Криптон

Криптон был открыт случайно. В 1898 году шотландский химик Уильям Рамзай и английский химик Моррис Трэверс извлекали аргон из воздуха в надежде испарить его и найти более легкий химический элемент, чтобы заполнить пробел в периодической таблице между аргоном и гелием. По неосторожности исследователи переусердствовали с испарением, и в остатке получили образец какого-то тяжелого газа. Химики не расстроились и проанализировали световой спектр образца, и поняли, что это совершенно новый элемент, который было решено назвать «криптон» от греческого «kryptos» – спрятанный. Эти же химики открыли неон несколько недель спустя (также они открыли ксенон). В 1904 году Уильям Рамзай (который еще и аргон открыл) получил Нобелевскую премию по химии за открытие благородных газов.

Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха (при давлении 6 атмосфер приобретает запах хлороформы).

При нормальном изменении криптон сжижается при температуре 119,93 К (-153,415°С), затвердевает при 115,78 К (-157,37°С). Плотность твердого криптона при абсолютном нуле равна 3,100 г/см3.

Растворимость в воде при стандартном давлении 1 бар равна 0,11 л/кг (0°C), 0,054 л/кг (25°C). Образует с водой клатраты состава Kr·5,75H2O, разлагающиеся при температуре выше −27,7°C. Образует клатраты также с некоторыми органическими соединениями (фенол, толуол, ацетон и др.).

Как и другие благородные газы, криптон химически крайне неактивен. В 1933 г. Лайнус Полинг, позже дважды лауреат Нобелевской премии, развивая представление о валентных связях, предсказал возможность существования фторидов криптона и ксенона. 

Синтез первых соединений благородных газов впервые был осуществлен в 60-ых годах прошлого столетия. Первый успешный синтез соединения криптона был проведен в 1962 году – был получен дифторид криптона KrF2. Условия реакции: давление — 20 мм ртутного столба, температура — минус 183°С. Свойства дифторида криптона достаточно обычны: при комнатной температуре он неустойчив, но при температуре сухого льда (— 78°С) его можно хранить очень долго. И не только хранить, а и исследовать взаимодействие этих бесцветных кристаллов с другими веществами. Дифторид криптона — весьма активный окислитель. Он вытесняет хлор из соляной кислоты и кислород из воды. Реагируя с органическими соединениями, он не только окисляет их — иногда при этом происходит замена хлора на фтор в органической молекуле. Впрочем, многие органические вещества, например этиловый спирт, от соприкосновения с дифторидом криптона воспламеняются. Через фторид криптона получены соединения этого элемента с переходными металлами; во всех этих соединениях есть и фтор.

В 1963 году появилось сообщение о синтезе KrF4 однако, впоследствии это сообщение было опровергнуто. 

В 1965 году было заявлено о получении соединений состава KrO3·H2O и BaKrO4. Позже их существование было опровергнуто.

В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью C−Kr (HKrC≡CH — гидрокриптоацетилен) путём фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице.

Получается криптон как побочный продукт в виде криптоно-ксеноновой смеси в процессе разделения воздуха на промышленных установках.

В процессе разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации производится постоянный отбор фракции жидкого кислорода, содержащей жидкие углеводороды, криптон и ксенон (отбор фракции кислорода с углеводородами необходим для обеспечения взрывобезопасности).

Для извлечения криптона и ксенона из отбираемой фракции удаляют углеводороды в каталитических печах при 500-600°C и направляют в дополнительную ректификационную колонну для удаления кислорода, после обогащения Kr+Xe смеси до 98-99 % её повторно очищают в каталитических печах от углеводородов, а затем в блоке адсорберов, заполненных силикагелем.

Дальнейший процесс разделения Kr и Xe на чистые компоненты происходит по следующей цепочке: удаление остатков углеводородов на контактной каталитической печи, заполненной окисью меди при температуре 300-400°C, очистка от влаги в адсорбере, заполненном цеолитом, охлаждение в теплообменнике, подача на разделение в ректификационной колонне № 1, где из кубового пространства колонны (нижняя часть ректификационной колонны) отбирается жидкий ксенон и направляется в колонну № 3, где он доочищается от примеси криптона, а затем выкачивается при помощи мембранного компрессора в баллоны. Газообразный криптон отбирается из-под крышки конденсатора колонны № 1 и направляется в колонну № 2, где он очищается от остатков азота, кислорода, аргона (температура их кипения значительно ниже температуры кипения криптона). Из кубового пространства колонны № 2 отбирается чистый криптон и закачивается мембранным компрессором в баллоны. Процесс разделения смеси криптона и ксенона может вестись как непрерывно, так и циклично, по мере накопления сырья (смеси) для переработки.

Криптон является одним из самых редких газов на Земле. В 1 м³ воздуха содержится около 1 см³ криптона. Его получение из воздуха является энергоёмким процессом: для получения единицы объёма криптона ректификацией сжиженного воздуха нужно переработать более миллиона единиц объёмов воздуха.

Поскольку криптон является редким (и, следовательно, дорогим) газом, его использование ограничено. Он впрыскивается в некоторые лампы накаливания для продления срока службы вольфрамовой нити накаливания. Также криптоном наполняют стеклопакеты для тепло- и шумоизоляции, хотя чаще в таких целях используется более дешевый аргон. 

При воздействии электрического тока при низком давлении криптон светится как неон, но не красно-оранжевым, а дымчато-белым.

В период между 1960 и 1983 годом длина волны оранжевой линии спектра излучения криптона-86 служила для определения метра. Криптон-86 является самым тяжелым стабильным изотопом криптона. Сегодня метр определяется расстоянием, которое свет проходит в вакууме за долю секунды.

В 1957 г. на некоторых железных дорогах и рудниках США появились так называемые атомные лампы — предупредительные светящиеся знаки, не нуждающиеся в электропитании. В этих лампах есть радиоизотопы криптона, в основном 85Kr; их излучение вызывает свечение специального состава, нанесенного на внутреннюю поверхность рефлектора. Свет такой лампы виден на расстоянии 500 м.

Криптон-фторлазеры являются мощным научным инструментом. В 2014 году исследователи из Лаборатории военно-морских исследований США вошли в Книгу рекордов Гиннесса за использование мощного криптон-фторового лазера для разгона пластиковой фольги до скорости 1000 км/с на расстоянии менее миллиметра. Эти эксперименты проводились еще в 2009 году, и с тех пор исследователи увеличили скорость лазера до 1180 км/с. Помимо установления мировых рекордов,  целью данных экспериментов является продвижение исследований в области ядерного синтеза.

Радиоактивный изотоп криптон-81 используется для радиоизотопного датирования, как углерод-14. Период полураспада углерод-14 составляет 5000 лет, что делает его пригодным для датирования органических объектов, которым десятки тысяч лет. Период полураспада криптон-81 – 229000 лет. С помощью этого изотопа ученые смогли установить возраст Антарктических льдов. Старейший из найденных на сегодня образцов льда выпал снегом на Земле 800 тыс. лет назад. Данный метод датирования является совсем новым, и ученые надеятся найти образцы, которые образовались 1,5 млн лет назад. Эти исследования помогают ученым понять, какой климат и атмосфера были на Земле в эти периоды времени.

Другой изотоп криптона, криптон-85, является побочным продуктом ядерного распада. По уровню этого изотопа в атмосфере можно определить нахождение ядерных объектов. В 2003 году вдоль границы с Северной Кореей был зафиксирован высокий уровень криптона-85, который не исходил от главной атомной станции страны, что могло указывать на наличие второй, секретной установки.

Вадик Шмыга, Яна Ш.