Газ криптон — происхождение и промышленное применение. Всё о химии Что такое криптон

В 1898 году английский учёный У.Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты два газа: криптон (от греческого слова kruptoz "скрытый", "секретный") и ксенон ("чуждый", "необычный").

Нахождение в природе, получение:

Содержание криптона в атмосфере 1,14*10 -4 % по объему; запасы в атмосфере оцениваются в 5,3*10 12 м 3 . В газах урансодержащих минералов находится 2,5-3,0% по массе криптона, в облученном топливе ядерных реакторов - до 0,04%. В космосе на 6*10 7 атомов гелия приходится 1 атом криптона. Образуется при ядерном делении, в том числе и в результате естественных процессов, происходящих в рудах радиоактивных металлов.
В природе криптон представлен пятью стабильными нуклидами и одним слаборадиоактивным: 78 Kr (изотопная распространённость 0,35 %), 80 Kr (2,28 %), 82 Kr (11,58 %), 83 Kr (11,49 %), 84 Kr (57,00 %), 86 Kr (17,30 %). Для обнаружения криптона используют эмиссионную спектроскопию (характеристические линии 557,03 нм и 431,96 нм). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.
Криптон получают как побочный продукт при разделении воздуха. Чтобы получить литр криптона, приходится переработать более миллиона литров воздуха.

Физические свойства:

Криптон - инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Tкип = -153,22°C, Тпл = -157,37°C. Плотность (н.у.)=3,745 кг/м3.В 100 мл воды при 20°C растворяется 5,4 мл Kr.

Химические свойства:

Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором, образуя дифторид криптона. Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr-O (Kr(OTeF 5) 2).В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью криптон - углерод (H-Kr-C#CH - гидрокриптоацетилен) путем фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице. Криптон способен образовывать клатраты Kr*6H 2 O, Kr*3C 6 H 5 OH

Важнейшие соединения:

Дифторид криптона KrF 2 - летучие бесцветные кристаллы, первое открытое соединение криптона. Неустойчив, легко разлагается на фтор и криптон, химически очень активен. Бурно реагирует с водой (выше 10 °C со взрывом):
2KrF 2 + 2H 2 O = 2Kr + 4HF + O 2 .
Очень сильный фторирующий агент: 2Au + 5KrF 2 = 2AuF 5 + 5Kr
Проявляет свойства слабого основания Льюиса: SbF 5 + KrF 2 = .
Полученное соединение достаточно устойчиво и имеет температуру плавления 50°С.
Тетрафторид криптона KrF 4 , - белые кристаллы. Химически очень активен. При повышенных температурах разлагается на фтор и криптон. Действием раствора Ba(ОН) 2 на KrF 4 получен криптонат бария ВаКrО 4:
3KrF 4 + 8Ba(ОН) 2 = 2ВаКrО 4 + 6BaF 2 + 8H 2 O + Kr
Однако существование криптоната бария нельзя считать вполне даказанным.

Применение:

Криптон используют для наполнения ламп накаливания, газоразрядных и рентгеновских трубок. Низкая теплопроводность криптона позволяет делать эти устройства более компактными. Фториды криптона предложены в качестве окислителей ракетного топлива и в качестве компоненты для накачки боевых лазеров. Используется криптон в качестве заполнения пространства между стеклами в стеклопакете для придания стеклопакету повышенных теплофизических и звукоизоляционных свойств.

Биологическая роль и токсичность:

Воздействие криптона на живые организмы изучено плохо. Исследуются возможности его использования в водолазном деле в составе дыхательных смесей и при повышенном давлении как средство для анестезии. Отмечено, что при вдыхании газовых смесей, содержащих криптон, наблюдается наркотический эффект.

Сагидулина Ильмира
ХФ ТюмГУ, 581 группа. 2011 г.

Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Криптон
Сайт "XuMuk.ru", Химическая энциклопедия:

Обратите внимание: наша статья рассказывает не о планете Криптон, родине Супермена, а об одноименном газе.

Активно применяемые в промышленности гелий, неон и аргон относятся к «благородным» газам, поскольку не вступают в реакцию с другими элементами периодической системы Менделеева. К этому семейству можно добавить газ криптон (химическое обозначение — Kr), который так же инертен, как и вышеперечисленные элементы, при этом обладает полезными характеристиками, нашедшими применение в светотехнике, медицине и лазерной технологии.

О принципе работы и эксплуатации промышленных газовых лазеров вы можете прочитать в статье лазерная резка металлов , а мы продолжим рассказывать про Kr.

История открытия газа

Открытие Kr для широкой общественности датируется концом 19 века. Это достижение принадлежит британскому химику Уильяму Рамзаю. Уникальную «находку» удалось зафиксировать только со второй попытки, так как изначально название «криптон» было ошибочно применено к другому химическому элементу, который после проведения дополнительных экспериментов оказался гелием.

Что касается газа криптона, то его обнаружение можно отнести к случайностям, поскольку целенаправленно поиск нового химического элемента никто не проводил. Выполняя один из опытов по добыче гелия из жидкого воздуха, Рамзай обнаружил неизвестный компонент с характерным свечением. Учитывая, насколько хорошо он был «спрятан», ученый выбрал соответствующее название, которое в переводе с греческого означает «скрытый» или «секретный».

Одним их способов происхождения Kr является радиоактивный распад. Однако среди ученых существуют и другие гипотезы возникновения данного компонента на Земле. По одной из версий, он образовался в недрах планеты благодаря распаду трансурановых элементов (плутоний, нептуний), ныне не существующих в естественной форме, однако способных воспроизводиться искусственным путем. Приверженцы альтернативной теории отмечают происхождение газа во Вселенной, тогда как в атмосферу Земли он попал исключительно из-за своей массы.

Он чрезвычайно редок и добывается только из атмосферы. В кубометре воздуха Kr занимает объем около 1 см3, точнее — 0.000114% — то есть для получения 1 литра необходимо переработать примерно 900 000 л воздуха. Иных источников Kr нет.

установки по добыче

Стоимость Kr марки 5.0 — около 80-90р\л, но есть один нюанс — в 40л баллоне содержится 6 000 литров Kr (при давлении 150 атм). Таким образом, цена одного баллона приближается к отметке 600 000 рублей. Цифра 5.0 означает чистоту 99.999, подробнее о порядках марок читайте . Также отметим, что каждая девятка после запятой в цифре, обозначающей марку чистоты, усложняет технический процесс добычи и детектирования, чем значительно увеличивает сумму счета.

Какими свойствами обладает газ криптон

Как уже отмечалось, это инертный газ. Его способность взаимодействовать с другими химическими компонентами крайне мала (в жестких условиях Kr может взаимодействовать со фтором и ацетиленом). К остальным полезным характеристикам можно отнести следующее:

• отсутствие вкуса, цвета и запаха;
• отсутствие способности воспламеняться;
• большая масса, троекратно превышающая массу воздуха и двукратно массу воды;
• температура жидкой фракции: -153 °C;
• температура твердой фракции: -157 °C;
• в стандартных условиях возможно возникновение свечения с зелено-голубым оттенком.

Поскольку Kr быстро растворяется в жидкости, он способен оказывать наркотическое воздействие на человека. Тем не менее, опасности для организма это вещество не представляет.

Применение в промышленности

Наиболее известное использование Kr - производство электроламп. Он тяжелее аргона, поэтому повышает стабильность светового потока. Кроме того, он плохо пропускает тепло, тем самым увеличивая полезную мощность ламповых светильников. Именно низкая теплопроводность способствовала активному применению этого вещества при производстве стеклопакетов. Заполняя внутреннее пространство инертным компонентом, удается существенно повысить теплоизоляционные свойства окон.

разряд в Kr

Наряду с гелием и аргоном, он также применяется для производства лазерного луча, мощность которого позволяет раскраивать любой материал, в том числе тугоплавкие виды металла. Для таких целей используются газовые смеси особой чистоты , о чем более подробно можно прочитать по ссылке.

инертные газы

Еще одной важной сферой применения Kr является медицина. С его помощью создается безопасная газовая среда для проведения анестезии. При этом относительно небольшая анестетическая сила позволяет использовать такой наркоз при повышенном давлении. Также с его помощью изучают работу легких, т.к. он является источником бета-излучения. Пациент вдыхает порцию газа, а его распространение по дыхательным органам фиксируется с помощью гамма-камер.

К сожалению, криптон не даст вам силу Супермена, но тем не менее он очень востребован во многих отраслях деятельности, как и другие инертные технические моногазы.

Кстати, аргон и гелий можно приобрести в компании «Промтехгаз» . Высокое качество данной продукции позволяет с успехом применять ее для разных производственных целей, в том числе для эксплуатации лазерного оборудования.

Крипто́н - элемент главной подгруппы восьмой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 36. Обозначается символом Kr (лат. Krypton). Простое вещество криптон (CAS-номер: 7439-90-9) - инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

История

Входит в группу инертных газов в периодической таблице. В 1898 году английский учёный У.Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»). Название происходит от греч. κρυπτός - скрытый.

Определение

Качественно криптон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 557,03 нм и 431,96 нм). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.

Химические свойства

Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором, образуя дифторид криптона. Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr-O (Kr(OTeF 5) 2).
В 1965 году было заявлено о получении соединений состава KrF 4 , KrO 3 ·H 2 O и BaKrO 4 . Позже их существование было опровергнуто.
В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью C-Kr (HKrC≡CH - гидрокриптоацетилен) путем фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице.

Получение

Получается как побочный продукт в виде криптоно-ксеноновой смеси в процессе разделения воздуха на промышленных установках.
В процессе разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации производится постоянный отбор фракции жидкого кислорода содержащей жидкие углеводороды, криптон и ксенон (отбор фракции кислорода с углеводородами необходим для обеспечения взрывобезопасности).
Для извлечения Kr и Xe из отбираемой фракции удаляют углеводороды в каталитических печах при t=500-600 С и направляют в дополнительный ректификационную колонну для удаления кислорода, после обогащения Kr+Xe смеси до 98-99 % её повторно очищают в каталитических печах от углеводородов, а затем в блоке адсорберов заполненных силикагелем (или другим адсобентом).
После очистки смеси газов от остатков углеводородов и влаги её закачивают в баллоны для транспортировки на установку разделения Kr и Xe (это связано с тем, что не на каждом предприятии, эксплуатирующем воздухоразделительные установки, существует установка разделения Kr и Xe).
Дальнейший процесс разделения Kr и Xe на чистые компоненты происходит по следующей цепочке: удаление остатков углеводородов на контактной каталитической печи, заполненной окисью меди при температуре 300-400 С, очистка от влаги в адсорбере, заполненном цеолитом, охлаждение в теплообменнике, подача на разделение в ректификационной колонне № 1 где из кубового пространства (нижняя часть ректификационной колонны) колонны отбирается жидкий Xе и направляется в колонну № 3, где он доочищается от примеси Kr, а затем выкачивается при помощи мембранного компрессора в баллоны. Газообразный Kr отбирается из под крышки конденсатора колонны № 1 и направляется в колонну № 2, где он очищается от остатков азота, кислорода, аргона (температура их кипения значительно ниже температуры кипения криптона). Из кубового пространства колонны № 2 отбирается чистый криптон и закачивается мембранным компрессором в баллоны.
Процесс разделения смеси криптона и ксенона может вестись как непрерывно, так и циклично, по мере накопления сырья (смеси) для переработки.

На нашей планете существует множество различных соединений, органических и минеральных веществ. Так, человеком открыто, синтезировано и используется свыше полутора миллионов структур из мира органики и более 500 тысяч вне его. И каждый год эта цифра растет, так как развитие химической отрасли не стоит на месте, страны мира активно развивают и продвигают ее.

Но удивительно даже не это. А то, что все это многообразие веществ построено всего из 118 химических элементов. Вот это действительно здорово! химических элементов является той основой, которая графически отражает многообразие органического и неорганического мира.

Классификация химических элементов

Существует несколько вариантов градации данных структур. Так, таблица Менделеева по химии делится условно на две группы:

• элементы-металлы (большая часть);
• неметаллы (меньшая часть).

При этом первую составляют элементы, находящиеся ниже условной диагональной границы от бора до астата, а вторую - те, что выше. Однако из этой классификации есть исключения, например, олово (существует в альфа- и бета-форме, одна из которых - металл, а друга - неметалл). Поэтому назвать такой вариант разделения абсолютно справедливым нельзя.

Также периодическая система химических элементов может быть классифицирована по свойствам последних.

1. Обладающие основными свойствами (восстановители) - типичные металлы, элементы 1,2 группы главных подгрупп (кроме бериллия).
2. Обладающие кислотными свойствами (окислители) - типичные неметаллы. Элементы 6,7 групп главных подгрупп.
3. Амфотерные свойства (двойственные) - все металлы побочных подгрупп и некоторые из главных.
4. Элементы-неметаллы, проявляющие себя и как восстановители, и как окислители (в зависимости от условий реакции).

Чаще именно так изучаются химические элементы. 8 класс школы предполагает изначальное изучение всех структур с запоминанием символа, названия и произношения на русском языке. Это обязательное условие для грамотного овладения химией в дальнейшем, основа всего. Таблица Менделеева по химии всегда находится в поле зрения детей, однако знать самые распространенные и химические активные из них все же следует.

Особую группу в данной системе занимает восьмая по счету. Ее элементы главной подгруппы имеют название инертных - благородных - газов за свои завершенные электронные оболочки и, как следствие, малую химическую активность. Один из них - криптон, под номером 36 - будет рассмотрен нами подробнее. Остальные его собратья по таблице также являются благородными газами и используются человеком очень широко.

Криптон - химический элемент

Данный обитатель Периодической системы располагается в четвертом периоде, восьмой группе, главной подгруппе. Порядковый номер, а значит, и количество электронов, и заряд ядра (количество протонов) = 36. Отсюда можно сделать вывод о том, какой будет электронная формула криптона. Запишем ее: + 36 Kr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 .

Очевидно, что атома полностью завершен. Это и определяет очень низкую химическую активность данного элемента. Тем не менее при определенных условиях все же удается заставить вступать в некоторые реакции такой устойчивый газ, как криптон. Химический элемент, а точнее, его положение в системе, электронное строение, позволяют получить и еще одну немаловажную характеристику атома: валентность. То есть способность образовывать химические связи.

Обычно мы говорим, что она практически всегда для невозбужденного состояния атомов равна номеру группы, в которой он находится (если считать с первой по четвертую по порядку, а затем наоборот, 1234321). Однако же валентность криптона в эти рамки не вписывается, так как без сообщения дополнительной энергии, то есть без возбуждения атома, он вообще абсолютно инертен и его валентность равна нулю.

Если все же добиться возбуждения его атома, то электроны могут расспариваться и переходить на свободную 4d орбиталь. Отсюда возможные валентности криптона: 2,4,6. Степени окисления соответствующие со знаком + (+2,+4,+6).

История открытия

После открытия инертных газов - аргона в 1894 году, гелия в 1985 г. - спрогнозировать и подтвердить возможность существования в природе других подобных газов особого труда для ученых не составило. Основные усилия на этом пути прилагал У. Рамзай, который и открыл аргон. Он справедливо считал, что в воздухе есть еще инертные газы, однако количество их настолько ничтожно, что техника не может зафиксировать их присутствие.

Поэтому открыт элемент криптон был только через несколько лет. В 1898 году из воздуха был выделен газ неон, а вслед за ним и другое инертное соединение, которое за трудность отыскания и выделения было решено назвать криптоном. Ведь в переводе с греческого "криптос" означает скрытый.

Обнаружить долгое время его не удавалось, это было очень трудно. Подтверждает этот факт то, что в одном кубическом метре воздуха содержится один миллилитр газа. То есть объем меньше наперстка! Чтобы возможно было вещество изучить, потребовалось сто кубических сантиметров жидкого воздуха. К счастью, именно в этот период ученым удалось разработать методы получения и сжижения воздуха в больших количествах. Такой поворот дела позволил одержать успех У. Рамзаю в открытии элемента криптона.

Данные спектроскопии подтвердили предварительные заключения о новом веществе. "Скрытый" газ имеет совершенно новые линии в спектре, которых не было ни в одном соединении на тот момент времени.

Образуемое простое вещество и его формула

Если криптон - химический элемент, относящийся к инертным газам, логично предположить, что его простое вещество будет летучей молекулой. Так и есть. Простое вещество криптона - одноатомный газ с формулой Kr. Обычно мы привыкли видеть газы с индексом "2", например, О 2 , Н 2 и так далее. Но у этого элемента все иначе благодаря принадлежности к семейству благородных газов и завершенной электронной оболочке атома.

Физические свойства

Как и у любого другого соединения, у данного также есть свои характеристики. Физические свойства криптона следующие.

1. Очень тяжелый газ - в три раза превосходит воздух.
2. Не имеет вкуса.
3. Бесцветный.
4. Не имеет запаха.
5. Температура кипения -152 0 С.
6. Плотность вещества при обычных условиях 3,74 г/л.
7. Температура плавления -157,3 0 С.
8. Энергия ионизации высокая, составляет 14 эВ.
9. Электроотрицательность также достаточно велика - 2,6.
10. Растворим в бензоле, незначительно в воде. С повышением температуры жидкости растворимость падает. Также смешивается с этанолом.
11. При комнатной температуре обладает диэлектрической проницаемостью.

Таким образом, газ криптон обладает достаточным количеством характеристик, чтобы вступать в химические реакции и быть полезным человеку своими свойствами.

Химические свойства

Если перевести криптон (газ) в твердое состояние, то он кристаллизуется в пространственную гранецентрическую кубическую решетку. В таком состоянии он также способен вступать в химические реакции. Они весьма немногочисленны, но все же существуют.

Есть несколько типов веществ, которые удалось получить на основе криптона.

1. Образует клатраты с водой: Kr . 5,75Н 2 О.

2. Формирует их же с органическими веществами:

• 2,14Kr . 12С 6 Н,ОН;
• 2,14Kr . 12С 6 Н 5 СН 3;
• 2Kr . CCl 4 . 17H 2 O;
• 2Kr . CHCL 3 . 17H 2 O;
• 2Kr . (СН 3) 2 СО. 17H 2 O;
• 0,75 Kr . ЗС 6 Н 4 (ОН) 2.

3. В жестких условиях способен реагировать с фтором, то есть окисляться. Таким образом, формула криптона с реагентом принимает вид: KrF 2, или дифторид криптона. Степень окисления в соединении +2.

4. Сравнительно недавно сумели синтезировать соединение, которое включает связи между криптоном и кислородом: Kr-O(Kr(OTeF 5) 2).

5. В Финляндии получили интересное соединение криптона с ацетиленом, названное гидрокриптоацетилен: HKrC≡CH.

6. Фторид криптона (+4) также существует KrF 4. При растворении в воде данное соединение способно формировать слабую и неустойчивую криптоновую кислоту, от которой известны лишь соли бария: BaKrO 4 .

7. Формула криптона в соединениях, произведенных от его дифторида, выглядит так:

• KrF + SbF 6 - ;
• Kr 2 F 3 + AuF 6 - .

Таким образом, получается, что, несмотря на химическую инертность, данный газ проявляет восстановительные свойства и способен вступать в химические взаимодействия при очень жестких условиях. Это дает химикам всего мира зеленый свет в исследовании возможностей "скрытого" компонента воздуха. Возможно, что вскоре будут синтезированы новые соединения, которые найдут широкое применение в технике и промышленности.

Определение газа

Существует несколько основных способов определения данного газа:

• хроматография;
• спектроскопия;
• методы абсорбционного анализа.

Есть еще несколько элементов, определяемых этими же способами, их также разместила в себе таблица Менделеева. Криптон, ксенон, радон - самые тяжелые из благородных газов и самые неуловимые. Поэтому для их обнаружения и требуются такие сложные физико-химические методы.

Способы получения

Основной способ получения - это переработка сжиженного воздуха. Но из-за малого количественного содержания криптона в нем приходится перерабатывать миллионы кубических метров для добычи небольшого количества благородного газа. В целом процесс происходит в три основных этапа.

1. Обработка воздуха на специальных воздухоразделительных колоннах. При этом происходит разделение общего потока веществ на более тяжелые фракции - смесь углеводородов и благородных газов в жидком кислороде, а также более легкие - многочисленные газы-примеси. Так как большая часть веществ взрывоопасна, то в колонне существует специальная отводящая труба, по которой сразу отделяются самые тяжелые компоненты. Среди них и криптон. На выходе он сильно загрязнен посторонними примесями. Чтобы получить чистейший продукт, его необходимо в дальнейшем подвергнуть ряду специфических химических обработок специальными растворителями.
2. На этом этапе получают смесь криптона и ксенона, загрязненную углеводородами. Для очистки используют специальные устройства, в которых окислением и адсорбцией смесь избавляют от большинства ненужных компонентов. При этом сама смесь благородных газов остается неразделенной между собой. Кроме того, весь процесс происходит под большим давлением, вызывающим переход газов в жидкое состояние.
3. На заключительном этапе следует разделение итоговой смеси газов с получением особо высоко чистого криптона и ксенона. Для этого создана специальная уникальная установка, технически совершенная для данного процесса. Результатом является получение высококачественного продукта в виде газообразного криптона.

Интересно, что все описанные процессы могут происходить циклично, без прекращения производства, если исходного сырья - воздуха - будет поставляться должное количество. Это позволяет осуществлять синтез благородных газов, в том числе и криптона, в очень значительных промышленных масштабах.

Хранение и транспортировка продукта осуществляется в специальных металлических баллонах с соответствующей надписью. Они находятся под давлением, и температура их хранения не превышает 20 0 С.

В естественных условиях содержится не просто элемент криптон, а его изотопы. Всего выделяют шесть разновидностей, устойчивых в природных условиях:

• криптон-78 - 0,35%;
• криптон-80 - 2,28%;
• криптон-82 - 11,58 %;
• криптон-83 - 11,49%;
• криптон-84 - 57%;
• криптон-86 - 17,3%.

Где же содержится данный газ? Конечно же там, откуда его и выделили впервые - в воздухе. Процентное содержание очень невелико - всего 1,14*10 -4 %. Также постоянное пополнение данным благородным газом запасов в природе происходит благодаря ядерным реакциям внутри литосферы Земли. Именно там формируется значительная часть устойчивых изотопных разновидностей данного элемента.

Использование человеком

Современная техника позволяет получать криптон из воздуха в больших количествах. И есть все основания предполагать, что он скоро заменит инертный аргон в электрических лампочках. Ведь, наполненные криптоном, они станут экономичнее: при том же расходе энергии они будут служить гораздо дольше и светить ярче. Также лучше выдерживать перегрузки, по сравнению с обычными, которые заполнены смесью азота и аргона.

Это можно объяснить малоподвижностью крупных и тяжелых молекул криптона, которые замедляют передачу тепла от стекла лампочки к нити накаливания и уменьшают испарение атомов вещества с ее поверхности.

Также радиоактивный изотоп криптона 85 Kr используется для наполнения специальных ламп, так как способен излучать бета-лучи. Эта энергия излучения превращается в видимый свет. Такие лампы состоят из стеклянного баллона, внутренние стенки которого покрыты фосфоресцирующим составом. Бета-лучи изотопа криптона, попадая на этот слой, вызывают его свечение, которое отлично заметно даже на расстоянии 500 м.

На расстоянии до 3 метров можно отчетливо видеть даже печатный текст. Лампы долговечны, так как период полураспада изотопа криптона 85 составляет около 10 лет. Работают устройства независимо от источника тока и внешних условий.

Также фториды криптона находят применение в качестве окислителей Соединение состава Kr-F используется в производстве Некоторые изотопы криптона используются в медицине. В основном для диагностики оборудования, обнаружения перфораций и утечек в вакуумных установках, прогнозирования и выявления коррозии, в качестве контроля над износом деталей аппаратуры.

Еще один вариант использования криптона - это которые им заполнены. Современные ученые ищут пути применения данного газа в качестве наполнителя в составе дыхательных смесей для погружения в воду. Может быть реализовано использование его и в качестве анестетика в медицине.

	Kr	36			Криптон
					t o кип. (o С)	153,35	Степ.окис.	+2
					t o плав.(o С)	-157,37	Плотность	3,745 г/л
	4s 2 4p 6				ОЭО	2,94	в зем. коре	0,000114 % (в атмосфере)

Впервые криптоном был назван газ, выделенный Уильямом Рамзаем из минерала клевеита. Но очень скоро пришлось это имя снять и элемент «закрыть». Английский спектроскопист Уильям Крукс установил, что газ не что иное, как уже известный по солнечному спектру гелий. Спустя три года, в 1898 году, название «криптон» вновь появилось, его присвоили новому элементу, новому инертному газу.

Открыл его опять же Рамзай, и почти случайно - «шел в дверь, попал в другую». Намереваясь выделить гелий из жидкого воздуха, ученый вначале пошел было по ложному следу: он пытался обнаружить гелий в высококипящих фракциях воздуха. Разумеется, гелия, самого низкокипящего из всех газов, там не могло быть, и Рамзай его не нашел. Зато он увидел в спектре тяжелых фракций желтую и зеленую линии в тех местах, где подобных следов не оставлял ни один из известных элементов.

Так был открыт криптон, элемент, имя которого в переводе с греческого значит «скрытный». Название несколько неожиданное для элемента, который сам шел в руки исследователя.

Родословная криптона

Известно, что гелий, радон, почти весь аргон и, вероятно, неон нашей планеты имеют радиогенное происхождение, то есть они - продукты радиоактивного распада. А как обстоит дело с криптоном?

Среди известных природных ядерных процессов, порождающих криптон, наибольший интерес представляет самопроизвольное деление ядер урана и тория.

В 1939 году Г. Н. Флеров и К. А. Петржак установили, что в природе (очень редко) происходит самопроизвольное расщепление ядер урана-238 на два осколка примерно равной массы. Еще реже таким же образом делятся ядра 232 Тh и 235 U. Осколки - это атомы изотопов средней части периодической системы элементов. Будучи неустойчивыми («перегруженными» нейтронами), эти осколки проходят по цепи последовательных бета-распадов. Среди конечных продуктов распада есть и стабильные тяжелые изотопы криптона.

Подcчеты, однако, показывают, что радиоактивный распад (включая деление урана-235 медленными нейтронами) не главный «изготовитель» криптона. За время существования Земли (если считать его равным 5 миллиардам лет) эти процессы смогли выработать не более двух-трех десятых процента существующего на нашей планете элемента № 36. Откуда в таком случае основная его масса?

Сегодня на этот вопрос даются два обоснованных, но разных по смыслу ответа.

Часть ученых считает, что земной криптон возник в недрах планеты. Прародителями криптона были трансурановые элементы, некогда существовавшие на Земле, но теперь уже «вымершие». Следы их существования усматривают в том, что в земной коре есть элементы-долгожители нептуниевого радиоактивного ряда (ныне целиком искусственно воссозданного). Другой подобный след - микроколичества плутония и нептуния в земных минералах, хотя они могут быть и продуктами облучения урана космическими нейтронами.

В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что искусственно полученные актиноиды (не все, но многие) - активные «генераторы» криптона. Их ядра самопроизвольно делятся намного чаще, чем ядра атомов урана. Сравните периоды полураспада по спонтанному делению: 8,04 10 15 лет - для урана-238 и всего 2000 лет - для калифорния-246. А для фермия и менделевия соответствующие периоды полураспада измеряются всего лишь часами.

Иного мнения придерживается другая группа. На их взгляд, земной криптон (как и ксенон) пришел на Землю из Вселенной, в процессе зарождения Земли. Он присутствовал еще в протопланетном облаке, его сорбировала первичная земная материя, откуда он потом, при разогреве планеты, выделился в атмосферу.

Это мнение тоже опирается на факты. В его пользу говорит, в частности, то, что криптон - газ тяжелый, малолетучий и относительно легко конденсирующийся (в отличие от иных компонентов первичной атмосферы) вряд ли смог бы оставить Землю на первых фазах ее формирования.

Кто же прав? Скорее всего, правы обе стороны: криптон нашей планеты, вероятно, представляет собою смесь газов как космического, так и земного происхождения. По данным исследований последних лет, земного намного больше.

Что же представляет собой эта смесь?

Глазами физика и химика

Газообразный криптон в 2,87 раза тяжелее воздуха, а жидкий - в 2,14 раза тяжелее воды. Криптон превращается в жидкость при -153,2° С, а уже при -157,1° С он отвердевает. Заметим попутно, что малые температурные интервалы между жидким и твердым состояниями характерны для всех благородных газов. Это свидетельствует о слабости сил межмолекулярного взаимодействия, что вполне естественно: у этих атомов «замкнутые», целиком заполненные электронные оболочки. Молекула криптона одноатомна.

Криптон - достаточно редкий и рассеянный газ. На Земле его больше всего в атмосфере-3 10 -40 % (по весу). Содержание криптона в атмосфере очень медленно (даже в масштабах геологических эпох) нарастает: криптон «выдыхают» некоторые минералы.

Природный криптон состоит из шести стабильных изотопов: 78 Kr, 80 Kr, 82 Kr, 83 Kr, 84 Kr и 86 Kr. И все они есть в горных породах, природных водах и атмосфере. Обильнее прочих представлен 84 Kr, на его долю приходится 56,9% атмосферного криптона.

В ядерных реакциях искусственно получены 19 радиоактивных изотопов криптона - с массовыми числами от 76 до 97. Некоторые из этих изотопов нашли применение как радиоактивные индикаторы и генераторы излучения. Особо важным оказался криптон-85 - почти чистый бета-излучатель с периодом полураспада 10,3 года.

Спектр криптона изобилует линиями во всем видимом диапазоне, особенно в коротковолновой области. Самые яркие линии расположены между 4807 и 5870 ангстрем, оттого в обычных условиях криптон дает зеленовато-голубое свечение.

Благодаря хорошей растворимости в жидкостях организма криптон при парциальном давлении 3,5 атм уже оказывает наркотическое действие на человека.

А теперь о химии криптона.

В атоме криптона 36 электронов, распределенных на четырех энергетических уровнях (оболочках). Это обстоятельство в физическом и отчасти химическом смысле приближает криптон к обычным, «нормальным» газам. Почему?

В атомах тяжелых элементов нулевой группы внешние электронные оболочки замкнутые. Но будучи сравнительно отдаленными от ядра, оболочки получают некоторую автономность. Чем тяжелее атомы инертного газа, тем больше их способность объединяться в «агрегаты» с другими атомами. Более 30 лет назад были открыты первые соединения тяжелых инертных газов. Криптон, ксенон и радон вступили в реакции с химически активными фтором и кислородом.

Химия «инертных» газов (теперь без кавычек не обойтись) - новая область науки. Но возникла она не на голом месте. Еще в первой четверти XX века ученые наблюдали образование в электрическом разряде ионизированных молекул инертных газов и как будто бы соединений этих газов с другими элементами. Вне разряда эти образования быстро распадались, и первые сообщения о соединениях инертных газов казались малообоснованными.

Позже стали известны кристаллические клатратные соединения криптона с Н2О, H2S, SO2 галогеноводородами, фенолами, толуолом и другими органическими веществами. Они устойчивы даже при комнатной температуре под давлением 2-4 атм. Но еще в 40-х годах советский ученый Б. А. Никитин показал, что в клатратных соединениях связь молекулярная, в них валентные электроны не взаимодействуют.

В 1933 году Лайнус Полинг, позже дважды лауреат Нобелевской премии, развивая представление о валентных связях, предсказал возможность существования фторидов криптона и ксенона. Но лишь в 1962 году было получено первое такое соединение - гекса-фтороплатинат ксенона. Вслед за тем были синтезированы фториды и окислы криптона, ксенона, радона и многочисленные их производные.

Разумеется, соединения криптона и других благородных газов получить не легко. Так, кристаллический KrF2 был получен в результате воздействия тихого электрического разряда на смесь из фтора, криптона и аргона в молярном отношении 1:70:200. Условия реакции: давление - 20 мм ртутного столба, температура - минус 183° С. В сходных условиях образуется и тетрафторид криптона KrF4. При комнатной температуре оба фторида разлагаются, причем дифторид - со взрывом. Но при температуре сухого льда (-78° С) и ниже эти бесцветные кристаллы довольно устойчивы.

А по химическим свойствам это весьма активные окислители, вытесняющие хлор из соляной кислоты и кислород из воды. Они реагируют с органическими соединениями, замещая в них водород на фтор. Бумага, этиловый спирт и многие другие соединения от соприкосновения с KrF2 и KrF4 воспламеняются. Как компактные и достаточно удобные в обращении фторирующие агенты фториды криптона уже приобрели прикладное значение.

Известны соединения криптона с кислородом, а также нестабильная криптоновая кислота KrО3 Н2О и ее бариевая соль, которой приписывают формулу ВаKrО4. Последние соединения мало изучены. Характерно, что кислородные соединения криптона пока удается получить только через фториды, то есть сначала получают соединения благородного газа с фтором, а уже потом кислородное соединение.

Извлечение из воздуха

Криптон, получают из воздуха. Но чтобы получить литр элемента № 36, приходится переработать более миллиона литров воздуха. Тем не менее современные масштабы производства кислорода позволяют попутно извлекать довольно значительные и с каждым годом возрастающие количества криптона.

Как наименее летучие компоненты воздуха, криптон и ксенон скапливаются в самой «теплой» части воздухоразделительного аппарата вместе с жидким кислородом. Из него-то и выделяют элемент № 36.

Ожиженную кислородную фракцию направляют в ректификационную колонну, нижняя часть, или «пристройка», которой (конденсатор) охлаждается жидким азотом. Здесь получается «бедный» криптоновый концентрат, содержащий 0,1-0,2% Kr; этот «бедняк» в 400 раз богаче криптоном, чем исходный кислород.

Прежде чем продолжить ректификацию, бедный концентрат очищают от метана, ацетилена и прочих углеводородов. Такая операция необходима, чтобы исключить опасность взрыва на последующих стадиях отделения криптона. Микропримеси углеводородов в воздухе есть всегда. Причины их появления - испарение нефтепродуктов, утечка природного газа, бактериальный распад органических остатков и, наконец, промышленные выбросы.

В контактных аппаратах при 700° С в присутствии катализатора - СuО или А12O3 - большая часть углеводородов выгорает. Очищенную смесь кислорода и криптона снова превращают в жидкость и отправляют во вторую ректификационную колонну. Здесь получают уже богатый концентрат - в нем 10-20% криптона. Но параллельно опять возрастает содержание углеводородов. И опять смесь переводится в газообразное состояние, и опять следует выжигание углеводородов. Затем весь этот цикл повторяют еще раз.

Окончательная криптоноксеноновая смесь содержит 90-98% Kr + Хе. Для тонкой очистки этой смеси остатки кислорода связывают водородом в воду, а примесь азота удаляют, пропуская смесь над стружками магния,- азот реагирует с ним, образуя нитрид.

Последний этап - разделение криптона и ксенона. Жидкую смесь опять превращают в газ и направляют в адсорбер с активированным углем. Здесь при температуре –65 - –75° С ксенон и некоторое количество криптона поглощаются углем, а выходящий из адсорбера газ содержит по меньшей мере 97% криптона.

«Светить всегда»

Производство электроламп - главный потребитель криптона. Небольшие грибовидные лампы с криптоновым (или криптоноксеноновым) наполнением постепенно теснят лампы аргоноазотного наполнения, которые в свое время вытеснили пустотные и азотонаполненные лампы.

Достоинства криптона в лампах накаливания очевидны: он в 2,1 раза тяжелее аргона и почти вдвое хуже проводит тепло. В более плотном газе замедляется распыление раскаленной вольфрамовой нити - это увеличивает стабильность светового потока. Малая же теплопроводность криптона способствует увеличению доли видимого излучения в общем потоке лучистой энергии. Криптоновое наполнение в сравнении с аргоновым повышает мощность ламп на 5-15% и сроки службы на 40- 170 %. Вдобавок наполовину уменьшается объем колбы.

Криптоном заполняют и газосветные трубки низкого давления - преимущественно рекламные. Используют этот газ и в конструкциях ламп высокого давления. Яркий белый свет (с розоватым оттенком) таких ламп нужен в лакокрасочной и текстильной промышленности, при освещении сцен телевизионных студий, при киносъемках. Некоторые из таких ламп служат мощными источниками инфракрасного излучения.

Главное назначение криптона сегодня - «светить-всегда, светить везде до дней последних донца, светить - и никаких гвоздей. . .» Впрочем, не исключено, что будущие соединения криптона и в производстве гвоздей окажутся не лишними.