Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

---

---

<< Brom | Oglavlenie | Rubidii >>

Kripton

Izdatel'stvo "Nauka", 1977

Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002

Vpervye kriptonom byl nazvan gaz, vydelennyi Uil'yamom Ramzaem iz minerala kleveita. No ochen' skoro prishlos' eto imya snyat' i element "zakryt'". Angliiskii spektroskopist Uil'yam Kruks ustanovil, chto gaz ne chto inoe, kak uzhe izvestnyi po solnechnomu spektru gelii. Spustya tri goda, v 1898 g., nazvanie "kripton" vnov' poyavilos', ego prisvoili novomu elementu, novomu blagorodnomu gazu.

Otkryl ego opyat' zhe Ramzai, i pochti sluchaino - "shel v dver', popal v druguyu". Namerevayas' vydelit' gelii iz zhidkogo vozduha, uchenyi vnachale poshel bylo po lozhnomu sledu: on pytalsya obnaruzhit' gelii v vysokokipyashih frakciyah vozduha. Razumeetsya, geliya, samogo nizkokipyashego iz vseh gazov, tam ne moglo byt', i Ramzai ego ne nashel. Zato on uvidel v spektre tyazhelyh frakcii zheltuyu i zelenuyu linii v teh mestah, gde podobnyh sledov ne ostavlyal ni odin iz izvestnyh elementov.

Tak byl otkryt kripton, element, imya kotorogo v perevode s grecheskogo znachit "skrytnyi". Nazvanie neskol'ko neozhidannoe dlya elementa, kotoryi sam shel v ruki issledovatelya.

Rodoslovnaya kriptona

Izvestno, chto gelii, radon, pochti ves' argon i, veroyatno, neon nashei planety imeyut radiogennoe proishozhdenie, t.e. oni - produkty radioaktivnogo raspada. A kak obstoit delo s kriptonom?

Sredi izvestnyh prirodnyh yadernyh processov, porozhdayushih kripton, naibol'shii interes predstavlyaet samoproizvol'noe delenie yader urana i toriya.

V 1939 g. G.N.Flerov i K.A.Petrzhak ustanovili, chto v prirode (ochen' redko) proishodit samoproizvol'noe rassheplenie yader urana-238 na dva oskolka primerno ravnoi massy. Eshe rezhe takim zhe obrazom delyatsya yadra²³²Th i ²³⁵U. Oskolki - eto atomy izotopov srednei chasti periodicheskoi sistemy elementov. Buduchi neustoichivymi ("peregruzhennymi" neitronami), eti oskolki prohodyat po cepi posledovatel'nyh beta-raspadov. Sredi konechnyh produktov raspada est' i stabil'nye tyazhelye izotopy kriptona.

Podschety, odnako, pokazyvayut, chto radioaktivnyi raspad (vklyuchaya delenie urana-235 medlennymi neitronami) - ne glavnyi "izgotovitel'" kriptona. Za vremya sushestvovaniya Zemli (esli schitat' ego ravnym 4,5mlrd let) eti processy smogli vyrabotat' ne bolee dvuh-treh desyatyh procenta sushestvuyushego na nashei planete elementa N&nbap;36. Otkuda v takom sluchae osnovnaya ego massa?

Segodnya na etot vopros dayutsya dva obosnovannyh, no raznyh po smyslu otveta.

Chast' uchenyh schitaet, chto zemnoi kripton voznik v nedrah planety. Praroditelyami kriptona byli transuranovye elementy, nekogda sushestvovavshie na Zemle, no teper' uzhe "vymershie". Sledy ih sushestvovaniya usmatrivayut v tom, chto v zemnoi kore est' elementy-dolgozhiteli neptunievogo radioaktivnogo ryada (nyne celikom iskusstvenno vossozdannogo). Drugoi podobnyi sled - mikrokolichestva plutoniya i neptuniya v zemnyh mineralah, hotya oni mogut byt' i produktami oblucheniya urana kosmicheskimi neitronami.

V pol'zu etoi gipotezy govorit tot fakt, chto iskusstvenno poluchennye aktinoidy (ne vse, no mnogie) - aktivnye "generatory" kriptona. Ih yadra samoproizvol'no delyatsya namnogo chashe, chem yadra atomov urana. Sravnite periody poluraspada po spontannomu deleniyu: 8,04^.10¹⁵ let - dlya urana-238 i vsego 2000 let - dlya kaliforniya-246. A dlya fermiya i mendeleviya sootvetstvuyushie periody poluraspada izmeryayutsya vsego lish' chasami.

Inogo mneniya priderzhivaetsya drugaya gruppa uchenyh. Na ih vzglyad, zemnoi kripton (kak i ksenon) prishel na Zemlyu iz Vselennoi, v processe zarozhdeniya Zemli. On prisutstvoval eshe v protoplanetnom oblake, ego sorbirovala pervichnaya zemnaya materiya, otkuda on potom, pri razogreve planety, vydelilsya v atmosferu.

Eto mnenie tozhe opiraetsya na fakty. V ego pol'zu govorit, v chastnosti, to, chto kripton - gaz tyazhelyi, maloletuchii i otnositel'no legko kondensiruyushiisya (v otlichie ot inyh komponentov pervichnoi atmosfery) vryad li smog by ostavit' Zemlyu na pervyh fazah ee formirovaniya.

Kto zhe prav? Skoree vsego, pravy obe storony: kripton nashei planety, veroyatno, predstavlyaet soboyu smes' gazov kak kosmicheskogo, tak i zemnogo proishozhdeniya. Po dannym issledovanii poslednih let, zemnogo namnogo bol'she.

Chto zhe predstavlyaet soboi eta smes'?

Glazami fizika i himika

Gazoobraznyi kripton v 2,87 raza tyazhelee vozduha, a zhidkii - v 2,14 raza tyazhelee vody. Kripton prevrashaetsya v zhidkost' pri - 153,9^oC, a uzhe pri - 156,6^oC on otverdevaet. Zametim poputno, chto malye temperaturnye intervaly mezhdu zhidkim i tverdym sostoyaniyami harakterny dlya vseh blagorodnyh gazov. Eto svidetel'stvuet o slabosti sil mezhmolekulyarnogo vzaimodeistviya, chto vpolne estestvenno: u etih atomov "zamknutye", celikom zapolnennye elektronnye obolochki. Molekula kriptona odnoatomna.

Kripton - pervyi iz tyazhelyh blagorodnyh gazov. Takoe delenie ne iskusstvenno. Obratite vnimanie na bol'shoi razryv mezhdu znacheniyami kriticheskih velichin legkih i tyazhelyh blagorodnyh gazov. U pervyh oni kraine nizki, u vtoryh znachitel'no vyshe. Tak, tochki kipeniya kriptona i geliya raznyatsya, na 116,1^oC. Sil'no raznyatsya i drugie vazhneishie harakteristiki. Ob'yasnit' eto logichnee vsego harakterom sil mezhmolekulyarnogo vzaimodeistviya: s uvelicheniem molekulyarnogo vesa blagorodnogo gaza rezko vyrastaet sila vzaimoprityazheniya molekul.

Kripton - dostatochno redkii i rasseyannyi gaz. Na Zemle ego bol'she vsego v atmosfere - 3ž10^-4% (po vesu). Soderzhanie kriptona v atmosfere ochen' medlenno (dazhe v masshtabah geologicheskih epoh) narastaet: kripton "vydyhayut" nekotorye mineraly.

Prirodnyi kripton sostoit iz shesti stabil'nyh izotopov: ⁷⁸Kr, ⁸⁰Kr, ⁸²Kr, ⁸³Kr, ⁸⁴Kr i ⁸⁶Kr. I vse oni est' v gornyh porodah, prirodnyh vodah i atmosfere. Obil'nee prochih predstavlen ⁸⁴Kr, na ego dolyu prihoditsya 56,9% atmosfernogo kriptona.

V yadernyh reakciyah iskusstvenno polucheny 17 radioaktivnyh izotopov kriptona s massovymi chislami ot 74 do 97. Nekotorye iz etih izotopov nashli primenenie kak radioaktivnye indikatory i generatory izlucheniya.

Osobo vazhnym okazalsya kripton-85 - pochti chistyi beta-izluchatel' s periodom poluraspada 10,3 goda.

Spektr kriptona izobiluet liniyami vo vsem vidimom diapazone, osobenno v korotkovolnovoi oblasti. Samye yarkie linii raspolozheny mezhdu 4807 i 5870, ottogo v obychnyh usloviyah kripton daet zelenovato-goluboe svechenie.

Blagodarya horoshei rastvorimosti v zhidkostyah organizma kripton pri parcial'nom davlenii 3,5atm uzhe okazyvaet narkoticheskoe deistvie na cheloveka.

A teper' o himii kriptona.

V atome kriptona 36 elektronov, raspredelennyh na chetyreh energeticheskih urovnyah (obolochkah). Eto obstoyatel'stvo v fizicheskom i otchasti himicheskom smysle priblizhaet kripton k obychnym, "normal'nym" gazam. Pochemu?

V atomah tyazhelyh blagorodnyh gazov vneshnie elektronnye obolochki zamknutye. No buduchi sravnitel'no otdalennymi ot yadra, obolochki poluchayut nekotoruyu avtonomnost'. Chem tyazhelee atomy inertnogo gaza, tem bol'she ih sposobnost' ob'edinyat'sya s nekotorymi drugimi atomami.

Himiya "inertnyh" gazov (teper' bez kavychek ne oboitis') - novaya oblast' nauki. No voznikla ona ne na golom meste. Eshe v pervoi chetverti XXv. uchenye nablyudali obrazovanie v elektricheskom razryade ionizirovannyh molekul inertnyh gazov i kak budto by soedinenii etih gazov s drugimi elementami. Vne razryada eti obrazovaniya bystro raspadalis', i pervye soobsheniya o soedineniyah inertnyh gazov kazalis' maloobosnovannymi.

Pozzhe stali izvestny kristallicheskie klatratnye ^*) soedineniya kriptona s H₂O, H₂S, SO₂, galogenovodorodami, fenolami, toluolom i drugimi organicheskimi veshestvami. Oni ustoichivy dazhe pri komnatnoi temperature pod davleniem 2...4 atm. No eshe v 40-h godah sovetskii uchenyi B.A.Nikitin pokazal, chto v klatratnyh soedineniyah svyaz' molekulyarnaya, v nih valentnye elektrony ne vzaimodeistvuyut.

[ ^* Klatratnye soedineniya (ili soedineniya vklyucheniya) - veshestva, zanimayushie promezhutochnoe polozhenie mezhdu tverdymi rastvorami i istinnymi himicheskimi soedineniyami. ]

V 1933 g. Lainus Poling, pozzhe dvazhdy laureat Nobelevskoi premii, razvivaya predstavlenie o valentnyh svyazyah, predskazal vozmozhnost' sushestvovaniya ftoridov kriptona i ksenona. No lish' v 1962 g. bylo polucheno pervoe takoe soedinenie - geksaftoroplatinat ksenona. Vsled za tem byli sintezirovany ftoridy kriptona, ksenona, radona i mnogochislennye ih proizvodnye.

Razumeetsya, soedineniya kriptona i drugih blagorodnyh gazov poluchit' ne legko. Tak, kristallicheskii KrF₂ byl poluchen v rezul'tate vozdeistviya tihogo elektricheskogo razryada na smes' iz ftora, kriptona i argona v molyarnom otnoshenii 1:70:200. Usloviya reakcii: davlenie - 20 mm rtutnogo stolba, temperatura - minus 183^oC.

Svoistva diftorida kriptona dostatochno obychny: pri komnatnoi temperature on neustoichiv, no pri temperature suhogo l'da (-78^oC) ego mozhno hranit' ochen' dolgo. I ne tol'ko hranit', a i issledovat' vzaimodeistvie etih bescvetnyh kristallov s drugimi veshestvami. Diftorid kriptona - ves'ma aktivnyi okislitel'. On vytesnyaet hlor iz solyanoi kisloty i kislorod iz vody. Reagiruya s organicheskimi soedineniyami, on ne tol'ko okislyaet ih - inogda pri etom proishodit zamena hlora na ftor v organicheskoi molekule. Vprochem, mnogie organicheskie veshestva, naprimer etilovyi spirt, ot soprikosnoveniya s diftoridom kriptona vosplamenyayutsya. Cherez ftorid kriptona polucheny soedineniya etogo elementa s perehodnymi metallami; vo vseh etih soedineniyah est' i ftor. Obshaya formula takih soedinenii KrF⁺MeF^-₆. Isklyucheniya sostavlyayut soedineniya mysh'yaka i sur'my: Kr₂F₃⁺AsF^-₆, Kr₂F₃⁺SbF^-₆ i KrF⁺Sb₂F^-₁₁. V reakciyah s diftoridom kriptona kak ochen' sil'nym okislitelem byli polucheny nekotorye unikal'nye neorganicheskie soedineniya - pentaftorid zolota AuF₆, geptaftorid broma VrF₇, perbromaty.

Izvlechenie iz vozduha

Kripton poluchayut iz vozduha. No chtoby poluchit' litr elementa N&nbap;36, prihoditsya pererabotat' bolee milliona litrov vozduha. Tem ne menee, sovremennye masshtaby proizvodstva kisloroda pozvolyayut poputno izvlekat' dovol'no znachitel'noe, i s kazhdym godom vozrastayushie kolichestva kriptona.

Kak naimenee letuchie komponenty vozduha, kripton i ksenon skaplivayutsya v samoi "teploi" chasti vozduhorazdelitel'nogo apparata vmeste s zhidkim kislorodom. Iz nego-to i vydelyayut element N&nbap;36.

Ozhizhennuyu kislorodnuyu frakciyu napravlyayut v rektifikacionnuyu kolonnu, nizhnyaya chast', ili "pristroika", kotoroi (kondensator) ohlazhdaetsya zhidkim azotom. Zdes' poluchaetsya "bednyi" kriptonovyi koncentrat, soderzhashii 0,1...0,2% Kr; etot "bednyak" v 400 raz bogache kriptonom, chem ishodnyi kislorod.

Prezhde chem prodolzhit' rektifikaciyu, "bednyi" koncentrat ochishayut ot metana, acetilena i prochih uglevodorodov. Takaya operaciya neobhodima, chtoby isklyuchit' opasnost' vzryva na posleduyushih stadiyah otdeleniya kriptona. Mikroprimesi uglevodorodov v vozduhe est' vsegda. Prichiny ih poyavleniya: isparenie nefteproduktov, utechka prirodnogo gaza, bakterial'nyi raspad organicheskih ostatkov i, nakonec, promyshlennye vybrosy.

V. kontaktnyh apparatah pri 700^oC v prisutstvii katalizatora - CuO ili Al₂O₃ - bol'shaya chast' uglevodorodov vygoraet. Ochishennuyu smes' kisloroda i kriptona snova prevrashayut v zhidkost' i otpravlyayut vo vtoruyu rektifikacionnuyu kolonnu. Zdes' poluchayut uzhe bogatyi koncentrat - v nem 10...20% kriptona. No parallel'no opyat' vozrastaet soderzhanie uglevodorodov. I opyat' smes' perevoditsya v gazoobraznoe sostoyanie, i opyat' sleduet vyzhiganie uglevodorodov. Zatem ves' etot cikl povtoryaetsya eshe raz.

Okonchatel'naya kriptono-ksenonovaya smes' soderzhit 90...98% Kr+Xe. Dlya tonkoi ochistki etoi smesi ostatki kisloroda svyazyvayut vodorodom v vodu, a primes' azota udalyayut, propuskaya smes' nad struzhkami magniya, - azot reagiruet s nim, obrazuya nitrid.

Poslednii etap - razdelenie kriptona i ksenona. Zhidkuyu smes' opyat' prevrashayut v gaz i napravlyayut v adsorber s aktivirovannym uglem. Zdes' pri temperature 65...75^oC ksenon i nekotoroe kolichestvo kriptona pogloshayutsya uglem, a vyhodyashii iz adsorbera gaz soderzhit po men'shei mere 97% kriptona.

"Svetit' vsegda"

Proizvodstvo elektrolamp - glavnyi potrebitel' kriptona. Nebol'shie gribovidnye lampy s kriptonovym (ili kriptono-ksenonovym) napolneniem postepenno tesnyat lampy argono-azotnogo napolneniya, kotorye v svoe vremya vytesnili pustotnye i azotonapolnennye lampy.

Dostoinstva kriptona v lampah nakalivaniya ochevidny: on v 2,1 raza tyazhelee argona i pochti vdvoe huzhe provodit teplo. V bolee plotnom gaze zamedlyaetsya raspylenie raskalennoi vol'framovoi niti - eto uvelichivaet stabil'nost' svetovogo potoka. Malaya zhe teploprovodnost' kriptona sposobstvuet uvelicheniyu doli vidimogo izlucheniya v obshem potoke luchistoi energii. Kriptonovoe napolnenie v sravnenii s argonovym povyshaet moshnost' lamp na 5...15% i sroki sluzhby na 40...170%. Vdobavok napolovinu umen'shaetsya ob'em kolby.

Kriptonom zapolnyayut i gazosvetnye trubki nizkogo davleniya - preimushestvenno reklamnye. Ispol'zuyut etot gaz i v konstrukciyah lamp vysokogo davleniya. Yarkii belyi (s rozovatym ottenkom) svet takih lamp nuzhen v lakokrasochnoi i tekstil'noi promyshlennosti, pri osveshenii scen televizionnyh studii, pri kinos'emkah. Nekotorye iz takih lamp sluzhat moshnymi istochnikami infrakrasnogo izlucheniya.

Glavnoe naznachenie kriptona segodnya - "svetit' vsegda, svetit' vezde do dnei poslednih donca, svetit' - i nikakih gvozdei..." Vprochem, ne isklyucheno, chto budushie soedineniya kriptona i v proizvodstve gvozdei okazhutsya ne lishnimi.

Samaya postoyannaya

Eshe nedavno etalonom metra byl platino-iridievyi sterzhen', hranyashiisya v Sevre bliz Parizha. No s techeniem vremeni rosla neobhodimost' v tochnosti lineinyh izmerenii. Dragocennaya palka kak etalon uzhe ne udovletvoryala, i v 1960 g. zaklyuchili mezhdunarodnoe soglashenie, opredelyayushee metr, kak 1650763,73 dliny volny oranzhevoi linii stabil'nogo izotopa kripton-86.

Kripton - v zemlyu

Razvitie yadernoi energetiki obostrilo vopros zahoroneniya radioaktivnyh othodov, v tom chisle i kriptona-85. Chtoby isklyuchit' vybros ego v atmosferu i svyazannuyu s etim radiacionnuyu opasnost', predlozheno zakachivat' etot gaz pod zemlyu v poristye porody. Dlya etoi celi prigodny, v chastnosti, plasty vyrabotannyh gazovyh mestorozhdenii. Etot sposob primenyayut na praktike s serediny 50-h godov.

"Atomnye lampy"

V 1957 g. na nekotoryh zheleznyh dorogah i rudnikah SShA poyavilis' tak nazyvaemye atomnye lampy - predupreditel'nye svetyashiesya znaki, ne nuzhdayushiesya v elektropitanii. V etih lampah est' radioizotopy kriptona, v osnovnom ⁸⁵Kr; ih izluchenie vyzyvaet svechenie special'nogo sostava, nanesennogo na vnutrennyuyu poverhnost' reflektora. Svet takoi lampy viden na rasstoyanii 500m.

Chto govorit teoriya

Otkrytie istinnyh himicheskih soedinenii kriptona, ksenona i radona ne povleklo za soboi korennoi lomki nashih predstavlenii o himicheskoi svyazi. Sdvinulis' lish' akcenty. Vot, v obshih chertah, dve traktovki svyazi v molekule diftorida kriptona. Pri kontakte s takim aktivnym partnerom kak ftor, elektrony atoma kriptona perehodyat s p-orbitali na vakantnuyu d-orbital'; eto vedet k obrazovaniyu gibridnoi pd-orbitali, voznikaet kovalentnaya svyaz' mezhdu "partnerami".

Vtoraya traktovka: p-orbital' atoma kriptona, nesushaya dva elektrona, vstupaet vo vzaimodeistvie s dvumya odnoelektronnymi orbitalyami atoma ftora. Voznikaet smeshannaya kovalentno-ionnaya delokalizovannaya svyaz'.

---

<< Brom | Oglavlenie | Rubidii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Sm. takzhe: Proishozhdenie himicheskih elementov Konferenciya v chest' 150-letiya tablicy Mendeleeva Otkuda poyavilis' himicheskie elementy? Otkuda proizoshli himicheskie elementy? Stepeni desyatki Ostatok sverhnovoi Kassiopeya A v rentgenovskih luchah Tumannost' Rozetka v svete atomov vodoroda, kisloroda, sery Vse publikacii na tu zhe temu >>