氪
正如其他稀有气体,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[6]。
历史
[编辑]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。以古希臘語 κρυπτός kryptós(“隱藏”)命名為氪。数周后,他们通过类似的方法发现了氖。[7]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能级之间跃遷所对应辐射在真空中波长的1650763.73倍”。[8]这个定义取代了原有的定义:一根存放在巴黎的鉑銥合金棒。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。[9][10][11]
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。[12]铀经过核裂变后会释出氪。[13]固态的氪呈白色,晶体呈面心立方结构,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。[14]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)。[15]
氪-85是非活性的、放射性的惰性气体,半衰期为10.76年,会由铀和钚的裂变释出,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%。[16]
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年首次合成出氙的化合物后,二氟化氪(KrF
2)也在1963年成功合成。[17]同年,格罗泽等人宣布合成出四氟化氪(KrF
4),[18]但后来证实为鉴定错误。[19]另外有未经证实的报告指出发现氪含氧酸的钡盐。[20]已有研究发现多原子离子ArKr+和KrH+,也有KrXe或KrXe+存在的证据。[21]
与氟以外原子成链的氪化合物已有发现,KrF
2和B(OTeF
5)
3反应会得出不稳定的Kr(OTeF
5)
2,该化合物中氪与氧成链;KrF
2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]+
。[22][23]根据报告,HKrCN和HKrC≡CH在40K以下是稳定的。[17]
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,氦是个例外,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钍和铀的裂变产生的。氪在大气中的浓度为1ppm,可经由分馏从液态空气中分离。[24]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。[25]
用途
[编辑]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。[26]
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。[27]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。[28]
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氖要高得多,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。[29]氟化氪激光在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。[30]
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的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,因为使用液态氩的热量计比较便宜,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和亲水的表面。[31]在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。[32]
安全
[编辑]氪无毒,但有窒息性。[33]氪的麻醉性比空气強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。
参考资料
[编辑]- ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 (英语).
- ^ Krypton (页面存档备份,存于互联网档案馆). encyclopedia.airliquide.com
- ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的存檔,存档日期2012-01-12., in Lide, D. R. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th. Boca Raton (FL): CRC Press. 2005. ISBN 0-8493-0486-5.
- ^ Section 4, Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, triple, and critical temperatures of the elements. CRC Handbook of Chemistry and Physics 85th. Boca Raton, Florida: CRC Press. 2005.
- ^ Patrignani, C.; et al. Review of Particle Physics. Chinese Physics C. 2016, 40 (10): 100001. doi:10.1088/1674-1137/40/10/100001.(第768页)
- ^ David Halliday. Principles of physics. 約翰威立. 2011: 第3頁. ISBN 9780470561584.
- ^ 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.
- ^ 施昌彦. 米的定义及其变迁. 中国计量. 2007-03-20 [2011-02-08].[永久失效連結]
- ^ Shri Krishna Kimothi. The uncertainty of measurements: physical and chemical metrology: impact and analysis. American Society for Qualit. 2002: 122 [2011-02-08]. ISBN 0873895355. (原始内容存档于2013-10-11).
- ^ Gibbs, Philip. How is the speed of light measured?. Department of Mathematics, University of California. 1997 [2007-03-19]. (原始内容存档于2015-08-21).
- ^ Unit of length (meter) (页面存档备份,存于互联网档案馆), NIST
- ^ Spectra of Gas Discharges. 斯特拉斯堡大学. 2007-06-21 [2011-02-08]. (原始内容存档于2011-04-02).
- ^ Krypton (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. 2005 [2007-03-17]. (原始内容 (PDF)存档于2009-12-20).
- ^ Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5
- ^ 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 (PDF). University of Tennessee, Institute for Rare Isotope Measurements: 4–7. 2001-02-05 [2007-03-20]. (原始内容存档于2021-02-13).
- ^ Resources on Isotopes. U.S. Geological Survey. [2007-03-20]. (原始内容存档于2001-09-24).
- ^ 17.0 17.1 Bartlett, Neil. The Noble Gases. Chemical & Engineering News. 2003 [2006-07-02]. (原始内容存档于2018-04-29).
- ^ Grosse, A. V.; Kirshenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V. Krypton Tetrafluoride: Preparation and Some Properties. Science (American Association for the Advancement of Science (AAAS)). 1963-03-15, 139 (3559): 1047–1048. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.139.3559.1047.
- ^ Prusakov, V. N.; Sokolov, V. B. Krypton difluoride. Soviet Atomic Energy (Springer Nature). 1971, 31 (3): 990–999. ISSN 0038-531X. doi:10.1007/bf01375764.
- ^ Streng, A. G.; Grosse, A. V. Acid of Krypton and Its Barium Salt. Science (American Association for the Advancement of Science (AAAS)). 1964-01-17, 143 (3603): 242–243. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.143.3603.242.
- ^ Periodic Table of the Elements (PDF). Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division: 100–101. [2007-04-05]. (原始内容 (PDF)存档于2006-11-25).
- ^ John H. Holloway; Eric G. Hope. A. G. Sykes , 编. Advances in Inorganic Chemistry. Academic Press. 1998: 57. ISBN 012023646X.
- ^ Errol G. Lewars. Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer. 2008: 68. ISBN 1402069723.
- ^ How Products are Made: Krypton. [2006-07-02]. (原始内容存档于2006-04-14).
- ^ Cardelli, Jason A.; Meyer, David M. The Abundance of Interstellar Krypton. The Astrophysical Journal Letters (The American Astronomical Society). 1996: L57–L60. doi:10.1086/310513.
- ^ Mercury in Lighting (PDF). Cape Cod Cooperative Extension. [2007-03-20]. (原始内容 (PDF)存档于2007-09-29).
- ^ "Energy-saving" lamps. anaheim.net. 2002 [2011-02-08]. (原始内容存档于2010-09-12).
- ^ Properties, Applications and Uses of the "Rare Gases" Neon, Krypton and Xenon. Universal Industrial Gases, Inc. [2011-02-08]. (原始内容存档于2010-11-26).
- ^ Laser Devices, Laser Shows and Effect (PDF). [2007-04-05]. (原始内容 (PDF)存档于2007-02-21).
- ^ Sethian, J.; M. Friedman; M. Myers. Krypton Fluoride Laser Development for Inertial Fusion Energy (PDF). Plasma Physics Division, Naval Research Laboratory: 1–8. [2007-03-20]. (原始内容存档 (PDF)于2011-09-29).
- ^ 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. PMC 1317982 . PMID 16344474. doi:10.1073/pnas.0509419102.
- ^ 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. PMID 17122371. doi:10.1152/japplphysiol.01235.2005.
- ^ Properties of Krypton. [2011-02-08]. (原始内容存档于2009-02-19).
外部連結
[编辑]- 元素氪在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 氪(英文)
- 元素氪在The Periodic Table of Videos(諾丁漢大學)的介紹(英文)
- 元素氪在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – 氪(英文)
|
|