Ramsay sai 1904. aastal Nobeli keemiaauhinna mitme väärisgaasi, sealhulgas krüptooni avastamise eest.

Aastal 1960. defineeriti meeter rahvusvahelise kokkuleppe alusel krüptoon-86-e vaakumis emiteeritava oranži lainepikkuse (605.78 nanomeetrit) järgi: üks meeter võrdus 1 650 763,73 kordse lainepikkusega. See kokkulepe asendas pikka aega kasutusel olnud meetri standardi, milleks oli plaatina ja iriidiumi sulamist tehtud varras, mida hoiti Pariisis. Varda pikkuseks loeti algselt ühte kümnendmiljondikku Maa polaarümbermõõdu kvadrandist. Krüptoonil põhinev definitsioon asendati omakorda 1983. aasta oktoobris, kui Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo defineeris meetri teepikkusena, mille valgus läbib vaakumis 1/299 792 458 sekundi jooksul.[2][3][4]

Omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Krüptooni spektrijooned

Krüptooni iseloomustavad mitu teravat spektrijoont, tugevamad neist roheline ja kollane.[5] See on üks uraani lõhestumise produkte.[6] Tahke krüptoon on valget värvi ja kristalliline, kuubilise tahktsentreeritud kristallvõrega nagu teised väärisgaasid[7] (välja arvatud heelium, mis on heksagonaalse tihepakendatud kristallstruktuur).

Isotoobid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Omadustelt on krüptoon väärisgaas. Ta kondenseerub temperatuuril –153 kraadi Celsiust ja tahkub temperatuuril –157 kraadi Celsiust.[viide?] Looduslikul krüptoonil on kuus stabiilset isotoopi (78Kr, 80Kr, 82Kr, 83Kr, 84Kr, 86Kr), lisaks tuntakse umbes kolmekümmet ebastabiilset isotoopi ja tuumaisomeeri.[8] 81Kr tekib atmosfäärireaktsioonide käigus looduslikust krüptoonist. See on radioaktiivne, poolestusajaga 230 000 aastat. Krüptoon on veepinna läheduses äärmiselt lenduv, kuid 81Kr-i kasutatakse vana (50000–800 000 aastat vana) pinnavee vanuse määramiseks.[9]

85Kr on inertne radioaktiivne väärisgaas 10,76 aastase poolestusajaga. Seda tekib uraani ja plutooniumi lagunemisel, näiteks tuumapommi katsetuste käigus või tuumareaktoris. 85Kr-e vabaneb kütusevarraste ümbertöötlemisel. Selle kontsentratsioon on konvektsiooni tõttu Põhjapoolusel on 30% suurem, kui Lõunapoolusel.[10]

Keemilised omadused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Krüptoon difluoriid.

Nagu ka teised väärisgaasid, on krüptoon keemiliselt väheaktiivne. Kuid peale esimese ksenooni ühendi edukat sünteesi 1962. aastal, teatati krüptoon difluoriidi (KrF2) sünteesist 1963. aastal.[11] Samal aastal teatati ka KrF4 sünteesimisest Grosse ja tema meeskonna poolt[12], kuid see osutus hiljem veaks.[13] On kinnitamata teateid baariumi soolast krüptooni hapnikhappega.[14] ArKr+ ja KrH+ mitmeaatomilisi ioone on uuritud ja leidub tõendeid KrXe ja KrXe+ eksistentsi kohta.[15]

Peale fluoriidide on leitud ka teisi krüptooni aatomeid sisaldavaid ühendeid. KrF2 ja B(OTeF5) reaktsioonil tekib ebastabiilne ühend Kr(OTeF5), mis sisaldab krüptooni-hapniku sidet. Krüptooni-lämmastiku side leidub [HC≡N–Kr–F]+ katioonis, mis tekib KrF2 [HC≡NH]+[AsF6]- reageerimisel temperatuuril alla −50 °C.[16][17] On teateid, et HKrCN and HKrC≡CH on stabiilsed temperatuuridel alla 40 K.[11]

Esinemine looduses[muuda | redigeeri lähteteksti]

Maal on säilinud kõik väärisgaasid peale heeliumi, mis olid olemas Maa tekkimise ajal. Krüptooni sisaldus atmosfääris on umbes 1 ppm. Seda on võimalik eraldada vedelast õhust fraktsioneeriva destillatsiooni abil.[18] Krüptooni täpset kogust kosmoses ei teata, kuna see sattub sinna meteoriitide ja päikesetuulte tõttu. Esmaste mõõtmiste tulemuste põhjal leidub seda kosmoses ülekülluses.[19] Marsi atmosfääri krüptooni sisaldus on umbes 0,3 ppm-i.[7]

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Krüptooniga gaasivalguslamp
Krüptoon helendab kõrgepingega elektriväljas sinakas-valgelt.

Tänu mitmetele spektrijoontele näib ioniseeritud krüptooni helendus valgena, mistõttu on krüptooni sisaldavad pirnid suurepäraseks valge valguse allikaks fotograafias. Krüptooni kasutatakse teatud tüüpi kiirkaamerate välkude valmistamiseks. Krüptooni kasutatakse kombinatsioonis teiste gaasidega ka rohekas-kollaste valgusreklaamide valmistamiseks.[20]

Krüptooni ja argooni segu kasutatakse luminofoorlampide valmistamisel. See vähendab pirnide elektritarbimist, kuid tõstab nende hinda ja vähendab valguse eraldumist.[21] Krüptoon maksab umbes 100 korda rohkem kui argoon. Krüptooni (koos ksenooniga) kasutatakse ka hõõglampide täitmiseks, et vähendada täidise aurustumist ja lubada suuremaid temperatuure kasutamisel.[22] Tulemuseks on heledam ja sinakam valgus kui tavalistes lampides.

Krüptooni valget helendust kasutatakse tihti ka värviliste gaaslahenduslampide puhul, mis lihtsalt soovitud värviga kaetakse. Näiteks "neoon"-reklaamtahvlid, kus tähed on eri värvi, on tihti täielikult krüptoonipõhised. Krüptoon emiteerib ka oluliselt võimsamat valgust spektri punases osas, mistõttu kasutatakse suure võimsusega laseršõudel punase valguse saamiseks tihti just krüptoonlasereid, mille spektrist punane valgus peeglitega eraldatakse, tavapärasemate neoon-heelium laserite asemel, mille võimsus ei ole lihtsalt piisav.[viide?]

Krüptoon on oluline krüptoon fluoriid laserite tootmisel ja kasutamisel. Need laserid on olulisel kohal tuumafusiooni energeetika uurimisel. Laserikiirel on suur koherentsus ja lühike lainepikkus.[23]

Eksperimentaalses osakestefüüsikas kasutatakse vedelat krüptooni pool-homogeensete elektromagnetiliste kalorimeetrite valmistamiseks. Märkimisväärseks näiteks on kalorimeeter, mida CERN kasutas eksperimendis NA48 ja mis sisaldas umbes 27 tonni vedelat krüptooni. Selline kasutus on siiski haruldane, sest pigem kasutatakse odavamat vedelat argooni. Krüptooni eeliseks on väiksem Molière raadius, täpsemalt 4,7 sentimeetrit, mis lubab head ruumilist eraldatust ja väikest kattuvust.[viide?]

83Kr-e kasutatakse magnetresonantstomograafias õhuteedest pildi saamisel. Eriti kasutatakse seda eristamaks õhuteid sisaldavaid hüdrofoobseid ja hüdrofiilseid pindasid.[24]

Kuigi ka ksenooni saaks kompuutertomograafias kasutada mingi piirkonna õhuvarustuse hindamiseks, saab see oma anesteetiliste omaduste tõttu moodustada kuni 35% hingamisgaasist. Kui kasutada hingamissegu, mis sisaldab 30% ksenooni ja 30% krüptooni, siis saavutatakse sama efektiivsus, mis oleks 40% ksenooni sisaldaval hingamissegul, samas välditakse suure ksenooni kontsentratsiooni korral tekkivaid ebasoovitavaid kõrvalmõjusid.[25]

Ohutus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Krüptooni loetakse mitte-toksiliseks lämmatavaks gaasiks.[7] Krüptooni narkootiline potentsiaal on seitse korda suurem kui õhul. Gaaside segu, mis sisaldab 50% krüptooni ja 50% õhku, sisse hingamine põhjustaks narkoosi, mis sarnaneb õhu sissehingamisele neljakordse atmosfääri rõhu all. See on võrreldav sukeldumisega 30 meetri sügavusele (vaata ka: lämmastikunarkoos) ja võib potentsiaalselt kõiki selle sissehingajaid mõjutada. Samas sisaldaks selline segu ainult 10% hapniku, nii et hüpoksia oleks tõsisem mure.[viide?]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. William Ramsay, Morris W. Travers, On a New Constituent of Atmospheric Air Proceedings of the Royal Society of London vol. 63-1 lk 405–408, 1898 doi 10.1098/rspl.1898.0051
  2. Shri Krishna Kimothi, The uncertainty of measurements: physical and chemical metrology: impact and analysis lk. 122, American Society for Qualit, 2002 ISBN 0873895355
  3. Philip Gibbs. How is the speed of light measured?. 1997. Department of Mathematics, University of California. Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  4. Unit of length (meter). NIST. Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  5. Joachim Köppen Strasbourg. Spectra of Gas Discharges. (Krypton). 21.06.2007. Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  6. Krypton. Human Health Fact Sheet, august 2005. Argonne National Laboratory, EVS. (PDF) Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  7. 7,0 7,1 7,2 Krypton
  8. Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5
  9. Norbert Thonnard, Larry D. MeKay, Theodore C. Labotka. Development of Laser-Based Resonance Ionization Techniques for 81-Kr and 85-Kr Measurements in the Geosciences. (lk 4–7). 05.02.2001. University of Tennessee, Institute for Rare Isotope Measurements. (PDF) Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  10. Resources on Isotopes. jaanuar 2004. U.S. Geological Survey. Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  11. 11,0 11,1 Neil Bartlett. The Noble Gases. Chemical & Engineering News, 2003. Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  12. Grosse, A. V.; Kirshenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V. (1963). "Krypton Tetrafluoride: Preparation and Some Properties". Science 139 (3559): 1047–1048. doi: 10.1126/science.139.3559.1047
  13. Prusakov, V. N.; Sokolov, V. B. (1971). "Krypton difluoride". Soviet Atomic Energy 31 (3): 990–999. doi:10.1007/BF01375764
  14. Streng, A.; Grosse, A. (1964). "Acid of Krypton and Its Barium Salt". Science 143 (3603): 242–243. doi:10.1126/science.143.3603.242
  15. Periodic Table of the Elements. (Arhiveeritud 25.11.2006). Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division. (PDF) Kasutatud 04.03.2012. (Inglise keel)
  16. John H. Holloway; Eric G. Hope (1998). A. G. Sykes. ed. Advances in Inorganic Chemistry. Academic Press. lk. 57. ISBN 012023646X.
  17. Errol G. Lewars (2008). Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer. lk. 68. ISBN 1402069723
  18. How Products are Made: Krypton Kasutatud: 04.03.2012.
  19. Cardelli, Jason A.; Meyer, David M. (1996). The Abundance of Interstellar Krypton. The Astrophysical Journal Letters. The American Astronomical Society. lk. L57–L60
  20. Mercury in Lighting. (Arhiveeritud 29.09.2007). Cape Cod Cooperative Extension. (PDF) Kasutatud 05.03.2012. (Inglise keel)
  21. Full-Size Fluorescent Lamps. Kasutatud: 05.03.2012
  22. Properties, Applications and Uses of the "Rare Gases" Neon, Krypton and Xenon. Kasutatud: 05.03.2012
  23. J. Sethian, M. Friedman, M.Myers. Krypton Fluoride Laser Development for Inertial Fusion Energy. Plasma Physics Division, Naval Research Laboratory. (PDF) Kasutatud 05.03.2012. (Inglise keel)
  24. Pavlovskaya, GE; Cleveland, ZI; Stupic, KF; Basaraba, RJ; Meersmann, T (2005). "Hyperpolarized krypton-83 as a contrast agent for magnetic resonance imaging". Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 102 (51): 18275–9. doi:10.1073/pnas.0509419102
  25. Chon, D; Beck, KC; Simon, BA; Shikata, H; Saba, OI; Hoffman, EA (2007). "Effect of low-xenon and krypton supplementation on signal/noise of regional CT-based ventilation measurements". Journal of Applied Physiology 102 (4): 1535–44. doi:10.1152/japplphysiol.01235.2005

Lisalugemist[muuda | redigeeri lähteteksti]

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Keemiliste elementide perioodilisussüsteem
Metallid Poolmetallid Väärisgaasid Mittemetallid Leelismetallid Leelismuldmetallid Lantanoidid Aktinoidid
Heelium - Neoon - Argoon - Krüptoon - Ksenoon - Radoon