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氪

原子序數為36的化學元素

氪（kè）（英语：Krypton），是一种化学元素，其化学符号为Kr，原子序数为36，原子量为83.798 u，是一种无色、无臭、无味的惰性气体，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）。

氪 36Kr
氢（非金属） 氦（惰性气体）
锂（碱金属） 铍（碱土金属） 硼（类金属） 碳（非金属） 氮（非金属） 氧（非金属） 氟（卤素） 氖（惰性气体）
钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 硅（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（惰性气体）
钾（碱金属） 钙（碱土金属） 钪（过渡金属） 钛（过渡金属） 钒（过渡金属） 铬（过渡金属） 锰（过渡金属） 铁（过渡金属） 钴（过渡金属） 镍（过渡金属） 铜（过渡金属） 锌（过渡金属） 镓（贫金属） 锗（类金属） 砷（类金属） 硒（非金属） 溴（卤素） 氪（惰性气体）
铷（碱金属） 锶（碱土金属） 钇（过渡金属） 锆（过渡金属） 铌（过渡金属） 钼（过渡金属） 锝（过渡金属） 钌（过渡金属） 铑（过渡金属） 钯（过渡金属） 银（过渡金属） 镉（过渡金属） 铟（贫金属） 锡（贫金属） 锑（类金属） 碲（类金属） 碘（卤素） 氙（惰性气体）
铯（碱金属） 钡（碱土金属） 镧（镧系元素） 铈（镧系元素） 镨（镧系元素） 钕（镧系元素） 钷（镧系元素） 钐（镧系元素） 铕（镧系元素） 钆（镧系元素） 铽（镧系元素） 镝（镧系元素） 钬（镧系元素） 铒（镧系元素） 铥（镧系元素） 镱（镧系元素） 镥（镧系元素） 铪（过渡金属） 钽（过渡金属） 钨（过渡金属） 铼（过渡金属） 锇（过渡金属） 铱（过渡金属） 铂（过渡金属） 金（过渡金属） 汞（过渡金属） 铊（贫金属） 铅（贫金属） 铋（贫金属） 钋（贫金属） 砹（类金属） 氡（惰性气体）
钫（碱金属） 镭（碱土金属） 锕（锕系元素） 钍（锕系元素） 镤（锕系元素） 铀（锕系元素） 镎（锕系元素） 钚（锕系元素） 镅（锕系元素） 锔（锕系元素） 锫（锕系元素） 锎（锕系元素） 锿（锕系元素） 镄（锕系元素） 钔（锕系元素） 锘（锕系元素） 铹（锕系元素） 𬬻（过渡金属） 𬭊（过渡金属） 𬭳（过渡金属） 𬭛（过渡金属） 𬭶（过渡金属） 鿏（预测为过渡金属） 𫟼（预测为过渡金属） 𬬭（预测为过渡金属） 鿔（过渡金属） 鿭（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为惰性气体）
氩
↑
氪
↓
氙
溴 ← 氪 → 铷
外观
无色气体，在高压电管中呈现白色和蓝色光芒
概况
名称·符号·序数氪（Krypton）·Kr·36
元素类别惰性气体
族·周期·区18·4·p
标准原子质量83.798(2)[1]
电子排布[Ar] 3d10 4s2 4p6
2, 8, 18, 8
氪的电子层（2, 8, 18, 8）
氪的电子层（2, 8, 18, 8）
历史
发现威廉·拉姆齐 和 莫里斯·特拉弗斯（1898年）
分离威廉·拉姆齐 和 莫里斯·特拉弗斯（1898年）
物理性质
物态气态
密度（0 °C, 101.325 kPa）
3.749 g/L
沸点时液体密度2.413[2] g·cm−3
熔点115.79 K，-157.36 °C，-251.25 °F
沸点119.93 K，-153.22 °C，-244.12 °F
三相点115.775 K（−157 °C），73.2 kPa
临界点209.41 K，5.50 MPa
熔化热1.64 kJ·mol−1
汽化热9.08 kJ·mol−1
比热容5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 59 65 74 84 99 120
原子性质
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
杂项
晶体结构面心立方
磁序抗磁性[3]
热导率9.43×10-3  W·m−1·K−1
声速(气态, 23 °C) 220, (液态) 1120 m·s−1
CAS号7439-90-9
同位素
主条目：氪的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变
方式 能量​（MeV） 产物
78Kr 0.355% 9.2×1021 年[5] εε 2.848 78Se
80Kr 2.286% 稳定，带44粒中子
81Kr 痕量 2.29×105 年 ε 0.281 81Br
81mKr 人造 13.10 秒 IT 0.191 81Kr
ε 0.472 81Br
82Kr 11.593% 稳定，带46粒中子
83Kr 11.500% 稳定，带47粒中子
84Kr 56.987% 稳定，带48粒中子
85Kr 人造 10.728 年 β− 0.687 85Rb
86Kr 17.279% 稳定，带50粒中子

正如其他惰性气体，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发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。以古希腊语 κρυπτός kryptós（“隐藏”）命名为氪。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能级之间跃迁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：一根存放在巴黎的铂铱合金棒。但最后一次修改使用光在真空中的速度来定义一米，1983年10月，国际计量局把一米的定义为光在真空中在1/299,792,458秒中走过的距离。[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ArKr+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]氪的麻醉性比空气强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

  1. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英语）. 
  2. ^ Krypton （页面存档备份，存于互联网档案馆）. encyclopedia.airliquide.com
  3. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的存档，存档日期2012-01-12., in Lide, D. R. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th. Boca Raton (FL): CRC Press. 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
  4. ^ 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. Boca Raton, Florida: CRC Press. 2005. 
  5. ^ Patrignani, C.; et al. Review of Particle Physics. Chinese Physics C. 2016, 40 (10): 100001. doi:10.1088/1674-1137/40/10/100001. （第768页）
  6. ^ David Halliday. Principles of physics. 约翰威立. 2011: 第3页. ISBN 9780470561584. 
  7. ^ 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. 
  8. ^ 施昌彦. 米的定义及其变迁. 中国计量. 2007-03-20 [2011-02-08]. [永久失效链接]
  9. ^ 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. （原始内容存档于2013-10-11）. 
  10. ^ Gibbs, Philip. How is the speed of light measured?. Department of Mathematics, University of California. 1997 [2007-03-19]. （原始内容存档于2015-08-21）. 
  11. ^ Unit of length (meter) （页面存档备份，存于互联网档案馆）, NIST
  12. ^ Spectra of Gas Discharges. 斯特拉斯堡大学. 2007-06-21 [2011-02-08]. （原始内容存档于2011-04-02）. 
  13. ^ Krypton (PDF). Argonne National Laboratory, EVS. 2005 [2007-03-17]. （原始内容 (PDF)存档于2009-12-20）. 
  14. ^ Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  15. ^ 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. 2001-02-05 [2007-03-20]. （原始内容存档于2021-02-13）. 
  16. ^ Resources on Isotopes. U.S. Geological Survey. [2007-03-20]. （原始内容存档于2001-09-24）. 
  17. ^ 17.0 17.1 Bartlett, Neil. The Noble Gases. Chemical & Engineering News. 2003 [2006-07-02]. （原始内容存档于2018-04-29）. 
  18. ^ Grosse, A. V.; Kirshenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V. Krypton Tetrafluoride: Preparation and Some Properties. Science (American Association for the Advancement of Science (AAAS)). 1963-03-15, 139 (3559): 1047–1048. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.139.3559.1047. 
  19. ^ Prusakov, V. N.; Sokolov, V. B. Krypton difluoride. Soviet Atomic Energy (Springer Nature). 1971, 31 (3): 990–999. ISSN 0038-531X. doi:10.1007/bf01375764. 
  20. ^ Streng, A. G.; Grosse, A. V. Acid of Krypton and Its Barium Salt. Science (American Association for the Advancement of Science (AAAS)). 1964-01-17, 143 (3603): 242–243. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.143.3603.242. 
  21. ^ Periodic Table of the Elements (PDF). Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division: 100–101. [2007-04-05]. （原始内容 (PDF)存档于2006-11-25）. 
  22. ^ John H. Holloway; Eric G. Hope. A. G. Sykes , 编. Advances in Inorganic Chemistry. Academic Press. 1998: 57. ISBN 012023646X. 
  23. ^ Errol G. Lewars. Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer. 2008: 68. ISBN 1402069723. 
  24. ^ How Products are Made: Krypton. [2006-07-02]. （原始内容存档于2006-04-14）. 
  25. ^ Cardelli, Jason A.; Meyer, David M. The Abundance of Interstellar Krypton. The Astrophysical Journal Letters (The American Astronomical Society). 1996: L57–L60. doi:10.1086/310513. 
  26. ^ Mercury in Lighting (PDF). Cape Cod Cooperative Extension. [2007-03-20]. （原始内容 (PDF)存档于2007-09-29）. 
  27. ^ "Energy-saving" lamps. anaheim.net. 2002 [2011-02-08]. （原始内容存档于2010-09-12）. 
  28. ^ Properties, Applications and Uses of the "Rare Gases" Neon, Krypton and Xenon. Universal Industrial Gases, Inc. [2011-02-08]. （原始内容存档于2010-11-26）. 
  29. ^ Laser Devices, Laser Shows and Effect (PDF). [2007-04-05]. （原始内容 (PDF)存档于2007-02-21）. 
  30. ^ Sethian, J.; M. Friedman; M. Myers. Krypton Fluoride Laser Development for Inertial Fusion Energy (PDF). Plasma Physics Division, Naval Research Laboratory: 1–8. [2007-03-20]. （原始内容存档 (PDF)于2011-09-29）. 
  31. ^ 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. 
  32. ^ 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. 
  33. ^ Properties of Krypton. [2011-02-08]. （原始内容存档于2009-02-19）. 

外部链接

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