Атмосферная концентрация

Реферат

 

На тему: «Криптон»

 

Студент: Николаева Елизавета.
Группа: 12918/1.

Преподаватель: Бурова Татьяна Евгеньевна.

 

Санкт-Петербург

2020 г.

Содержание:

· Что такое криптон?

· История.

· Нахождение в природе.

· Определение.

· Физические свойства.

· Химические свойства.

· Способы получения.

· Изотопы.

· Использование человеком.

 

 

Что такое криптон?

    Крипто́н — химический элемент с атомным номером 36. Принадлежит к 18-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VIII группы, или к группе VIIIA), находится в четвёртом периоде таблицы. Атомная масса элемента 83,798. Обозначается символом Kr (от лат. Krypton). Простое вещество криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Очевидно, что внешний энергетический уровень атома полностью завершен. Это и определяет очень низкую химическую активность данного элемента. Тем не менее при определенных условиях все же удается заставить вступать в некоторые реакции такой устойчивый газ, как криптон. Химический элемент, а точнее, его положение в системе, электронное строение, позволяют получить и еще одну немаловажную характеристику атома: валентность. То есть способность образовывать химические связи.

История открытия криптона.

       После открытия инертных газов - аргона в 1894 году, гелия в 1985 г. - спрогнозировать и подтвердить возможность существования в природе других подобных газов особого труда для ученых не составило. Основные усилия на этом пути прилагал У. Рамзай, который и открыл аргон. Он справедливо считал, что в воздухе есть еще инертные газы, однако количество их настолько ничтожно, что техника не может зафиксировать их присутствие. Поэтому открыт элемент криптон был только через несколько лет. В 1898 году из воздуха был выделен газ неон, а вслед за ним и другое инертное соединение, которое за трудность отыскания и выделения было решено назвать криптоном. Ведь в переводе с греческого "криптос" означает скрытый. Обнаружить долгое время его не удавалось, это было очень трудно. Подтверждает этот факт то, что в одном кубическом метре воздуха содержится один миллилитр газа. То есть объем меньше наперстка! Чтобы возможно было вещество изучить, потребовалось сто кубических сантиметров жидкого воздуха. К счастью, именно в этот период ученым удалось разработать методы получения и сжижения воздуха в больших количествах. Такой поворот дела позволил одержать успех У. Рамзаю в открытии элемента криптона. Данные спектроскопии подтвердили предварительные заключения о новом веществе. "Скрытый" газ имеет совершенно новые линии в спектре, которых не было ни в одном соединении на тот момент времени.

 

Нахождение в природе.

         Содержание в атмосферном воздухе 1,14⋅10^-4% по объёму, общие запасы в атмосфере 5,3⋅10¹²м³. В 1 м³ воздуха содержится около 1 см³ криптона.

Получение криптона из воздуха является энергоёмким процессом. Для получения единицы объёма криптона ректификацией сжиженного воздуха нужно переработать более миллиона единиц объёмов воздуха.

В литосфере Земли стабильные изотопы криптона (через цепочку распадов нестабильных нуклидов) образуются при спонтанном ядерном делении долгоживущих радиоактивных элементов (торий, уран), этот процесс обогащает атмосферу этим газом. В газах ураносодержащих минералов содержится 2,5—3,0 % криптона (по массе).

 

Физические свойства.

Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха (при давлении 6 атмосфер приобретает острый запах, похожий на запах хлороформа). Плотность при стандартных условиях 3,745 кг/м³ (в 3 раза тяжелее воздуха). При нормальном давлении криптон сжижается при температуре 119,93 К (−153,415 °C), затвердевает при 115,78 К (−157,37 °C), образуя кристаллы кубической сингонии (гранецентрированная решётка), пространственная группа Fm 3 m, параметры ячейки a = 0,572 нм, Z = 4. Таким образом, в жидкой фазе он существует лишь в диапазоне температур около четырёх градусов. Плотность жидкого криптона при температуре кипения составляет 2,412 г/см³, плотность твёрдого криптона при абсолютном нуле равна 3,100 г/см.

Критическая температура 209,35 К, критическое давление 5,50 МПа (55,0 бар), критическая плотность 0,908 г/см³. Тройная точка криптона находится при температуре 115,78 К, его плотность при этом 2,826 г/см.

Молярная теплоёмкость при постоянном давлении 20,79 Дж/(моль·К). Теплота плавления 1,6 кДж/моль, теплота испарения 9,1 кДж/моль.

При стандартных условиях динамическая вязкость криптона составляет 23,3 мкПа·с, теплопроводность 8,54 мВт/(м·К), коэффициент самодиффузии 7,9·10⁻⁶ м²/с.

Диамагнитен. Магнитная восприимчивость −2,9·10⁻⁵. Поляризуемость 2,46·10⁻³ нм.

Энергия ионизации 13,9998 эВ (Kr⁰ → Kr⁺), 24,37 эВ (Kr⁺ → Kr²⁺).

Сечение захвата тепловых нейтронов у природного криптона около 28 барн.

Растворимость в воде при стандартном давлении 1 бар равна 0,11 л/кг (0 °C), 0,054 л/кг (25 °C). Образует с водой клатраты состава Kr·5,75H₂O, разлагающиеся при температуре выше −27,7 °C. Образует клатраты также с некоторыми органическими веществами (фенол, толуол, ацетон и др.).

 

Список всех характеристик:

· Очень тяжелый газ - в три раза превосходит воздух.

· Не имеет вкуса.

· Бесцветный.

· Не имеет запаха.

· Температура кипения -152 0С.

· Плотность вещества при обычных условиях 3,74 г/л.

· Температура плавления -157,3 0С.

· Энергия ионизации высокая, составляет 14 эВ.

· Электроотрицательность также достаточно велика - 2,6.

· Растворим в бензоле, незначительно в воде.

· С повышением температуры жидкости растворимость падает.

· Также смешивается с этанолом.

· При комнатной температуре обладает диэлектрической проницаемостью.

Химические свойства.

Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует с фтором, образуя дифторид криптона. Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr−O (Kr(OTeF₅)₂).

В 1965 году было заявлено о получении соединений состава KrF₄, KrO₃·H₂O и BaKrO₄. Позже их существование было опровергнуто.

В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью C−Kr (HKrC≡CH — гидрокриптоацетилен) путём фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице.

 

Если перевести криптон (газ) в твердое состояние, то он кристаллизуется в пространственную гранецентрическую кубическую решетку. В таком состоянии он также способен вступать в химические реакции. Они весьма немногочисленны, но все же существуют.

Есть несколько типов веществ, которые удалось получить на основе криптона.

1. Образует клатраты с водой: Kr.5,75Н2О.

2. Формирует их же с органическими веществами:

· 2,14Kr.12С6Н,ОН;

· 2,14Kr.12С6Н5СН3;

· 2Kr.CCl4.17H2O;

· 2Kr.CHCL3.17H2O;

· 2Kr.(СН3)2СО.17H2O;

· 0,75 Kr.ЗС6Н4(ОН)2.

 

3. В жестких условиях способен реагировать с фтором, то есть окисляться. Таким образом, формула криптона с реагентом принимает вид: KrF2, или дифторид криптона. Степень окисления в соединении +2.

4. Сравнительно недавно сумели синтезировать соединение, которое включает связи между криптоном и кислородом: Kr-O(Kr(OTeF5)2).

5. В Финляндии получили интересное соединение криптона с ацетиленом, названное гидрокриптоацетилен: HKrC≡CH.

6. Фторид криптона (+4) также существует KrF4. При растворении в воде данное соединение способно формировать слабую и неустойчивую криптоновую кислоту, от которой известны лишь соли бария: BaKrO4.

7. Формула криптона в соединениях, произведенных от его дифторида, выглядит так:

· KrF+SbF6–;

· Kr2F3+AuF6–.

 

Таким образом, получается, что, несмотря на химическую инертность, данный газ проявляет восстановительные свойства и способен вступать в химические взаимодействия при очень жестких условиях. Это дает химикам всего мира зеленый свет в исследовании возможностей "скрытого" компонента воздуха. Возможно, что вскоре будут синтезированы новые соединения, которые найдут широкое применение в технике и промышленности.

 

↓ Способы получения.  ↓

Получается как побочный продукт в виде криптоно-ксеноновой смеси в процессе разделения воздуха на промышленных установках.

В процессе разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации производится постоянный отбор фракции жидкого кислорода, содержащей жидкие углеводороды, криптон и ксенон (отбор фракции кислорода с углеводородами необходим для обеспечения взрывобезопасности).

Для извлечения Kr и Xe из отбираемой фракции удаляют углеводороды в каталитических печах при t=500—600 °C и направляют в дополнительную ректификационную колонну для удаления кислорода, после обогащения Kr+Xe смеси до 98—99 % её повторно очищают в каталитических печах от углеводородов, а затем в блоке адсорберов, заполненных силикагелем (или другим адсорбентом).

После очистки смеси газов от остатков углеводородов и влаги её закачивают в баллоны для транспортировки на установку разделения Kr и Xe (это связано с тем, что не на каждом предприятии, эксплуатирующем воздухоразделительные установки, существует установка разделения Kr и Xe).

Дальнейший процесс разделения Kr и Xe на чистые компоненты происходит по следующей цепочке: удаление остатков углеводородов на контактной каталитической печи, заполненной окисью меди при температуре 300—400 °C, очистка от влаги в адсорбере, заполненном цеолитом, охлаждение в теплообменнике, подача на разделение в ректификационной колонне № 1, где из кубового пространства (нижняя часть ректификационной колонны) колонны отбирается жидкий Xe и направляется в колонну № 3, где он доочищается от примеси Kr, а затем выкачивается при помощи мембранного компрессора в баллоны. Газообразный Kr отбирается из-под крышки конденсатора колонны № 1 и направляется в колонну № 2, где он очищается от остатков азота, кислорода, аргона (температура их кипения значительно ниже температуры кипения криптона). Из кубового пространства колонны № 2 отбирается чистый криптон и закачивается мембранным компрессором в баллоны.

Процесс разделения смеси криптона и ксенона может вестись как непрерывно, так и циклично, по мере накопления сырья (смеси) для переработки.

 

Изотопы.

Изото́пы крипто́на. – разновидности атомов (и ядер) химического элемента криптона, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известен 31 изотоп криптона и ещё 10 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе криптон представлен пятью стабильными нуклидами: ⁸⁴Kr (изотопная распространённость 57,00 %), 86Kr (17,30 %), 82Kr (11,58 %), 83Kr (11,49 %), 80Kr (2,28 %) и одним слаборадиоактивным 78Kr (0,35 %)[1]. Источники на основе изотопа Kr с активностью около 2·10¹¹ Бк применялись в толщиномерах.

Криптон-86

Криптон-86 ранее был использован, чтобы определить метр от 1960 до 1983 года, когда определение метра было основано на длине волны 605 нм (оранжевый) спектральной линии атома криптона-86.

 

Криптон-81

Радиоактивный криптон-81 является продуктом реакции с космическими лучами, которые ударяют в атмосферу, наряду с шестью стабильными или почти стабильными криптоном изотопов. Криптон-81 имеет период полураспада около 229000 лет.

Криптон-81 был использован для знакомства старых (50,000- до 800000-летних) грунтовых вод.

 

Криптон-85

Криптон-85 является радиоактивный изотоп криптона, который имеет период полураспада около 10,75 лет. Этот изотоп производится путем деления ядер из урана и плутония в испытании ядерного оружия и в ядерных реакторах, а также космическими лучами. Важной целью Договора запрещения испытаний ядерного Limited в 1963 год ликвидировать выброс таких радиоактивных изотопов в атмосферу, а с 1963 года большой частью этого криптоном-85 успела заглохнуть. Тем не менее, это неизбежно, что криптон-85 высвобождается во время переработки из топливных стержней из атомных реакторов.

 

Атмосферная концентрация

Атмосферная концентрация криптона-85 вокруг Северного полюса составляет около 30 процентов выше, чем на Южном полюсе станции Амундсен-Скотт, потому что почти все ядерные реакторы мира и всех его основных ядерных перерабатывающих заводов расположены в северном полушарии, и также хорошо к северу от экватора. Чтобы быть более конкретными, эти ядерные перерабатывающие заводы со значительными возможностями расположены в Соединенных Штатах, в Соединенном Королевстве, на Французской Республике, в Российской Федерации, материковый Китай (КНР), Японии, Индии и Пакистане.