KRYPTON. Definicja pojęcia

Krypton – jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu Kr i liczbie atomowej 36. Należy do grupy helowców – gazów szlachetnych. Nazwa krypton pochodzi od greckiego słowa κρυπτός, co oznacza kryptos, czyli ukryty.

Historia kryptonu
Charakterystyka kryptonu
Izotopy kryptonu
Występowanie kryptonu
Zastosowanie kryptonu

Historia kryptonu

Krypton został odkryty w Wielkiej Brytanii w 1898 r. przez szkockiego chemika Williama Ramsaya oraz angielskiego chemika Morrisa Traversa. Pierwiastek ten został odkryty wraz z neonem i argonem, jako pozostałość po odparowaniu prawie wszystkich składników ciekłego powietrza. Wszystkie te trzy pierwiastki zostały odkryte w podobny sposób przez tych naukowców zaledwie w odstępie kilka tygodni. Przy czym na początku zidentyfikowano krypton, a w późniejszym czasie neon i argon. Za opisanie szeregu gazów szlachetnych, w tym kryptonu w 1904 roku William Ramsay otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Charakterystyka kryptonu

Krypton jest jednym z produktów rozszczepienia uranu. Jest bezbarwnym i bezwonnym gazem szlachetnym. Helowiec ten charakteryzuje się kilkoma ostrymi liniami emisji czyli sygnaturami spektralnymi, z których najsilniejsze to zielony i żółty. Stały krypton jest biały i ma wspólną, charakterystyczną właściwość dla wszystkich gazów szlachetnych (z wyjątkiem helu) sześcienną strukturę krystaliczną.

Podobnie jak inne gazy szlachetne, krypton jest chemicznie wysoce niereaktywny (jedynie z rzadkimi wyjątkami). Ograniczona chemiczna reaktywność kryptonu w stanie utlenienia +2 jest podobna do reaktywności sąsiedniego bromu w stanie utlenienia +1. Do lat 60. XX wieku nie syntezowano żadnych związków gazu szlachetnego. W ekstremalnych warunkach krypton reaguje z fluorem, tworząc KrF₂. Odkryto także związki kryptonu z atomami innymi niż fluor. Na przykład kryształy wodorku kryptonu Kr(H₂)₄ mogą powstawać pod ciśnieniem powyżej 5 GPa.

Podstawowe dane o kryptonie. Źródło: shutterstock

Izotopy kryptonu

Naturalnie występujący krypton w ziemskiej atmosferze składa się z pięciu stabilnych izotopów (⁸⁰Kr, ⁸²Kr, ⁸³Kr, ⁸⁴Kr, ⁸⁶Kr.) oraz izotopu ⁷⁸Kr o tak długim okresie półtrwania (9,2*10²¹ lat), że można go uznać za stabilny. Ponadto znanych jest około trzydziestu niestabilnych izotopów i izomerów. Ślady izotopu ⁸¹Kr, czyli kosmogenicznego nuklidu wytwarzanego przez promień kosmiczny promieniowania ⁸⁰Kr występują również w naturze. Izotop ten jest radioaktywny, a okres półtrwania wynosi 230 000 lat.

Krypton jest bardzo lotny i nie pozostaje w roztworze wód powierzchniowych, natomiast ⁸¹Kr jest używany do datowania wód podziemnych mających od 50 000 do 800 000 lat. Izotop ⁸⁵Kr jest obojętnym i radioaktywnym gazem szlachetnym o okresie półtrwania wynoszącym 10,76 lat. Produkuje się go poprzez rozszczepienie z uranu i plutonu. Izotop ten uwalnia się podczas ponownego przetwarzania prętów paliwowych z reaktorów jądrowych.

Występowanie kryptonu

Istnieją doniesienia wskazujące na wysokie ilości kryptonu w kosmosie, lecz są one niepewne ze względu na to, że pomiary tej wartości jest pochodną aktywności ciał niebieskich, w tym wiatrów słonecznych. Na Ziemi jest on rzadki. Stężenie kryptonu w atmosferze wynosi około 1 ppm. Może być otrzymywany z ciekłego powietrza poprzez destylację frakcyjną.

Krypton po wzbudzeniu (w porównaniu do innych gazów szlachetnych). Źródło: shutterstock

Zastosowanie kryptonu

Krypton podobnie jak inne gazy szlachetne, wykorzystywany jest w oświetleniu i fotografii. Jego zastosowanie w fotografii obejmuje niektóre lampy fotograficzne, które wykorzystywane są do wykonywania szybkich zdjęć. Krypton łączy się z rtęcią aby tworzyć oświetlenie o jasnym zielonkawo-niebieskim kolorze, które jest wykorzystywane w znakach. Stosowany jest także w energooszczędnych świetlówkach, gdzie zmieszany jest z argonem. Co prawda zastosowanie to zmniejsza zużycie energii, ale także zmniejsza moc świetlną przy jednoczesnych podwyższonych kosztach w porównaniu do innych tego typu świetlówek. Na przykład koszt kryptonu jest około 100 razy większy niż koszt argonu.

Krypton wraz z ksenonem stosuje się również do napełniania lamp żarowych, co powoduje zmniejszenia parowania żarnika i umożliwia otrzymanie wyższych temperatur roboczych. A jaśniejsze światło daje więcej niebieskiego koloru niż tradycyjne żarówki. Efekt powodowany przez białe wyładowanie kryptonu jest czasami wykorzystywane jako efekt artystyczny w tzw. lampach neonowych. W obszarze czerwonej linii widmowej krypton wytwarza znacznie większą moc świetlną niż neon i dlatego czerwone lasery stosowane do laserowych pokazów świetlnych o dużej mocy są często laserami z wykorzystaniem kryptonu.

W dziedzinie badań nad energią syntezy jądrowej stosuje się laser, w którego skład wchodzi krypton. Laser ten ma wysoką wartość jednorodności wiązki, krótką długość fali, a wielkość pola może być zmieniana. Ponadto w eksperymentalnej fizyce cząstek elementarnych ciekły krypton służy do budowy quasi-jednorodnych kalorymetrów elektromagnetycznych.

Inne zastosowania kryptonu to:

uszczelnione zespoły iskierników w wzbudnikach zapłonu w niektórych starszych silnikach odrzutowych,
obrazowanie dróg oddechowych w rezonansie magnetycznym (MRI) poprzez umożliwienie radiologowi rozróżnienie powierzchni hydrofobowych od hydrofilowych,
ocena wentylacji w tomografii komputerowej (CT),
w medycynie nuklearnej do wentylacji/perfuzji skanowania,
jako gaz izolacyjny między szybami okiennymi,
jako paliwo w elektrycznym układzie napędowym przez SpaceX Starlink.

Krypton wykorzystuje się między innymi jako laser. Źródło: shutterstock

Bibliografia

Bajc M., Neilly J.B., Miniati M., Schuemichen C., Meignan M., Jonson B. 2009. ; “EANM guidelines for ventilation/perfusion scintigraphy. ”; European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging 36 (8): 1356–1370.;
Challoner J. 2018. ; “Pierwiastki, czyli z czego zbudowany jest wszechświat. ”; Publicat, Poznań.;
Chon D., Beck K.C., Simon B.A., Shikata H., Saba O.I., Hoffman E.A. 2007. ; “Effect of low-xenon and krypton supplementation on signal/noise of regional CT-based ventilation measurements.”; Journal of Applied Physiology 102 (4): 1535–1544.;
Gavrilyuk Yu.M., Gangapshev A.M., Kazalov V.V., Kuzminov V.V., Panasenko, S. I.; Ratkevich, S. S. (4 March 2013); “Indications of 2ν2K capture in 78Kr. ”; Phys. Rev. C. 87 (3): 035501.;
Kimothi S.K. 2002. ; “The uncertainty of measurements: physical and chemical metrology: impact and analysis. ”; American Society for Quality.;
Linde D.R. (red.) 2000. ; “The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics, 81st edition. ”; CRC Press, Boca Raton.;
Meija J., Coplen T.B., Berglund M.H., Brand W.A., Bièvre P.D., Groening M., Holden N.E., Irrgeher J., Loss R.D., Walczyk T., Prohaska T. 2016. ; “Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). ”; Pure and Applied Chemistry 88: 265–291.;
Pavlovskaya G.E., Cleveland Z.I., Stupic K.F., Basaraba R.J., Meersmann T. 2005. ; “Hyperpolarized krypton-83 as a contrast agent for magnetic resonance imaging. ”; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (51): 18275–9. ;
Sethian J., Friedman M.,Myers M. 2007.; “Krypton Fluoride Laser Development for Inertial Fusion Energy. ”; Plasma Physics Division, Naval Research Laboratory.;
Shuen-Chen H., Lein R.D., Morgan D.A. 2005. ; “Noble Gases. ”; Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley. ;