氪 36 Kr 无色气体,在高压电管中呈现白色和藍色光芒 名稱·符號 ·序數 氪(Krypton)·Kr·36 元素類別 稀有气体 族 ·週期 ·區 18 ·4 ·p 標準原子質量 83.798(2)[ 1] 电子排布 [Ar ] 3d10 4s2 4p6 2, 8, 18, 8
氪的电子層(2, 8, 18, 8) 發現 威廉·拉姆齐 和 莫里斯·特拉弗斯(1898年)分離 威廉·拉姆齐 和 莫里斯·特拉弗斯(1898年) 物態 气态 密度 (0 °C, 101.325 kPa ) 3.749 g /L 沸点 時液體密度2.413[ 2] g·cm−3 熔点 115.79 K ,-157.36 °C ,-251.25 °F 沸點 119.93 K ,-153.22 °C ,-244.12 °F 三相点 115.775 K(−157 °C),73.2 kPa 臨界點 209.41 K,5.50 MPa 熔化热 1.64 kJ·mol−1 汽化热 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
氧化态 2, 1, 0 电负性 3.00(鲍林标度) 电离能 第一:1350.8 kJ·mol−1 第二:2350.4 kJ·mol−1 第三:3565 kJ·mol−1 共价半径 116±4 pm 范德华半径 202 pm 氪的原子谱线 晶体结构 面心立方 磁序 抗磁性 [ 3] 熱導率 9.43×10-3 W·m−1 ·K−1 聲速 (气态, 23 °C) 220, (液态) 1120 m·s−1 CAS号 7439-90-9 主条目:氪的同位素
氪 ( kè ) (英語:Krypton ),是一種化學元素 ,其化學符號 为Kr ,原子序數 为36,原子量 為7001837980000000000♠ 83.798 u ,是一种无色、无臭、无味的稀有气体 ,把它放电时呈橙红色,在大气中含有痕量 ,可通过分馏 从液态空气中分离,常用于制作荧光灯 。氪正如其他惰性气体一样,不易与其他物质产生化学作用,已知的化合物有二氟化氪 (KrF2 )。
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發出的橙色谱线作为基准的[ 6] 。
历史
氪的发现者拉姆齐
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。以古希臘語 κρυπτός kryptós(“隱藏”)命名為氪。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能级之间跃遷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:一根存放在巴黎的鉑 銥 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,国际计量局 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。[ 9] [ 10] [ 11]
特征
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
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
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 Ar Kr+ 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
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
氪放电管
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
氪无毒,但有窒息性。[ 33] 氪的麻醉性比空气強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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外部連結