Криптон

Криптон (Kr) — благородный газ, относящийся к элементам VIII группы периодической системы Д. Имеет атомный номер 36 и атомную массу 83,798 а. е. м. В стандартных условиях представляет собой бесцветный, инертный газ без запаха и вкуса. Как и другие благородные газы, криптон характеризуется крайне низкой химической активностью, обусловленной полностью заполненной внешней электронной оболочкой (электронная конфигурация: [Ar] 3d¹⁰4s²4p⁶).

Физические свойства

Криптон является газом с относительно высокой плотностью по сравнению с другими благородными газами: при нормальных условиях плотность составляет 3,749 г/л. Температуры плавления и кипения криптона находятся на уровне −157,36 °C и −153,22 °C соответственно, что позволяет использовать его в криогенной технике для получения сверхнизких температур. Газ характеризуется низкой растворимостью в воде и других полярных растворителях, однако хорошо растворяется в жидких галогенсодержащих органических соединениях.

Изотопный состав

Природный криптон состоит из смеси стабильных изотопов: ^78Kr (0,35 %), ^80Kr (2,28 %), ^82Kr (11,58 %), ^83Kr (11,49 %), ^84Kr (57,0 %), ^86Kr (17,3 %). Имеются также радиоактивные изотопы с коротким периодом полураспада, которые образуются в результате ядерных реакций.

Химические свойства

Химическая инертность криптона объясняется полной внешней оболочкой, однако при воздействии сильных окислителей и в условиях высокой энергии возможны реакции образования соединений, в первую очередь с фтором. Известны следующие типы соединений криптона:

• Фториды криптона: KrF₂ — единственное стабильное соединение криптона, получаемое прямой реакцией с фтором при низких температурах и облучении. KrF₂ является сильным окислителем и используется в химических синтезах и ядерной химии.
• Соединения с другими галогенами (в экспериментальной химии): наблюдались кратковременные комплексы KrCl₂, KrBr₂, однако их существование нестабильно и требует экстремальных условий.
• Комплексные соединения: криптон способен формировать ван-дер-ваальсовы комплексы с редкими газами и ксеноном, что имеет значение в физической химии для изучения межмолекулярных взаимодействий.

Методы получения

Криптон выделяют из воздуха методом фракционной перегонки жидкого воздуха. Концентрация криптона в атмосфере составляет около 1 ppm, что делает его редким газом. Производственные методы включают:

• Фракционную перегонку жидкого воздуха, при которой криптон отделяется после азота и кислорода.
• Криогенное разделение, позволяющее получать чистый газ с минимальными примесями других благородных газов.
• Адсорбцию на активированных углях для предварительной концентрации из воздуха.

Применение

Криптон применяется в различных областях благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам:

• Осветительная техника: в газоразрядных лампах высокой яркости (криптоновые лампы), лазерах на криптоне.
• Криогенная техника: как хладагент для получения сверхнизких температур.
• Научные исследования: в качестве инертного газа в химических и физических экспериментах, а также в ядерной химии и геохронологии (использование изотопов ^81Kr и ^85Kr).
• Медицинская визуализация: как компонент инертных газовых смесей для исследований дыхательной системы методом газовой сцинтиграфии.

Сравнение с другими благородными газами

Криптон занимает промежуточное положение по реакционной способности между ксеноном и аргоном. В отличие от аргона, способен образовывать устойчивое соединение KrF₂, но менее активен, чем ксенон, для образования фторидов и оксидов. Физические свойства криптона, такие как плотность и температура кипения, также находятся между значениями для аргона и ксенона, что определяет его специфическое использование в осветительных и криогенных технологиях.

Экологическая и радиационная роль

Криптон в природе практически неактивен химически, однако его радиоактивные изотопы (^85Kr) образуются в результате ядерных процессов и атомных реакторов, что делает необходимым контроль их концентрации в атмосфере. Использование стабильных изотопов криптона позволяет отслеживать процессы циркуляции воздуха и гидрологические исследования.