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氪   36Kr
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外觀
无色气体,在高压电管中呈现白色光芒


氪的原子光谱
概況
名稱·符號·序數 氪(krypton)·Kr·36
元素類別 稀有气体
·週期· 18·4·p
標準原子質量 83.798
電子排布

[] 3d10 4s2 4p6
2, 8, 18, 8

氪的电子層(2, 8, 18, 8)
歷史
發現 威廉·拉姆齐 和 莫里斯·特拉弗斯(1898年)
分離 威廉·拉姆齐 和 莫里斯·特拉弗斯(1898年)
物理性質
物態 气态
密度 (0 °C, 101.325 kPa
3.749 g/L
沸點時液體密度 2.413[1] g·cm−3
熔點 115.79 K,-157.36 °C,-251.25 °F
沸點 119.93 K,-153.22 °C,-244.12 °F
三相點 115.775 K(-157 °C),73.2 kPa
臨界點 209.41 K,5.50 MPa
熔化熱 1.64 kJ·mol−1
汽化熱 9.08 kJ·mol−1
比熱容 5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 59 65 74 84 99 120
原子性質
氧化態 2, 1, 0
電負性 3.00(鲍林标度)
電離能

第一:1350.8 kJ·mol−1
第二:2350.4 kJ·mol−1

第三:3565 kJ·mol−1
共價半徑 116±4 pm
范德華半徑 202 pm
雜項
晶體結構

面心立方

氪具有面心立方晶體結構
磁序 抗磁性[2]
熱導率 9.43×10-3  W·m−1·K−1
聲速 (气态, 23 °C) 220, (液态) 1120 m·s−1
CAS號 7439-90-9
最穩定同位素

主条目:氪的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
78Kr 0.35% >1.1×1020 β+β+ 2.846 78Se
79Kr 人造 35.04 小时 ε - 79Br
β+ 0.604 79Br
γ 0.26, 0.39, 0.60 -
80Kr 2.25% 穩定,带44个中子
81Kr 微量 2.29×105 ε - 81Br
γ 0.281 -
82Kr 11.6% 穩定,带46个中子
83Kr 11.5% 穩定,带47个中子
84Kr 57.0% 穩定,带48个中子
85Kr 人造 10.756 年 β 0.687 85Rb
86Kr 17.3% 穩定,带50个中子

是一种化学元素化学符号Kr原子序数是36,是一种无色、无臭、无味的惰性气体,把它放电时呈橙红色,在大气中含有痕量,可通过分馏从液态空气中分离,常用于制作荧光灯。氪正如其他惰性气体一样,不易与其他物质产生化学作用,已知的化合物有二氟化氪(KrF2)。

正如其他惰性气体,氪可用于照明和摄影。氪发出的光有大量谱线,并大量以等离子体的形态释出,这使氪成为制造高功率气体激光器的重要材料,另外也有特制的氟化氪激光。氪放电管功率高、操作容易,因此在1960年至1983年间,一米的定义是用氪86發出的橙色谱线作为基准的。

历史[编辑]

氪的发现者拉姆齐

氪在1898年由苏格兰化学家威廉·拉姆齐爵士和英格兰化学家莫里斯·特拉弗斯发现,他们在液态空气的几乎所有成分都蒸发后留下的残液中发现氪。数周后,他们通过类似的方法发现了[3]因为发现包括氪在内的多种惰性气体,拉姆齐在1904年获得诺贝尔化学奖

1960年,国际间协定以氪86发出的谱线波长长度(波长为605.78纳米)定义一米的长度。在第11届国际计量大会,一米被定义为“氪86原子的2P10和5d5能级之间跃过所对应辐射在真空中波长的1650763.73倍”。[4]这个定义取代了原有的定义:一根存放在巴黎的合金棒。但最後一次修改使用光在真空中的速度來定義一公尺,1983年10月,国际计量局把一公尺的定義為光在真空中在1/299,792,458秒中走過的距離。[5][6][7]

特征[编辑]

氪可通过数条较强的谱线(光谱特征)辨认,其中最强的是绿色和黄色。[8]经过核裂变后会释出氪。[9]固态的氪呈白色,晶体面心立方结构,这个结构是所有惰性气体共有的。

同位素[编辑]

天然出现的氪有6个稳定的同位素,另外还有约30个已知的不稳定同位素和同质异能素[10]氪81半衰期为230,000年,是大气反应的产物,可以与其他天然氪同位素一同制备。氪在接近地表水时极易挥发,但氪81可用于鉴定地下水的年代(可推算5万至80万年前)。[11]

氪85是非活性的、放射性的惰性气体,半衰期为10.76年,会由铀和的裂变释出,例如核武器爆炸和核反应堆都会释出氪85,在回收核反应堆的燃料棒时都会释出。因为大多核反应堆都位于北半球,北极的氪85浓度比南极的高约30%。[12]

化学[编辑]

氪正如其他惰性气体一样,不易与其他物质产生化学作用。但1962年首次合成出的化合物后,二氟化氪KrF2)也在1963年成功合成。[13]同年,格罗泽等人宣布合成出四氟化氪(KrF4),[14]但后来证实为鉴定错误。[15]另外有未经证实的报告指出发现氪含氧酸盐。[16]已有研究发现多原子离子ArKr+和KrH+,也有KrXe或KrXe+存在的证据。[17]

与氟以外原子成链的氪化合物已有发现,KrF2B(OTeF5)3反应会得出不稳定的Kr(OTeF5)2,该化合物中氪与氧成链;KrF2和[HC≡NH]+
[AsF
6
]在−50 °C反应则会得出存在氪氮链的正离子[HC≡N–Kr–F]+
[18][19]根据报告,HKrCN和HKrC≡CH在40K以下是稳定的。[13]

天然存在[编辑]

地球形成初期时存在的惰性气体至今仍然存在,是个例外,因为氦原子非常轻,移动速度也足以逃逸出地球的重力。大气中现存的氦原子是由地球上和铀的裂变产生的。氪在大气中的浓度为1ppm,可经由分馏从液态空气中分离。[20]太空中的氪含量不详,流星活动和太阳风暴形成的氪含量也同样未知。[21]

用途[编辑]

氪放电管

氪的多条谱线使离子化的氪气放电管呈白色,注入氪气的电灯泡是很光亮的白色光源,因此常用作摄影的闪光灯。氪气与其他气体混合可用于发光告示牌,会发出光亮的黄绿色光。[22]

氪与氩混合物可注入省电的荧光灯,这可以减少能量的消耗,但同时也减少了光度,也增加了成本。[23]氪比氩昂贵100倍。氪和氙也会注入白炽灯,以减少灯丝的蒸发,让灯丝可以在更高的运行温度中操作。[24]

氪的白光在有颜色的气体放电管中有很好的效果,这些放电管表面涂上涂料就可以得到颜色的效果。此外,氪在红色谱线区中的光能密度比要高的多,因此高功率激光秀使用的红色激光器多使用氪。如果使用一般的氦或氖,则很难达到所需的输出。[25]氟化氪激光核聚变能源研究领域上有重要用途,这种激光束均匀度高、波长短,可以通过改变光斑大小追踪内爆的靶丸。[26]

在实验粒子物理学,液态氪可用作制造电磁热量计。其中著名的例子为欧洲核子研究中心NA48实验中的热量计,当中使用了27吨的液态氪。这种用途比较罕见,因为使用液态的热量计比较便宜,也通常使用。相对于氩,氪的好处是莫里哀半径较短,只有4.7 cm,因此空间分辨率较好,重叠较少。

氪83在磁共振成像中有应用,特别可用于分辨憎水亲水的表面。[27]X射线计算机断层成像中,使用氪和氙的混合物比单独使用氙的效果好。[28]

安全[编辑]

氪无毒,但有窒息性。[29]氪的麻醉性比空气高7倍,吸入含有50%氪和50%空气的气体所引致的麻醉相当于在4倍大气压力之下吸入空气,也相当于在30米水深潜水。

流行文化[编辑]

在DC公司的漫畫及影集、電影超人系列中,氪元素為其剋星,且呈現綠色純屬節目效果,並無真實根據。

参考[编辑]

  1. ^ Krypton. encyclopedia.airliquide.com
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Lide, D. R. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th. Boca Raton (FL): CRC Press. 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
  3. ^ William Ramsay, Morris W. Travers. On a New Constituent of Atmospheric Air. Proceedings of the Royal Society of London. 1898, 63: 405–408. doi:10.1098/rspl.1898.0051. 
  4. ^ 施昌彦. 米的定义及其变迁. 中国计量. 2007-03-20 [2011-02-08]. 
  5. ^ Shri Krishna Kimothi. The uncertainty of measurements: physical and chemical metrology: impact and analysis. American Society for Qualit. 2002: 122. ISBN 0873895355. 
  6. ^ Gibbs, Philip. How is the speed of light measured?. Department of Mathematics, University of California. 1997 [2007-03-19]. 
  7. ^ Unit of length (meter), NIST
  8. ^ Spectra of Gas Discharges. 斯特拉斯堡大学. 2007-06-21 [2011-02-08]. 
  9. ^ Krypton. Argonne National Laboratory, EVS. 2005 [2007-03-17]. 
  10. ^ Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  11. ^ Thonnard, Norbert; Larry D. MeKay, Theodore C. Labotka. Development of Laser-Based Resonance Ionization Techniques for 81-Kr and 85-Kr Measurements in the Geosciences. University of Tennessee, Institute for Rare Isotope Measurements. 4–7. 31 [2007-03-20]. 
  12. ^ Resources on Isotopes. U.S. Geological Survey. [2007-03-20]. 
  13. ^ 13.0 13.1 Bartlett, Neil. The Noble Gases. Chemical & Engineering News. 2003 [2006-07-02]. 
  14. ^ Grosse, A. V.; Kirshenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V. Krypton Tetrafluoride: Preparation and Some Properties. Science. 1963, 139 (3559): 1047–1048. Bibcode:1963Sci...139.1047G. doi:10.1126/science.139.3559.1047. PMID 17812982.  编辑
  15. ^ Prusakov, V. N.; Sokolov, V. B. Krypton difluoride. Soviet Atomic Energy. 1971, 31 (3): 990–999. doi:10.1007/BF01375764.  编辑
  16. ^ Streng, A.; Grosse, A. Acid of Krypton and Its Barium Salt. Science. 1964, 143 (3603): 242–243. Bibcode:1964Sci...143..242S. doi:10.1126/science.143.3603.242. PMID 17753149.  编辑
  17. ^ Periodic Table of the Elements. Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division. 100–101. [2007-04-05]. (原始内容存档于2006-11-25). 
  18. ^ John H. Holloway; Eric G. Hope. A. G. Sykes, 编. Advances in Inorganic Chemistry. Academic Press. 1998: 57. ISBN 012023646X. 
  19. ^ Errol G. Lewars. Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer. 2008: 68. ISBN 1402069723. 
  20. ^ How Products are Made: Krypton. [2006-07-02]. 
  21. ^ Cardelli, Jason A.; Meyer, David M. The Abundance of Interstellar Krypton. The Astrophysical Journal Letters. The American Astronomical Society. L57–L60. 1996 [2007-04-05]. 
  22. ^ Mercury in Lighting. Cape Cod Cooperative Extension. [2007-03-20]. (原始内容存档于September 29, 2007). 
  23. ^ "Energy-saving" lamps. anaheim.net. 2002 [2011-02-08]. 
  24. ^ Properties, Applications and Uses of the "Rare Gases" Neon, Krypton and Xenon. Universal Industrial Gases, Inc. [2011-02-08]. 
  25. ^ Laser Devices, Laser Shows and Effect (PDF). [2007-04-05]. 
  26. ^ Sethian, J.; M. Friedman, M.Myers. Krypton Fluoride Laser Development for Inertial Fusion Energy. Plasma Physics Division, Naval Research Laboratory. 1–8. [2007-03-20]. 
  27. ^ Pavlovskaya, GE; Cleveland, ZI; Stupic, KF; Basaraba, RJ; Meersmann, T. Hyperpolarized krypton-83 as a contrast agent for magnetic resonance imaging. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 2005, 102 (51): 18275–9. doi:10.1073/pnas.0509419102. PMC 1317982. PMID 16344474. 
  28. ^ Chon, D; Beck, KC; Simon, BA; Shikata, H; Saba, OI; Hoffman, EA. Effect of low-xenon and krypton supplementation on signal/noise of regional CT-based ventilation measurements. Journal of Applied Physiology. 2007, 102 (4): 1535–44. doi:10.1152/japplphysiol.01235.2005. PMID 17122371. 
  29. ^ Properties of Krypton. [2011-02-08].