氪
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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发出的橙色谱线作为基准的[6]。
历史
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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。以古希腊语 κρυπτός kryptós(“隐藏”)命名为氪。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能级之间跃迁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:一根存放在巴黎的铂铱合金棒。但最后一次修改使用光在真空中的速度来定义一公尺,1983年10月,国际计量局把一公尺的定义为光在真空中在1/299,792,458秒中走过的距离。[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
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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]氪的麻醉性比空气强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
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外部链接
[编辑]- 元素氪在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍(英文)
- EnvironmentalChemistry.com —— 氪(英文)
- 元素氪在The Periodic Table of Videos(诺丁汉大学)的介绍(英文)
- 元素氪在Peter van der Krogt elements site的介绍(英文)
- WebElements.com – 氪(英文)
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