クリプトン

クリプトン、  36Kr
クリプトンを充填した白く輝く放電管
クリプトン
発音/ ˈ k r ɪ p t ɒ n / ⓘ
外観無色の気体で、電界中で白っぽく輝く
標準原子量 A r °(Kr)
  • 83.798 ± 0.002 [1]
  • 83.798 ± 0.002  (要約) [2]
Krypton in the periodic table
HydrogenHelium
LithiumBerylliumBoronCarbonNitrogenOxygenFluorineNeon
SodiumMagnesiumAluminiumSiliconPhosphorusSulfurChlorineArgon
PotassiumCalciumScandiumTitaniumVanadiumChromiumManganeseIronCobaltNickelCopperZincGalliumGermaniumArsenicSeleniumBromineクリプトン
RubidiumStrontiumYttriumZirconiumNiobiumMolybdenumTechnetiumRutheniumRhodiumPalladiumSilverCadmiumIndiumTinAntimonyTelluriumIodineXenon
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインスタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットチウムレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
Ar
↑
Kr
↓
Xe
臭素←クリプトン→ルビジウム
原子番号 ( Z )36
族第18族 (希ガス)
周期第4周期
ブロック  pブロック
電子配置[ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 6
殻あたりの電子数2, 8, 18, 8
物理的性質
標準温度における 相気体
融点115.78  K (-157.37 °C, -251.27 °F)
沸点119.93 K ​(−153.415 °C, ​−244.147 °F)
Density (at STP)3.749 g/L
when liquid (at  bp ) 2.413 g/cm 3 [3]
Triple point115.775 K, 73.53 kPa [4] [5]
Critical point209.48 K、5.525 MPa [5]
Heat of fusion1.64  kJ/mol
Heat of vaporization9.08 kJ/mol
Molar heat capacity20.95 [6]  J/(mol·K)
Vapor pressure
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
at  T  (K)5965748499120
原子の性質
酸化状態共通：+2
+1
電気陰性度ポーリングスケール
イオン化エネルギー
  • 1次：1350.8 kJ/モル
  • 2次：2350.4 kJ/モル
  • 3次：3565 kJ/モル
共有結合半径116±4  pm
ファンデルワールス半径202 pm
スペクトル範囲における色線
クリプトンのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始
結晶構造：格子定数
a = 583.57 pm (三重点：115.78 K) [ 7 ]
クリプトンの面心立方結晶構造
熱伝導率
9.43×10 −3 W/(m·K)9.43×10 −3   W/(m⋅K)
磁気秩序モル磁化率
モル磁化率音速
音速(気体、20℃) 221 m·s −1
(液体) 1120 m/s
CAS番号7439-90-9
歴史
命名ギリシャ語のκρυπτός（隠された）から
発見と最初の単離ウィリアム・ラムゼーとモリス・トラバース(1898)
クリプトンの同位体
崩壊崩壊
同位体存在比半減期 ( t 1/2 )モード生成物
78 Kr0.360%εεεε78 Se
79 Kr合成1.46 日β +79 Br
80 Kr2.29%安定
81 Kr痕跡2.3 × 10 5 年ε81 Br
81m Kr合成13.10 秒IT81 Kr
ε81 Br
82 Kr11.6%安定
83 Kr11.5%安定
84 Kr57.0%安定
85 Kr痕跡10.728 年β -85 Rb
86 Kr17.3%安定
 カテゴリ: クリプトン
|参考文献

クリプトン（古代ギリシャ語：κρυπτός、ローマ字：  kryptos 「隠されたもの」）は化学元素で、記号 はKr、原子番号は36です。無色無臭の希ガスで、大気中に微量に存在し、蛍光灯では他の希ガスと併用されることがよくあります。クリプトンは化学的に不活性です。

クリプトンは、他の希ガスと同様に、照明や写真撮影に使用されます。クリプトン光には多くのスペクトル線があり、クリプトンプラズマは、それぞれが単一のスペクトル線を共鳴・増幅する、明るく高出力のガスレーザー（クリプトンイオンレーザーおよびエキシマレーザー）に有用です。フッ化クリプトンも有用なレーザー媒体となります。1960年から1983年までは、クリプトン放電管の高出力と比較的操作が容易なことから、メートルの公式定義はクリプトン86の1つのスペクトル線の波長に基づいていました

歴史

クリプトンの発見者、ウィリアム・ラムゼー卿

クリプトンは1898年、スコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼーとイギリスの化学者モリス・トラバースによって、液体空気のほぼすべての成分を蒸発させた残留物から発見されました。ネオンは、わずか数週間後に同じ研究者によって同様の手順で発見されました。[12]ウィリアム・ラムゼーは、クリプトンを含む一連の希ガスの発見により、1904年のノーベル化学賞を受賞しました。[13]

1960年、国際度量衡局は、真空中で放射される光の1,650,763.73波長をメートルと定義しました。これは、同位体クリプトン86の2p 10準位と5d 5準位間の遷移に対応します。 [14] [15]この合意は、セーヴルにある金属棒であった1889年の国際メートル原器に取って代わりました。また、これにより、赤色カドミウムのスペクトル線に基づく1927年のオングストロームの定義も廃止され、[16] 1Å = 10 -10  mに置き換えられました。クリプトン86の定義は、1983年10月の会議まで続き、メートルは真空中を光が1/299,792,458秒間に移動する距離として再定義されました。[17] [18] [19]

特徴

クリプトンは、いくつかの鋭い輝線（スペクトル特性）を特徴とし、最も強いのは緑と黄色です。[20]クリプトンはウランの核分裂生成 物の1つです。[21]固体クリプトンは白色で、面心立方結晶構造を有しています。これはすべての希ガスに共通する特性です（六方最密充填結晶構造を持つヘリウムを除く）。 [22]

同位体

地球の大気中に天然に存在するクリプトンは、5つの安定 同位体と、半減期が非常に長い（9.2×10 21年）1つの同位体（ 78 Kr  ）で構成されています。この同位体は、崩壊が観測されているすべての同位体の中で3番目に長い半減期を持ち、78 Seに二重電子捕獲されます。[11] [23]さらに、約30の不安定同位体と異性体が知られています[24]宇宙線照射によって生成される宇宙線起源核種である81 Krも自然界に微量に存在する。この同位体は放射性であり、半減期は23万年である。クリプトンは揮発性が高く、地表付近の水には溶解していないが、81 Krは5万年から80万年前の地下水の年代測定に利用されてきた。[25]

85 Krは、半減期が10.76年の不活性放射性希ガスです。核爆弾実験や原子炉などで、ウランとプルトニウムの核分裂によって生成されます。85 Krは、原子炉の燃料棒の再処理中に放出されます対流混合のため、北極の濃度は南極よりも30%高くなります。 [26]

化学

他の希ガスと同様に、クリプトンは化学的に非常に反応性が低いです。+2酸化状態にあるクリプトンの化学的性質は、+1酸化状態にある隣接元素臭素の化学的性質と似ています。スカンジド収縮のため、4p元素をそれぞれの族の酸化状態に酸化することは困難です。1960年代まで、希ガス化合物は合成されていませんでした。[27]

Following the first successful synthesis of xenon compounds in 1962, synthesis of krypton difluoride ( KrF
2) was reported in 1963. In the same year, KrF
4がGrosseらによって報告されました[28]が、後に誤認であることが示されました[29] 。極限条件下では、クリプトンはフッ素と反応して、次の式に従って KrF 2を形成します。

フッ化クリプトンレーザー中のクリプトンガスは、光源からエネルギーを吸収し、クリプトンをフッ素ガスと反応させて、励起エネルギー状態の一時的な錯体である励起錯体フッ化クリプトンを生成します。 [30]

この錯体は自発放出または誘導放出を起こし、そのエネルギー状態を準安定だが非常に反発的な基底状態に低下させます。基底状態の錯体はすぐに非結合原子に解離します。

その結果、励起錯体レーザーが生成され、スペクトルの紫外線領域に近い248nmでエネルギーを放射します。これは、錯体の基底状態と励起状態の間のエネルギー差に対応します。[31]

ダイヤモンドアンビルセル内で形成されたKr(H 2 ) 4とH 2の固体[32]
Kr(H 2 ) 4の構造。クリプトン八面体（緑）はランダムに配向した水素分子に囲まれている。[32]

フッ素以外の原子に結合したクリプトンを持つ化合物も発見されています。また、クリプトンオキソ酸のバリウム 塩に関する未検証の報告もあります。[33] Ar、 Kr +、およびKr H +多原子イオンが調査されており、Kr XeまたはKrXe +の存在を示す証拠があります。[34]

KrF
2とB(OTeF
5)
3の反応により、不安定な化合物Kr(OTeF
5)
2が生成されます。これはクリプトン-酸素結合を含みます。クリプトン-窒素結合は、陽イオン[HC≡N-Kr-F]に見られます。+
KrFの反応によって生成される
2[HC≡NH]と+
[AsF−
6] -50℃以下で安定である。[35] [36] HKrCNおよびHKrC≡CH（シアン化クリプトンおよびヒドロクリプトアセチレン）は40Kまで安定であると報告されている。 [ 27]

水素化クリプトン（Kr(H2 ) 4 ）結晶は5GPa以上の圧力で成長させることができる。面心立方構造を有し、クリプトン八面体はランダムに配向した水素分子に囲まれている。[32]

自然発生

地球は、ヘリウムを除いて、その形成時に存在していたすべての希ガスを保持している。大気中のクリプトンの濃度は約 1ppmである。液体空気から分留によって抽出することができる。[37]宇宙におけるクリプトンの量は、流星活動と太陽風に基づいて測定されているため不確実である。最初の測定は、宇宙にクリプトンが豊富に存在することを示唆している。[38]

用途

クリプトンガス放電管

クリプトンの複数の輝線は、イオン化されたクリプトンガス放電を白っぽく見せるため、クリプトンベースの電球は写真撮影の白色光源として有用です。クリプトンは、高速度写真撮影用の写真用フラッシュに使用されています。また、クリプトンガスは水銀と混合され、明るい緑がかった青色の光を発する蓄光標識を作るためにも使用されます。[39]

クリプトンは省エネ蛍光灯にアルゴンと混合され、消費電力を削減しますが、同時に光出力も低下し、コストが上昇します。[40]クリプトンはアルゴンの約100倍のコストがかかります。クリプトンは（キセノンと共に）白熱電球の充填ガスとしても使用され、フィラメントの蒸発を抑え、より高い動作温度を実現します。[41]

クリプトンの白色放電は、ガス放電「ネオン」管の芸術的効果として使用されることがあります。クリプトンは赤色スペクトル線領域においてネオンよりもはるかに高い光出力を生成するため、高出力レーザーライトショー用の赤色レーザーは、レーザー増幅と発光のために赤色スペクトル線を選択するミラーを備えたクリプトンレーザーであることが多く、より一般的なヘリウムネオンレーザーでは同じ数ワットの出力を達成できませんでした。[42]

フッ化クリプトンレーザーは、閉じ込め実験における核融合エネルギー研究において重要です。このレーザーはビームの均一性が高く、波長が短く、スポットサイズを変化させて爆縮するペレットを追跡することができます。[43]

実験素粒子物理学では、液体クリプトンは準均質電磁カロリメータの構築に使用されます。注目すべき例としては、約27トンの液体クリプトンを含むCERNのNA48実験のカロリメータがあります。液体アルゴンの方が安価なため、この用途はまれです。クリプトンの利点は、モリエール半径が4.7cmと小さいため、重なりが少なく優れた空間分解能が得られることです。カロリメトリーに関連するその他のパラメータは、放射長X 0 =4.7cm、密度2.4g/cm 3です。[要出典]

クリプトン83は、磁気共鳴画像法（MRI）における気道の画像化に応用されています。特に、放射線科医は、気道を含む疎水性表面と親水性表面を区別することができます。 [44]

キセノンはコンピューター断層撮影（CT）で局所換気を評価するのに使用できる可能性があるが、麻酔作用があるため、呼吸ガス中の割合は35％に制限される。30％のキセノンと30％のクリプトンを混合した呼吸ガスは、キセノンガスの高分圧による望ましくない影響を避けながら、CTでの有効性は40％キセノンの割合に匹敵する。[45]準安定同位体クリプトン81mは、肺換気/灌流スキャンの核医学で使用され、吸入されてガンマカメラで画像化される。[46]大気中のクリプトン85は、北朝鮮[47]とパキスタン[48]の秘密の核燃料再処理施設を検出するために使用されている。これらの施設は2000年代初頭に発見され、兵器級プルトニウムを製造していると考えられていた。クリプトン85は中半減期の核分裂生成物であるため、被覆管を外すと使用済み燃料から漏れ出します。 [49]

クリプトンは、窓ガラス間の断熱ガスとして時折使用されます。[50] SpaceX Starlinkは、電気推進システムの推進剤としてクリプトンを使用しています。[51]

注意事項

クリプトンと他の麻酔ガスの比較（最小肺胞濃度は効力の逆指標です）

クリプトンは非毒性の窒息性物質と考えられています。[52]親油性であるため、クリプトンは顕著な麻酔効果を有します（この現象のメカニズムはまだ完全には解明されていませんが、[53] 2つの特性がメカニズム的に関連しているという確かな証拠があります）。麻薬作用は空気の7倍で、50%のクリプトンと50%の自然空気の混合気体を呼吸すると（漏洩現場で起こり得るように）、人間は大気圧の4倍の圧力で空気を呼吸するのと同様の麻酔状態になります。これは水深30m（100フィート）でのスキューバダイビングに匹敵し、呼吸するすべての人に影響を与える可能性があります。[要出典]

参考文献

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参考文献

  • ウィリアム・P・カーク著「クリプトン85：文献レビューと放射線障害の分析」、環境保護庁、研究監視局、ワシントン（1972年）
  • ビデオ周期表におけるクリプトン（ノッティンガム大学）
  • フッ化クリプトンレーザー、プラズマ物理学部、海軍研究所

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