크립톤 : 역사, 속성, 구조, 획득, 위험, 사용 - 화학 - 2026

크립톤 심볼 Kr을로 표시하고, 주기율표의 18 위치 희가스이다. 아르곤을 따르는 것은 가스이며 그 풍부도가 너무 낮아 숨겨진 것으로 간주되었습니다. 그것이 그 이름의 유래입니다. 그것은 거의 미네랄 스톤에서 발견되지 않지만 대량의 천연 가스에서 발견되며 바다와 바다에 거의 녹지 않습니다.

그의 이름만으로도 슈퍼맨, 그의 행성 크립톤, 유명한 크립토나이트의 이미지가 떠 오릅니다.이 돌은 슈퍼 히어로를 약화시키고 그의 초능력을 빼앗아갑니다. 또한 암호 화폐 또는 암호 화폐에 대해 들었을 때, 본질적으로이 가스와는 거리가 먼 다른 용어를 생각할 수도 있습니다.

크립톤이 방전에 의해 여기되고 백색광으로 빛나는 유리 병. 출처 : 화학 원소의 고해상도 이미지

그러나이 고귀한 가스는 위에서 언급 한 수치에 비해 덜 사치스럽고 "숨겨져"있습니다. 반응성의 부족이 다른 분야, 특히 물리적 분야에 초점을 맞춘 연구에서 유발할 수있는 모든 잠재적 인 관심을 빼앗아 가지는 않지만.

다른 고귀한 가스와 달리, 전기장에서 여기 될 때 크립톤이 방출하는 빛은 흰색입니다 (상단 이미지). 이로 인해 조명 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 그것은 거의 모든 네온 빛을 대체 할 수 있고 황록색으로 구별되는 자체를 방출 할 수 있습니다.

핵 의학을위한 방사성 동위 원소는 말할 것도없고 6 개의 안정한 동위 원소의 혼합물로 자연에서 발생합니다. 이 가스를 얻으려면 우리가 호흡하는 공기를 액화해야하고 그 결과 액체를 분별 증류하여 크립톤을 정제하고 구성 동위 원소로 분리해야합니다.

크립톤 덕분에 핵융합 연구와 수술 목적의 레이저 응용 분야에서 발전 할 수있었습니다.

역사

-숨겨진 요소 발견

1785 년 영국의 화학자이자 물리학자인 Henry Cavendish는 공기가 질소보다 훨씬 덜 활성 인 물질을 소량 포함하고 있음을 발견했습니다.

한 세기 후 영국의 물리학 자 Rayleigh 경은 그가 순수한 질소라고 생각하는 가스를 공기로부터 분리했습니다. 그러나 그는 그것이 더 무겁다는 것을 발견했습니다.

1894 년 스코틀랜드의 화학자 William Ramsey 경은이 가스를 분리하기 위해 협력했으며, 이는 새로운 원소 인 아르곤으로 밝혀졌습니다. 1 년 후 그는 광물 클레 베이트를 가열하여 헬륨 가스를 분리했습니다.

William Ramsey 경은 그의 조수인 영국 화학자 Morris Travers와 함께 1898 년 5 월 30 일 런던에서 크립톤을 발견했습니다.

Ramsey와 Travers는 주기율표에 아르곤과 헬륨 원소 사이에 공간이 있고 새로운 원소가이 공간을 채워야한다고 믿었습니다. 크립톤이 발견 된 지 한 달 후인 1898 년 6 월 램지는 네온을 발견했습니다. 헬륨과 아르곤 사이의 공간을 채운 원소.

방법론

Ramsey는 이전 발견에 숨겨진 새로운 요소 인 아르곤의 존재를 의심했습니다. Ramsey와 Travers는 아이디어를 테스트하기 위해 공중에서 많은 양의 아르곤을 얻기로 결정했습니다. 이를 위해 그들은 공기의 액화를 생성해야했습니다.

그런 다음 액체 공기를 증류하여이를 분획으로 분리하고 더 가벼운 분획에서 원하는 기체 원소가 있는지 조사했습니다. 그러나 그들은 실수를 저질렀습니다. 분명히 그들은 액화 공기를 과열시키고 많은 샘플을 증발 시켰습니다.

결국 그들은 단지 100 mL의 샘플만을 가지고 있었고 Ramsey는 그 부피에서 아르곤보다 가벼운 원소의 존재는 없을 것이라고 확신했습니다. 그러나 그는 잔류 시료량에서 아르곤보다 무거운 원소의 가능성을 탐색하기로 결정했습니다.

그의 생각에 따라 그는 뜨거운 구리와 마그네슘을 사용하여 가스에서 산소와 질소를 제거했습니다. 그런 다음 남은 가스 샘플을 진공관에 넣고 고전압을 가하여 가스의 스펙트럼을 얻었습니다.

예상대로 아르곤이 존재했지만 스펙트럼에서 두 개의 새로운 밝은 선이 나타나는 것을 발견했습니다. 하나는 노란색이고 다른 하나는 녹색으로 둘 다 관찰 된 적이 없습니다.

-이름의 출현

Ramsey와 Travers는 일정한 압력에서 가스의 비열과 일정한 부피에서 비열 사이의 관계를 계산하여 해당 관계에 대해 1.66 값을 찾았습니다. 이 값은 개별 원자에 의해 생성 된 가스에 해당하여 화합물이 아님을 나타냅니다.

따라서 그들은 새로운 가스의 존재에 있었고 크립톤이 발견되었습니다. Ramsey는 "숨김"을 의미하는 그리스어 "krypto"에서 파생 된 단어 인 Krypton이라고 부르기로 결정했습니다. William Ramsey는 이러한 고귀한 가스를 발견 한 공로로 1904 년에 노벨 화학상을 받았습니다.

물리 화학적 특성

외관

전기장에서 백열등의 흰색을 나타내는 무색 기체입니다.

표준 원자량

83,798u

원자 번호 (Z)

36

녹는 점

-157.37ºC

비점

153,415 ºC

밀도

표준 조건에서 : 3,949g / L

액체 상태 (비등점) : 2.413g / cm ³

상대 가스 밀도

값 = 1 인 공기와 관련하여 2.9 즉, 크립톤은 공기보다 3 배 밀도가 높습니다.

수용성

20ºC에서 59.4cm ³ / 1,000g

트리플 포인트

115.775K 및 73.53kPa

임계점

209.48K 및 5.525MPa

융합 열

1.64 kJ / 몰

기화열

9.08 kJ / 몰

몰 칼로리 용량

20.95 J / (몰 K)

증기압

84K의 온도에서 압력은 1kPa입니다.

전기 음성도

3.0 폴링 척도

이온화 에너지

첫째 : 1,350.8 kJ / mol.

둘째 : 2,350.4 kJ / mol.

셋째 : 3,565 kJ / mol.

소리의 속도

가스 (23ºC) : 220m / s

액체 : 1,120 m / s

열 전도성

9.43 · 10 ^-3 W / (m · K)

주문

반자성

산화 번호

크립톤은 고귀한 기체로 반응성이 크지 않으며 전자를 잃거나 얻지 않습니다. 포 접물 Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ 또는 그것의 하이드 라이드 Kr (H ₂ ) ₄ 에서 와 같이 정의 된 조성으로 고체를 형성 할 수 있다면 , 그것은 0 (Kr ⁰ ) 의 수 또는 산화 상태에 참여한다고합니다. ; 즉, 중성 원자는 분자 매트릭스와 상호 작용합니다.

그러나 크립톤은 가장 전기 음성적인 요소 인 불소와 결합을 형성하면 공식적으로 전자를 잃을 수 있습니다. 는 KrF에서 ₂ 가의 양이온의 존재 Kr을 너무 산화수는 +2이고 ²⁺ (Kr을 ²⁺ F ₂ ^- ) 가정한다 .

반동

1962 년에 크립톤 디 플루오 라이드 (KrF ₂ ) 의 합성 이보고되었습니다. 이 화합물은 휘발성이 높고 무색의 결정 성 고체이며 실온에서 천천히 분해됩니다. 그러나 -30ºC에서는 안정적입니다. 크립톤 플루오 라이드는 강력한 산화 및 불소 화제입니다.

크립톤은 -183 ° C의 방전관에서 결합 될 때 불소와 반응하여 KrF _2를 형성 합니다. 반응은 크립톤과 불소가 -196 ° C에서 자외선으로 조사 될 때도 발생합니다.

KrF ⁺ 및 Kr ₂ F ₃ ⁺ 는 KrF ₂ 와 강한 불소 수용체 의 반응에 의해 형성된 화합물 입니다. 크립톤은 크립톤과 산소 (Kr-O) 사이에 결합 이있는 불안정한 화합물 K (OTeF ₅ ) _2의 일부입니다 .

크립톤-질소 결합은 HCΞN-Kr-F 양이온에서 발견됩니다. 크립톤 수 소화물, KrH ₂ 는 5 GPa 이상의 압력에서 성장할 수 있습니다.

20 세기 초,이 고귀한 기체에 대한 반응성이 전혀 없기 때문에 이러한 모든 화합물은 불가능한 것으로 간주되었습니다.

구조 및 전자 구성

크립톤 원자

Krypton은 고귀한 기체이며 전체 원자가 옥텟을 가지고 있습니다. 즉, s 및 p 궤도는 전자로 완전히 채워져 전자 구성에서 확인할 수 있습니다.

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

작동하는 압력 또는 온도 조건에 관계없이 (현재까지) 단일 원자 가스입니다. 따라서 세 가지 상태는 대리석으로 상상할 수있는 Kr 원자의 원 자간 상호 작용에 의해 정의됩니다.

이들 Kr 원자는 동족체 (He, Ne, Ar 등)와 같이 상대적으로 작고 전자 밀도가 높기 때문에 분극화가 쉽지 않습니다. 즉,이 구슬의 표면은 인접한 구슬에서 다른 구슬을 유도하는 순간적인 쌍극자를 생성하기 위해 눈에 띄게 변형되지 않습니다.

상호 작용 상호 작용

이러한 이유로 Kr 원자를 함께 유지하는 힘은 런던 산란 력뿐입니다. 그러나 크립톤의 경우에는 매우 약하기 때문에 원자가 액정이나 결정을 정의하려면 저온이 필요합니다.

그러나 이러한 온도 (각각 끓는점과 녹는 점)는 아르곤, 네온 및 헬륨에 비해 더 높습니다. 이것은 크립톤의 더 큰 원자 질량으로 인해 더 큰 원자 반경과 동일하므로 더 많은 분 극성이 있습니다.

예를 들어 크립톤의 끓는점은 약 -153ºC 인 반면, 희가스 아르곤 (-186ºC), 네온 (-246ºC) 및 헬륨 (-269ºC)의 비등점은 더 낮습니다. 즉, 기체가 액상으로 응축 될 수 있으려면 더 낮은 온도 (-273.15ºC 또는 0K에 가까움)가 필요합니다.

여기서 우리는 원자 반경의 크기가 상호 작용과 직접 관련이 있는지 확인합니다. 크립톤이 최종적으로 -157 ℃에서 결정화되는 온도 인 각각의 융점에서도 마찬가지입니다.

크립톤 크리스탈

온도가 -157 ° C로 떨어지면 Kr 원자는 더 합쳐지고면 중심 입방 구조 (fcc)를 가진 백색 결정을 정의 할 수있을 정도로 천천히 접근합니다. 따라서 이제 분산력에 의해 지배되는 구조적 질서가 있습니다.

이에 대한 정보는 많지 않지만 크립톤 fcc 결정은 엄청난 압력을 받으면 더 조밀 한 상으로 결정 전이를 겪을 수 있습니다. 콤팩트 육각형 (hcp)처럼 Kr 원자가 더 많이 그룹화됩니다.

또한,이 지점을 제쳐두고 Kr 원자는 clathrates라고 불리는 얼음 우리에 갇힐 수 있습니다. 온도가 충분히 낮 으면 Kr 원자가 배열되고 물 분자로 둘러싸여있는 혼합 된 크립톤-물 결정이있을 수 있습니다.

찾아서 얻을 수있는 곳

분위기

크립톤은 헬륨과는 달리 지구의 중력장을 벗어날 수 없기 때문에 대기 전체에 확산됩니다. 우리가 호흡하는 공기에서 농도는 약 1ppm이지만 가스 배출량에 따라 달라질 수 있습니다. 화산 폭발, 간헐천, 온천 또는 천연 가스 매장지 일 수도 있습니다.

물에 잘 녹지 않기 때문에 수권에서의 농도는 무시할 수 있습니다. 미네랄도 마찬가지입니다. 크립톤 원자가 그 안에 갇힐 수 있습니다. 따라서이 고귀한 가스의 유일한 공급원은 공기입니다.

액화 및 분별 증류

이를 얻으려면 공기가 액화 과정을 거쳐 모든 구성 가스가 응축되어 액체를 형성해야합니다. 이 액체는 저온에서 분별 증류를 적용하여 가열됩니다.

산소, 아르곤 및 질소가 증류되면 크립톤과 크세논은 활성탄 또는 실리카겔에 흡착 된 나머지 액체에 남아 있습니다. 이 액체는 크립톤을 증류하기 위해 -153ºC로 가열됩니다.

마지막으로 수집 된 크립톤은 가스 불순물을 제거하는 뜨거운 금속 티타늄을 통과하여 정제됩니다.

동위 원소의 분리가 필요한 경우, 가스는 열 확산을 겪는 유리 기둥을 통해 상승합니다. 가벼운 동위 원소는 상단으로 올라가고 무거운 동위 원소는 하단에 머무르는 경향이 있습니다. 따라서 ⁸⁴ Kr 및 ⁸⁶ Kr 동위 원소 는 예를 들어 바닥에서 별도로 수집됩니다.

Krypton은 대기압의 Pyrex 유리 전구 또는 밀폐 된 강철 탱크에 보관할 수 있습니다. 포장하기 전에 스펙트럼이 고유하고 다른 요소의 라인을 포함하지 않는지 확인하기 위해 분광법에 의한 품질 관리를받습니다.

핵분열

크립톤을 얻는 또 다른 방법은 우라늄과 플루토늄의 핵분열로 방사성 동위 원소의 혼합물도 생성됩니다.

동위 원소

크립톤은 자연에서 6 개의 안정 동위 원소로 발생합니다. 이들 지구의 해당 존재비와 위치 : ⁷⁸ Kr을 (0.36 %), ⁸⁰ Kr을 (2.29 %), ⁸² Kr을 (11.59 %), ⁸³ Kr을 (11.50 %), ⁸⁴ Kr을 (56.99 %) 및 ⁸⁶ Kr을 (17.28 %). ⁷⁸ Kr을는 방사성 동위 원소이고; 그러나 그것의 반감기 (t _1/2 )는 너무 길어서 (9.2 · 10 ²¹ 년) 실질적으로 안정적인 것으로 간주됩니다.

이것이 표준 원자 질량 (원자량)이 83.798 u로 ⁸⁴ Kr 동위 원소의 84 u에 더 가까운 이유 입니다.

미량으로 방사성 동위 원소 ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2.3 · 10 ⁵ )도 발견되며, 이는 ⁸⁰ Kr이 우주선을 수신 할 때 생성됩니다 . 이미 언급 한 동위 원소 외에도 두 가지 합성 방사성 동위 원소가 있습니다 : ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 시간) 및 ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 년). 후자는 우라늄과 플루토늄의 핵분열의 산물로 생성되는 것입니다.

위험

크립톤은 정상적인 조건에서 반응하지 않기 때문에 무독성 원소이며 강력한 산화제와 혼합하면 화재 위험을 나타내지 않습니다. 이 가스가 누출 되어도 위험하지 않습니다. 직접 호흡하지 않는 한 산소를 대체하고 질식을 유발합니다.

Kr 원자는 대사 반응에 관여하지 않고 체내에 들어오고 배출됩니다. 그러나 그들은 폐에 도달하고 혈액을 통해 운반되어야하는 산소를 대체 할 수 있으므로 개인은 마취 또는 저산소증 및 기타 상태로 고통받을 수 있습니다.

그렇지 않으면 우리는 모든 공기 호흡에서 크립톤을 끊임없이 호흡합니다. 이제 그 화합물과 관련하여 이야기가 다릅니다. 예를 들어, KrF ₂ 는 강력한 불소 화제입니다. 그리고 따라서, 음이온을 F를 "제공"것 ^- 이 발생 생물학적 매트릭스 중 분자에, 잠재적 인 위험.

아마도 크립톤 포 접물 (얼음 케이지에 갇혀 있음)은 독성을 추가하는 특정 불순물이없는 한 그다지 위험하지 않습니다.

응용

고속 카메라의 플래시는 부분적으로 크립톤의 여기로 인한 것입니다. 출처 : Mhoistion

Krypton은 조명용으로 설계된 인공물 또는 장치와 관련된 다양한 애플리케이션에 존재합니다. 예를 들어 황록색의 "네온 불빛"의 일부입니다. 크립톤의 "합법적 인"조명은 흰색입니다. 방출 스펙트럼은 가시 스펙트럼의 모든 색상을 포함합니다.

크립톤의 백색광은 실제로 매우 강렬하고 빠르기 때문에 고속 카메라 플래시 또는 공항 활주로의 순간 플래시에 적합하기 때문에 사진에 사용되었습니다.

마찬가지로이 백색광을 발산하는 방전관을 색종이로 덮을 수있어 다른 가스를 사용하지 않고도 다양한 색상의 빛을 표시하는 효과를 얻을 수 있습니다.

사용 수명을 늘리기 위해 텅스텐 필라멘트 전구에 추가되고 동일한 목적으로 아르곤 형광 램프에 추가되어 강도를 줄이고 비용을 증가시킵니다 (아르곤보다 비싸기 때문에).

크립톤이 백열 전구의 가스 충전물을 구성하면 밝기가 증가하고 더 푸르스름하게 만듭니다.

레이저

라이트 쇼에서 볼 수있는 적색 레이저는 헬륨-네온 혼합물이 아닌 크립톤의 스펙트럼 라인을 기반으로합니다.

반면에 크립톤으로 강력한 자외선 레이저를 만들 수 있습니다 : 크립톤 플루오 라이드 (KrF)의 레이저입니다. 이 레이저는 포토 리소그래피, 의료 수술, 핵융합 분야의 연구, 고체 재료 및 화합물의 미세 가공 (레이저 작용을 통해 표면 수정)에 사용됩니다.

미터의 정의

1960 년과 1983 년 사이에, 붉은 오렌지색 스펙트럼 선의 파장 ⁸⁶ 의 Kr 동위 원소 (1,650,763.73 곱)를 순차적 미터 정확한 길이를 정의하기 위해 사용되었다.

핵무기 탐지

방사성 동위 원소 ⁸⁵ Kr은 핵 활동의 산물 중 하나 이기 때문에 감지 된 곳은 핵무기가 폭발했거나 해당 에너지의 불법 또는 비밀 활동이 수행되고 있음을 나타냅니다.

약

크립톤은 마취제, X 선 흡수제, 심장 이상 검출기, 레이저로 눈의 망막을 정밀하고 통제 된 방식으로 절단하는 데 사용되었습니다.

방사성 동위 원소는 또한 핵 의학에 응용되어 폐 내부의 공기와 혈액의 흐름을 연구하고 스캔하며 환자기도의 핵 자기 공명 영상을 얻습니다.

참고 문헌

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