Криптон - хімічний елемент. Формула криптону

На нашій планеті існує безліч різних сполук, органічних та мінеральних речовин. Так, людиною відкрито, синтезовано і використовується понад півтора мільйона структур зі світу органіки і більше 500 тисяч поза ним. І щороку ця цифра зростає, так як розвиток хімічної галузі не стоїть на місці, країни світу активно розвивають і просувають її.

Але дивно навіть не це. А те, що все це різноманіття речовин побудовано всього з 118 хімічних елементів. Ось це дійсно здорово! Періодична система хімічних елементів є тією основою, яка графічно відображає різноманіття органічного та неорганічного світу.

Класифікація хімічних елементів

Існує кілька варіантів градації даних структур. Так, таблиця Менделєєва з хімії ділиться умовно на дві групи:

• елементи-метали (більша частина) ;
• неметали (менша частина).

При цьому першу складають елементи, що знаходяться нижче умовної діагональної кордону від бору до астату, а другу - ті, що вище. Однак з цієї класифікації є винятки, наприклад, олово (існує в альфа- і бета-формі, одна з яких - метал, а друга - неметал). Тому назвати такий варіант поділу абсолютно справедливим можна.

Також періодична система хімічних елементів може бути класифікована за властивостями останніх.

1. Володіють основними властивостями (відновники) - типові метали, елементи 1,2 групи головних підгруп (крім берилію).
2. Володіють кислотними властивостями (окислювачі) - типові неметали. Елементи 6,7 груп головних підгруп.
3. Амфотерні властивості (двоїсті) - всі метали побічних підгруп і деякі з головних.
4. Елементи-неметали, що проявляють себе і як відновники, і як окислювачі (залежно від умов реакції).

Найчастіше саме так вивчаються хімічні елементи. 8 клас школи передбачає початкове вивчення всіх структур із запам`ятовуванням символу, назви і вимови російською мовою. Це обов`язкова умова для грамотного оволодіння хімією надалі, основа всього. Таблиця Менделєєва з хімії завжди знаходиться в полі зору дітей, проте знати найпоширеніші і хімічні активні з них все ж слід.

Особливу групу в даній системі займає восьма за рахунком. Її елементи головної підгрупи мають назву інертних - благородних - газів за свої завершення електронні оболонки і, як наслідок, малу хімічну активність. Один з них - криптон, хімічний елемент під номером 36 - буде розглянуто нами докладніше. Інші його побратими по таблиці також є благородними газами і використовуються людиною дуже широко.

Криптон - хімічний елемент

Даний мешканець Періодичної системи розташовується в четвертому періоді, восьмий групі, головній підгрупі. Порядковий номер, а значить, і кількість електронів, і заряд ядра (Кількість протонів) = 36. Звідси можна зробити висновок про те, якою буде електронна формула криптону. Запишемо її: ₊₃₆Kr 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶.

Очевидно, що зовнішній енергетичний рівень атома повністю завершений. Це і визначає дуже низьку хімічну активність даного елемента. Проте за певних умов все ж вдається змусити вступати в деякі реакції такий стійкий газ, як криптон. Хімічний елемент, а точніше, його положення в системі, електронна будова, дозволяють отримати і ще одну важливу характеристику атома: валентність. Тобто здатність утворювати хімічні зв`язки.

Зазвичай ми говоримо, що вона практично завжди для невозбужденного стану атомів дорівнює номеру групи, в якій він знаходиться (якщо рахувати з першої по четверту по порядку, а потім навпаки, 1234321). Проте ж валентність криптону в ці рамки не вписується, так як без повідомлення додаткової енергії, тобто без порушення атома, він взагалі абсолютно інертний і його валентність дорівнює нулю.

Якщо все ж домогтися порушення його атома, то електрони можуть расспаріваться і переходити на вільну 4d орбіталь. Звідси можливі валентності криптону: 2,4,6. Ступеня окислення відповідні зі знаком + (+ 2, + 4, + 6).

Історія відкриття

Після відкриття інертних газів - аргону в 1894 році, гелію в 1985 р - спрогнозувати і підтвердити можливість існування в природі інших подібних газів особливих зусиль для вчених не склало. Основні зусилля на цьому шляху докладав У. Рамзай, який і відкрив аргон. Він справедливо вважав, що в повітрі є ще інертні гази, проте кількість їх настільки мізерно, що техніка не може зафіксувати їх присутність.

Тому відкритий елемент криптон був тільки через кілька років. У 1898 році з повітря був виділений газ неон, а слідом за ним і інше інертне з`єднання, яке за трудність відшукання і виділення було вирішено назвати криптоном. Адже в перекладі з грецького "Криптос" означає прихований.

Виявити довгий час його не вдавалося, це було дуже важко. Підтверджує цей факт те, що в одному кубічному метрі повітря міститься один мілілітр газу. Тобто обсяг менше наперстка! Щоб можливо було речовину вивчити, знадобилося сто кубічних сантиметрів рідкого повітря. На щастя, саме в цей період вченим вдалося розробити методи отримання та зрідження повітря у великих кількостях. Такий поворот справи дозволив одержати успіх У. Рамзаю у відкритті елемента криптону.

Дані спектроскопії підтвердили попередні висновки про новий речовині. "Прихований" газ має зовсім нові лінії в спектрі, яких не було ні в одному з`єднанні на той момент часу.

Утворене проста речовина і його формула

Якщо криптон - хімічний елемент, що відноситься до інертних газів, логічно припустити, що його проста речовина буде летючої молекулою. Так і є. Проста речовина криптону - одноатомний газ з формулою Kr. Зазвичай ми звикли бачити гази з індексом "2", наприклад, О₂, Н₂ і так далі. Але у цього елемента все інакше завдяки приналежності до сімейства благородних газів і завершеною електронній оболонці атома.

Фізичні властивості

Як і у будь-якого іншого з`єднання, у даного також є свої характеристики. Фізичні властивості криптону наступні.

1. Дуже важкий газ - в три рази перевершує повітря.
2. Не має смаку.
3. Безбарвний.
4. Не має запаху.
5. Температура кипіння -152 ⁰С.
6. Щільність речовини при звичайних умовах 3,74 г / л.
7. Температура плавлення -157,3 ⁰С.
8. Енергія іонізації висока, становить 14 еВ.
9. Електронегативність також досить велика - 2,6.
10. Розчинний в бензолі, незначно у воді. З підвищенням температури рідини розчинність падає. Також змішується з етанолом.
11. При кімнатній температурі має діелектричної проникністю.

Таким чином, газ криптон володіє достатньою кількістю характеристик, щоб вступати в хімічні реакції і бути корисним людині своїми властивостями.

Хімічні властивості

Якщо перевести криптон (газ) в твердий стан, то він кристалізується в просторову гранецентріческую кубічну грати. У такому стані він також здатний вступати в хімічні реакції. Вони дуже нечисленні, але все ж існують.

Є кілька типів речовин, які вдалося отримати на основі криптону.

1. Утворює клатрати з водою: Kr^.5,75Н₂О.

2. Формує їх же з органічними речовинами:

• 2,14Kr^.12С₆Н, ОН
• 2,14Kr^.12С₆Н₅СН_3-
• 2Kr^.CCl₄^.17H₂O;
• 2Kr^.CHCL₃^.17H₂O;
• 2Kr^.(СН₃)₂СО^.17H₂O;
• 0,75 Kr^.ЗС₆Н₄(ОН)_2.

3. У жорстких умовах здатний реагувати з фтором, тобто окислюватися. Таким чином, формула криптону з реагентом приймає вигляд: KrF_2, або дифторид криптону. Ступінь окислювання в з`єднанні +2.

4. Порівняно недавно зуміли синтезувати з`єднання, яке включає зв`язки між криптоном і киснем: Kr-O (Kr (OTeF₅)₂).

5. У Фінляндії отримали цікаву з`єднання криптону з ацетиленом, назване гідрокріптоацетілен: HKrCequiv-CH.

6. Фторид криптону (+4) також існує KrF_4. При розчиненні у воді дане з`єднання здатне формувати слабку і нестійку Криптонова кислоту, від якої відомі лише солі барію: BaKrO₄.

7. Формула криптону у з`єднаннях, вироблених від його дифторида, виглядає так:

• KrF⁺SbF₆^-;
• Kr₂F₃⁺AuF₆^-.

Таким чином, виходить, що, незважаючи на хімічну інертність, даний газ проявляє відновні властивості і здатний вступати в хімічні взаємодії при дуже жорстких умовах. Це дає хімікам усього світу зелене світло в дослідженні можливостей "прихованого" компонента повітря. Можливо, що незабаром будуть синтезовані нові сполуки, які знайдуть широке застосування в техніці та промисловості.

Визначення газу

Існує кілька основних способів визначення даного газу:

• хроматографія;
• спектроскопія;
• методи абсорбційного аналізу.

Є ще кілька елементів, що визначаються цими ж способами, їх також розмістила в собі таблиця Менделєєва. Криптон, ксенон, радон - найважчі з благородних газів і самі невловимі. Тому для їх виявлення і потрібні такі складні фізико-хімічні методи.

Способи отримання

Основний спосіб отримання - це переробка зрідженого повітря. Але через малу кількісного вмісту криптону в ньому доводиться переробляти мільйони кубічних метрів для видобутку невеликої кількості благородного газу. В цілому процес відбувається в три основних етапи.

1. Обробка повітря на спеціальних повітророздільних колонах. При цьому відбувається поділ загального потоку речовин на більш важкі фракції - суміш вуглеводнів і благородних газів в рідкому кисні, а також більш легкі - численні гази-домішки. Оскільки велика частина речовин вибухонебезпечна, то в колоні існує спеціальна відводить труба, по якій відразу відокремлюються найважчі компоненти. Серед них і криптон. На виході він сильно забруднений сторонніми домішками. Щоб отримати найчистіший продукт, його необхідно надалі піддати ряду специфічних хімічних обробок спеціальними розчинниками.
2. На цьому етапі отримують суміш криптону і ксенону, забруднену вуглеводнями. Для очищення використовують спеціальні пристрої, в яких окисленням і адсорбцией суміш позбавляють від більшості непотрібних компонентів. При цьому сама суміш благородних газів залишається нерозділеного між собою. Крім того, весь процес відбувається під великим тиском, що викликає перехід газів в рідкий стан.
3. На заключному етапі слід поділ підсумкової суміші газів з одержанням особливо високо чистого криптону і ксенону. Для цього створена спеціальна унікальна установка, технічно досконала для даного процесу. Результатом є отримання високоякісного продукту у вигляді газоподібного криптону.

Цікаво, що всі описані процеси можуть відбуватися циклічно, без припинення виробництва, якщо вихідної сировини - повітря - буде поставлятися належну кількість. Це дозволяє здійснювати синтез благородних газів, в тому числі і криптону, в дуже значних промислових масштабах.

Зберігання та транспортування продукту здійснюється в спеціальних металевих балонах з відповідним написом. Вони перебувають під тиском, і температура їх зберігання не перевищує 20 ⁰С.

Вміст у природі

У природних умовах міститься не просто елемент криптон, а його ізотопи. Всього виділяють шість різновидів, стійких в природних умовах:

• криптон-78 - 0,35% ;
• криптон-80 - 2,28% ;
• криптон-82 - 11,58% ;
• криптон-83 - 11,49% ;
• криптон-84 - 57% ;
• криптон-86 - 17,3%.

Де ж міститься даний газ? Звичайно ж там, звідки його і виділили вперше - в повітрі. Процентний вміст дуже невелика - всього 1,14 * 10^-4%. Також постійне поповнення даними благородним газом запасів у природі відбувається завдяки ядерним реакціям всередині літосфери Землі. Саме там формується значна частина стійких ізотопних різновидів даного елемента.

Використання людиною

Сучасна техніка дозволяє отримувати криптон з повітря у великих кількостях. І є всі підстави припускати, що він скоро замінить інертний аргон в електричних лампочках. Адже, наповнені криптоном, вони стануть економічніше: при тій же витраті енергії вони будуть служити набагато довше і світити яскравіше. Також краще витримувати перевантаження, в порівнянні зі звичайними, які заповнені сумішшю азоту і аргону.

Це можна пояснити малорухомістю великих і важких молекул криптону, які уповільнюють передачу тепла від скла лампочки до нитки розжарювання і зменшують випаровування атомів речовини з її поверхні.

Також радіоактивний ізотоп криптону ⁸⁵Kr використовується для наповнення спеціальних ламп, оскільки здатний випромінювати бета-промені. Ця енергія випромінювання перетворюється у видиме світло. Такі лампи складаються з скляного балона, внутрішні стінки якого вкриті фосфоресцирующим складом. Бета-промені ізотопу криптону, потрапляючи на цей шар, викликають його світіння, яке відмінно помітно навіть на відстані 500 м.

На відстані до 3 метрів можна чітко бачити навіть друкований текст. Лампи довговічні, так як період напіврозпаду ізотопу криптону 85 становить близько 10 років. Працюють пристрої незалежно від джерела струму і зовнішніх умов.

Також фториди криптону знаходять застосування в якості окислювачів ракетного палива. З`єднання складу Kr-F використовується у виробництві ексимерних лазерів. Деякі ізотопи криптону використовуються в медицині. В основному для діагностики обладнання, виявлення перфораций і витоків у вакуумних установках, прогнозування та виявлення корозії, в якості контролю над зносом деталей апаратури.

Ще один варіант використання криптону - це рентгенівські трубки, які їм заповнені. Сучасні вчені шукають шляхи застосування даного газу в якості наповнювача в складі дихальних сумішей для занурення у воду. Може бути реалізовано використання його і в якості анестетика в медицині.