Криптон – характеристики и получение

Все о газе Криптоне

До открытия газа Криптона (Kr) данное название принадлежало другому веществу. Когда его открыли, выяснилось, что это неактивный газ, который не вступает в реакции с химическими элементами в обычных условиях. Однако человек научился его активно применять в производстве различной светотехники. Кроме того, криптон может быть одним из компонентов начинки боевых лазеров. Используется он и для теплоизоляции: им наполняют пространство в стеклопакетах между стеклами.

История открытия криптона

Изначально открытие Уильяма Рамзая назвали Криптоном. Однако позже Уильям Крукс выяснил, что открытый газ — это гелий, который на тот момент уже был известен. В 1898 году снова появилось это название, которое было присвоено другому инертному газу. И опять его открыл У.Рамзай, что вышло у него совершенно случайно. Он захотел выделить из жидкого воздуха гелий, пытаясь обнаружить его в высококипящих фракциях воздуха. Но гелий — это низкокипящий газ, поэтому Рамзай его там и не нашел. Однако он увидел криптон там, где не мог находиться ни один из уже известных людям элементов. Он светился особым светом, что и дало возможность ученому его заметить. Газ назвали греческим словом, которое переводится как «секретный», «скрытный».

Происхождение криптона

Гелий, как и радон, а также почти весь аргон и, вполне возможно, неон — продукты радиоактивного распада. А какую «родословную» имеет криптон? Много известно ядерных процессов в природе, которые порождает этот газ. Больше всех интересен процесс самопроизвольного деления ядер тория и урана. Однако ученые смогли выяснить, что радиоактивный распад мало способствует выделению Kr. За все 5 миллиардов лет жизни Земли, таким путем мог появиться криптон в количестве 2 или 3 частей от существующего на настоящий момент газа. Тогда откуда появляется криптон? Есть два ответа на этот вопрос, обоснование которых базируется на разных предположениях.

Версия происхождения № 1

Некоторые ученые читают, что криптон возник в недрах земли. Трансурановые элементы, которые сейчас уже не существуют, дали жизнь этому газу. Подтверждают данную гипотезу те нептуниевые радиоактивные элементы, которые имеются в земной коре. Кстати, на сегодняшний момент их целиком воссоздают искусственно. К тому же можно считать «виновниками» появления Kr плутоний и нептуний, которые содержатся в земных минералах, либо являются продуктами облучения радиоактивного урана космическими нейтронами.

Эта теория подтверждается тем, что многие полученные актиноиды искусственным путем способствуют выделению криптона. Их ядра способны делиться чаще по сравнению с ядрами атомов урана. Так, период полураспада по спонтанному делению: для урана-238 8,04 * 1015 лет, для калифорния-246 — 2000 лет. Для фермия и менделевия этот период составляет всего-то несколько часов.

Версия происхождения № 2

Другие ученые считают, что Вселенная породила Kr. Изначально он присутствовал в протопланетном облаке, откуда потом и попал в атмосферу Земли. И это мнение имеет свое основание. Ведь Kr — это тяжелый и малолетучий газ, поэтому он не мог оставить планету в период ее формирования. Кто из ученых прав? Вполне возможно, что и те и другие правильно указывают на происхождение криптона. Скорее всего, этот газ — смесь космических и земных компонентов.

Свойства Kr

Kr — неядовитый, негорючий, моноатомный газ, который не имеет цвета, запаха и вкуса. Он неактивен в обычных условиях. В газообразном состоянии он в 2,87 раза тяжелее воздуха, в жидком тяжелее воды в 2,14 раза. При -153,35°С этот газ становится жидкостью, при -157,37°С твердеет. Kr — рассеянный газ, который можно встретить в основном в атмосфере. В обычных условиях он способен светится зеленовато-голубым светом. Известно наркотическое действие криптона на человека, так как этот газ способен быстро растворяться в жидкостях организма. 36 электронов содержит атом Kr, что дает основание считать его приближенным к обычным газам. В тяжелых элементах нулевой группы электронные внешние оболочки замкнуты. Однако последние из-за отдаленности от ядра являются в некоторой степени автономными. Тяжелые атомы инертного газа способны объединяться с другими атомами. Соединения тяжелых газов инертного типа впервые были открыты в 1962 году. Ксенон, радон и криптон стали реагировать с кислородом и фтором. Но только в 2003 году ученые получили органическое соединение с Kr. Газ соединился с ацетиленом — веществом со средней степенью активности. Ученые группы Хрящева сначала охладили Kr с ацетиленом до -265°С, а потом направили на них ультрафиолетовый свет. Так, от каждой молекулы ацетилена отделилось по 1 атому водорода, что дало возможность получить достаточно радиоактивную связку. Затем все слегка подогрели, и углеродные пары вошли в реакцию с атомами криптона.

Как получают Kr?

Kr получают из воздуха, который приходится перерабатывать в огромных количествах. Используется для этого жидкий кислород, которым наполняют воздухоразделительные аппараты. Сначала получают «бедный» концентрат криптона и ксенона и очищают его от метана и прочих углеводородов. Этот этап необходим, чтобы предотвратить в дальнейшем опасность взрыва. Потом данную смесь делают жидкой и получают из нее богатый концентрат. Его переводят в газообразное состояние и снова очищают от углеводородов, которые образуются вновь. Так повторяют еще раз, чтобы в конечном итоге очистить смесь от углеводородных компонентов.

Полученную смесь содержанием 90–98% Kr и ксенона очищают. После этого происходит разделение газов с помощью активированного угля. Последний поглощает ксенон и некоторое количество Kr. Полученная субстанция содержит 97% криптона.

Где применяют Kr?

Kr применяют при производстве электроламп. Криптоновое наполнение ламп имеет свои преимущества. Kr тяжелее аргона в 2,1 раза, что способствует увеличению стабильности светового потока. К тому же этот газ хуже проводит тепло, что дает возможность увеличить видимое излучение в общем потоке лучистой энергии. Криптон повышает мощность ламп до 15%, а срок эксплуатации — до 170%. К тому же объем ламповой колбы уменьшается вдвое.

Kr применяется для ламп карманных фонариков, ведь именно малые показатели его теплопроводности дают возможность создать небольшую лампочку с яркостью, вдвое превышающий параметры яркости обычных ламп. Криптоновое наполнение применяется и в газосветных трубках низкого высокого давления. Яркий белый свет ламп необходим в лакокрасочном и текстильном производстве и даже на киностудиях. Некоторые из ламповых приборов используются как мощные источники инфракрасного излучения.

Криптон, как и аргоно-криптоновые смеси применяется при заполнении пространства между стеклами в стеклопакетах. Именно этот газ дает возможность снизить потери тепла. К тому же стоимость стеклопакетов существенно снижается из-за того, что при использовании криптонового наполнения можно делать однокамерные изделия.

Ученые из института, расположенного в штате Массачусетс, смогли взять за основу передовые технологии, которые используются в процессе напыления низкоэмиссионных покрытий для создания защитного слоя прозрачных частей скафандров для космонавтов и самолетов-невидимок Стелс. Они предложили несколько изобретений, которые осталось доработать и затем внедрить в промышленность. Заполненное криптоном «Тепловое зеркало ТМ» стало одним из таких изобретений.

Что позволяет говорить об оптимальном размещении и проектировании конструкций, отличающихся повышенной прозрачностью, со стеклопакетом под названием «Тепловое зеркало ТМ»? Во-первых, меньший вес, если сравнивать с двухкамерными стеклопакетами. Во-вторых, повышенная отражающая способность в диапазоне коротковолнового и длинноволнового инфракрасного излучения. В-третьих, можно выбрать стеклопакеты с разными показателями пропускания света и защиты от солнца, руководствуясь характером климатических условий в том или ином регионе. В-четвертых, этому способствует высокий уровень теплоизоляции окон, на который может повлиять не только этажность, но и ориентация здания по сторонам света.

Совсем недавно эталоном метра считался стержень из платины и иридия, который хранится в Севре недалеко от Парижа. Однако понадобился более точный эталонный измеритель. Платино-иридиевый стержень не способствовал удовлетворению таких потребностей. В 1960 году пришлось заключить международное соглашение. Теперь эталоном метра стала длина волны криптона — линии оранжевого цвета.

Ядерная промышленность создала новую проблему, связанную с захоронением радиоактивных отходов, в т.ч. и Kr-85. Чтобы не нанести вред атмосфере Земли и исключить радиационное заражение, было принято решение закачивать газ в пористые породы под землю. Для этого подошли газовые месторождения, которые уже выработали свои ресурсы. Этот метод изоляции Kr успешно применяется с 50-х годов.

На железных дорогах и рудоносных месторождениях в США появились 1957 году атомные лампы. Они использовались в качестве предупредительных светящихся знаков, которые не требовали подключения к источнику постоянного тока. В этих лампах присутствуют криптоновые радиоизотопы, в основном криптон 85. Излучение этих компонентов вызывает мощное свечение специального состава, который нанесен на внутреннюю часть рефлектора. Свет атомной лампы с криптоновым наполнением виден на расстоянии пятисот метров.