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氪   36Kr
氫(非金屬) 氦(貴氣體)
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外觀
無色氣體,在高壓電管中呈現白色和藍色光芒


氪的原子光譜
概況
名稱·符號·序數氪(Krypton)·Kr·36
元素類別貴氣體
·週期·18 ·4·p
標準原子質量83.798(2)
電子排佈[] 3d10 4s2 4p6
2, 8, 18, 8
歷史
發現威廉·拉姆齊 和 莫里斯·特拉弗斯(1898年)
分離威廉·拉姆齊 和 莫里斯·特拉弗斯(1898年)
物理性質
物態氣態
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
蒸氣壓
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(鮑林標度)
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
磁序抗磁性[2]
熱導率9.43×10-3  W·m−1·K−1
聲速(氣態, 23 °C) 220, (液態) 1120 m·s−1
CAS號7439-90-9
最穩定同位素
主條目:氪的同位素
同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
78Kr 0.35% 9.2×1021 β+β+ 2.846 78Se
79Kr 人造 35.04 小時 ε - 79Br
β+ 0.604 79Br
γ 0.26, 0.39, 0.60 -
80Kr 2.25% 穩定,帶44個中子
81Kr 微量 2.29×105 ε - 81Br
γ 0.281 -
82Kr 11.6% 穩定,帶46個中子
83Kr 11.5% 穩定,帶47個中子
84Kr 57.0% 穩定,帶48個中子
85Kr 人造 10.756 年 β 0.687 85Rb
86Kr 17.3% 穩定,帶50個中子

是一種化學元素化學符號Kr原子序數是36,是一種無色、無臭、無味的貴氣體,把它放電時呈橙紅色,在大氣中含有痕量,可通過分餾從液態空氣中分離,常用於製作熒光燈。氪正如其他貴氣體一樣,不易與其他物質產生化學作用,已知的化合物有二氟化氪(KrF2)。

正如其他貴氣體,氪可用於照明和攝影。氪發出的光有大量譜線,並大量以等離子體的形態釋出,這使氪成為製造高功率氣體激光器的重要材料,另外也有特製的氟化氪激光。氪放電管功率高、操作容易,因此在1960年至1983年間,一米的定義是用氪86發出的橙色譜線作為基準的。

歷史

氪的發現者拉姆齊
氪的發現者拉姆齊

氪在1898年由蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊爵士和英格蘭化學家莫里斯·特拉弗斯發現,他們在液態空氣的幾乎所有成分都蒸發後留下的殘液中發現氪。數周后,他們通過類似的方法發現了[4]因為發現包括氪在內的多種貴氣體,拉姆齊在1904年獲得諾貝爾化學獎

1960年,國際間協定以氪86發出的譜線波長長度(波長為605.78納米)定義一米的長度。在第11屆國際計量大會,一米被定義為「氪86原子的2P10和5d5能階之間躍過所對應輻射在真空中波長的1650763.73倍」。[5]這個定義取代了原有的定義: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,國際計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。[6][7][8]

特徵

氪可通過數條較強的譜線(光譜特徵)辨認,其中最強的是綠色和黃色。[9]經過核裂變後會釋出氪。[10]固態的氪呈白色,晶體面心立方結構,這個結構是所有貴氣體共有的。

同位素

天然出現的氪有6個穩定的同位素,另外還有約30個已知的不穩定同位素和同質異能素[11]氪81半衰期為230,000年,是大氣反應的產物,可以與其他天然氪同位素一同製備。氪在接近地表水時極易揮發,但氪81可用於鑑定地下水的年代(可推算5萬至80萬年前)。[12]

氪85是非活性的、放射性的貴氣體,半衰期為10.76年,會由鈾和的裂變釋出,例如核武器爆炸和核反應堆都會釋出氪85,在回收核反應堆的燃料棒時都會釋出。因為大多核反應堆都位於北半球,北極的氪85濃度比南極的高約30%。[13]

化學

氪正如其他貴氣體一樣,不易與其他物質產生化學作用。但1962年首次合成出的化合物後,二氟化氪KrF2)也在1963年成功合成。[14]同年,格羅澤等人宣佈合成出四氟化氪(KrF4),[15]但後來證實為鑑定錯誤。[16]另外有未經證實的報告指出發現氪含氧酸鹽。[17]已有研究發現多原子離子ArKr+和KrH+,也有KrXe或KrXe+存在的證據。[18]

與氟以外原子成鏈的氪化合物已有發現,KrF2B(OTeF5)3反應會得出不穩定的Kr(OTeF5)2,該化合物中氪與氧成鏈;KrF2和[HC≡NH]+
[AsF
6
]在−50 °C反應則會得出存在氪氮鏈的正離子[HC≡N–Kr–F]+
[19][20]根據報告,HKrCN和HKrC≡CH在40K以下是穩定的。[14]

天然存在

地球形成初期時存在的貴氣體至今仍然存在,是個例外,因為氦原子非常輕,移動速度也足以逃逸出地球的重力。大氣中現存的氦原子是由地球上和鈾的裂變產生的。氪在大氣中的濃度為1ppm,可經由分餾從液態空氣中分離。[21]太空中的氪含量不詳,流星活動和太陽風暴形成的氪含量也同樣未知。[22]

用途

氪放電管
氪放電管

氪的多條譜線使離子化的氪氣放電管呈白色,注入氪氣的電燈泡是很光亮的白色光源,因此常用作攝影的閃光燈。氪氣與其他氣體混合可用於發光告示牌,會發出光亮的黃綠色光。[23]

氪與氬混合物可注入省電的熒光燈,這可以減少能量的消耗,但同時也減少了光度,也增加了成本。[24]氪比氬昂貴100倍。氪和氙也會注入白熾燈,以減少燈絲的蒸發,讓燈絲可以在更高的運行溫度中操作。[25]

氪的白光在有顏色的氣體放電管中有很好的效果,這些放電管表面塗上塗料就可以得到顏色的效果。此外,氪在紅色譜線區中的光能密度比要高的多,因此高功率激光秀使用的紅色激光器多使用氪。如果使用一般的氦或氖,則很難達到所需的輸出。[26]氟化氪激光在核聚變能源研究領域上有重要用途,這種激光束均勻度高、波長短,可以通過改變光斑大小追蹤內爆的靶丸。[27]

在實驗粒子物理學,液態氪可用作製造電磁熱量計。其中著名的例子為歐洲核子研究中心的NA48實驗中的熱量計,當中使用了27噸的液態氪。這種用途比較罕見,因為使用液態的熱量計比較便宜,也通常使用。相對於氬,氪的好處是莫里哀半徑較短,只有4.7 cm,因此空間解像度較好,重疊較少。

氪83在磁共振成像中有應用,特別可用於分辨憎水和親水的表面。[28]X射線計算機斷層成像中,使用氪和氙的混合物比單獨使用氙的效果好。[29]

安全

氪無毒,但有窒息性。[30]氪的麻醉性比空氣強7倍,吸入含有50%氪和50%空氣的氣體所引致的麻醉相當於在4倍大氣壓力之下吸入空氣,也相當於在30米水深潛水。

流行文化

在DC公司的漫畫及影集、電影超人以及電視劇女超人系列中,氪元素為其剋星,且呈現綠色。此為戲劇效果,並無真實根據(見氪星石)。

在中國大陸,人們把用充值遊戲稱為氪金[31]

參考資料

  1. ^ Krypton 頁面存檔備份,存於互聯網檔案館. encyclopedia.airliquide.com
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互聯網檔案館存檔,存檔日期2012-01-12., in Lide, D. R. (編). CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th. Boca Raton (FL): CRC Press. 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
  3. ^ 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 edition. Boca Raton, Florida: CRC Press. 2005. 
  4. ^ 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. 
  5. ^ 施昌彥. 米的定义及其变迁. 中國計量. 2007-03-20 [2011-02-08]. [永久失效連結]
  6. ^ 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. (原始內容存檔於2013-10-11). 
  7. ^ Gibbs, Philip. How is the speed of light measured?. Department of Mathematics, University of California. 1997 [2007-03-19]. (原始內容存檔於2015-08-21). 
  8. ^ Unit of length (meter) 頁面存檔備份,存於互聯網檔案館, NIST
  9. ^ Spectra of Gas Discharges. 斯特拉斯堡大學. 2007-06-21 [2011-02-08]. (原始內容存檔於2011-04-02). 
  10. ^ Krypton (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. 2005 [2007-03-17]. (原始內容 (PDF)存檔於2009-12-20). 
  11. ^ Lide, D. R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  12. ^ 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. 31 [2007-03-20]. 
  13. ^ Resources on Isotopes. U.S. Geological Survey. [2007-03-20]. (原始內容存檔於2001-09-24). 
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  28. ^ 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. 
  29. ^ 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. 
  30. ^ Properties of Krypton. [2011-02-08]. (原始內容存檔於2009-02-19). 
  31. ^ 氪金、欧皇、非酋,这些《阴阳师》里的词汇是什么意思?_文化课_澎湃新闻-The Paper. www.thepaper.cn. [2018-06-24]. (原始內容存檔於2018-06-24). 

外部連結

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