Krüptoon

Ajalugu

Krüptoon avastati Suurbritannias 1898. aastal. Avastajateks olid šoti keemik Sir William Ramsay ja inglise keemik Morris Travers. Nad leidsid krüptooni jääkidest, mis olid pärast suurema osa vedeldatud õhu komponentide aurustamist järele jäänud. Mõni nädal hiljem avastati sarnase protsessi abil neoon. William Ramsay sai 1904. aastal Nobeli keemiaauhinna mitme väärisgaasi, sealhulgas krüptooni avastamise eest.
Aastal 1960. defineeriti meeter rahvusvahelise kokkuleppe alusel krüptoon-86 vaakumis emiteeritava oranži lainepikkuse (605,78 nanomeetrit) järgi: üks meeter võrdus 1 650 763,73-kordse lainepikkusega. See kokkulepe vahetas välja pikka aega kasutusel olnud meetri standardi, milleks oli plaatina ja iriidiumi sulamist tehtud varras, mida hoiti Pariisis. Varda pikkuseks loeti algselt ühte kümnendmiljondikku Maa polaarümbermõõdu kvadrandist. Krüptoonil põhinev definitsioon asendati omakorda 1983. aasta oktoobris, kui Rahvusvaheline Kaalude ja Mõõtude Büroo defineeris meetri teepikkusena, mille valgus läbib vaakumis 1/299 792 458 sekundi jooksul.

Omadused

Krüptooni iseloomustavad mitu teravat spektrijoont, tugevamad neist roheline ja kollane. See on üks uraani lõhestumise produkte. Tahke krüptoon on valget värvi ja kristalliline, kuubilise tahktsentreeritud kristallvõrega nagu teised väärisgaasid (välja arvatud heelium, mis on heksagonaalse tihepakendatud kristallstruktuur).

Isotoobid

Omadustelt on krüptoon väärisgaas. Ta kondenseerub temperatuuril −153 kraadi Celsiust ja tahkub temperatuuril −157 kraadi Celsiust. Looduslikul krüptoonil on kuus stabiilset isotoopi (⁷⁸Kr, ⁸⁰Kr, ⁸²Kr, ⁸³Kr, ⁸⁴Kr, ⁸⁶Kr), lisaks tuntakse umbes kolmekümmet ebastabiilset isotoopi ja tuumaisomeeri. ⁸¹Kr tekib atmosfäärireaktsioonide käigus looduslikust krüptoonist. See on radioaktiivne, poolestusajaga 230 000 aastat. Krüptoon on veepinna läheduses äärmiselt lenduv, kuid ⁸¹Kr-i kasutatakse vana (50 000 – 800 000 aastat vana) pinnavee vanuse määramiseks.
⁸⁵Kr on inertne radioaktiivne väärisgaas 10,76-aastase poolestusajaga. Seda tekib uraani ja plutooniumi lagunemisel, näiteks tuumapommi katsetuste käigus või tuumareaktoris. ⁸⁵Kr vabaneb kütusevarraste ümbertöötlemisel. Selle kontsentratsioon on konvektsiooni tõttu põhjapoolusel on 30% suurem kui lõunapoolusel.

Keemilised omadused

Nagu ka teised väärisgaasid, on krüptoon keemiliselt väheaktiivne. Kuid pärast esimese ksenooni ühendi edukat sünteesi 1962. aastal teatati krüptoon difluoriidi (KrF₂) sünteesist 1963. aastal. Samal aastal teatati ka KrF₄ sünteesimisest Grosse ja tema meeskonna poolt, kuid see osutus hiljem veaks. On kinnitamata teateid baariumi soolast krüptooni hapnikhappega. ArKr⁺ ja KrH⁺ mitmeaatomilisi ioone on uuritud ja leidub tõendeid KrXe ja KrXe⁺ eksistentsi kohta.
Peale fluoriidide on leitud ka teisi krüptooni aatomeid sisaldavaid ühendeid. KrF₂ ja B(OTeF₅) reaktsioonil tekib ebastabiilne ühend Kr(OTeF₅), mis sisaldab krüptooni-hapniku sidet. Krüptooni-lämmastiku side leidub [HC≡N–Kr–F]⁺ katioonis, mis tekib KrF₂ [HC≡NH]⁺[AsF₆]⁻ reageerimisel temperatuuril alla −50 °C. On teateid, et HKrCN and HKrC≡CH on stabiilsed temperatuuridel alla 40 K.

Esinemine looduses

Maal on säilinud kõik väärisgaasid peale heeliumi, mis olid olemas Maa tekkimise ajal. Krüptooni sisaldus atmosfääris on umbes 1 ppm. Seda on võimalik eraldada vedelast õhust fraktsioneeriva destillatsiooni abil. Krüptooni täpset kogust kosmoses ei teata, kuna see sattub sinna meteoriitide ja päikesetuulte tõttu. Esmaste mõõtmiste tulemuste põhjal leidub seda kosmoses ülekülluses. Marsi atmosfääri krüptooni sisaldus on umbes 0,3 ppm.

Rakendused

Tänu mitmetele spektrijoontele näib ioniseeritud krüptooni helendus valgena, mistõttu on krüptooni sisaldavad pirnid suurepäraseks valge valguse allikaks fotograafias. Krüptooni kasutatakse teatud tüüpi kiirkaamerate välkude valmistamiseks. Krüptooni kasutatakse kombinatsioonis teiste gaasidega ka rohekaskollaste valgusreklaamide valmistamiseks.
Krüptooni ja argooni segu kasutatakse luminofoorlampide valmistamisel. See vähendab pirnide elektritarbimist, kuid tõstab nende hinda ja vähendab valguse eraldumist. Krüptoon maksab umbes 100 korda rohkem kui argoon. Krüptooni (koos ksenooniga) kasutatakse ka hõõglampide täitmiseks, et vähendada täidise aurustumist ja lubada suuremaid temperatuure kasutamisel. Tulemuseks on heledam ja sinakam valgus kui tavalistes lampides.
Krüptooni valget helendust kasutatakse tihti ka värviliste gaaslahenduslampide puhul, mis lihtsalt soovitud värviga kaetakse. Näiteks "neoon"-reklaamtahvlid, kus tähed on eri värvi, on tihti täielikult krüptoonipõhised. Krüptoon emiteerib ka oluliselt võimsamat valgust spektri punases osas, mistõttu kasutatakse suure võimsusega laseršõudel punase valguse saamiseks tihti just krüptoonlasereid, mille spektrist punane valgus peeglitega eraldatakse, tavalisemate neoon-heeliumlaserite asemel, mille võimsus ei ole lihtsalt piisav.
Krüptoon on oluline krüptoon-fluoriidlaserite tootmisel ja kasutamisel. Need laserid on olulisel kohal tuumafusiooni energeetika uurimisel. Laserikiirel on suur koherentsus ja lühike lainepikkus.
Eksperimentaalses osakestefüüsikas kasutatakse vedelat krüptooni poolhomogeensete elektromagnetiliste kalorimeetrite valmistamiseks. Märkimisväärseks näiteks on kalorimeeter, mida CERN kasutas eksperimendis NA48 ja mis sisaldas umbes 27 tonni vedelat krüptooni. Selline kasutus on siiski haruldane, sest pigem kasutatakse odavamat vedelat argooni. Krüptooni eeliseks on väiksem Molière raadius, täpsemalt 4,7 sentimeetrit, mis lubab head ruumilist eraldatust ja väikest kattuvust.
⁸³Kr kasutatakse magnetresonantstomograafias õhuteedest pildi saamisel. Eriti kasutatakse seda eristamaks õhuteid sisaldavaid hüdrofoobseid ja hüdrofiilseid pindasid.
Kuigi ka ksenooni saaks kompuutertomograafias kasutada mingi piirkonna õhuvarustuse hindamiseks, saab see oma anesteetiliste omaduste tõttu moodustada kuni 35% hingamisgaasist. Kui kasutada hingamissegu, mis sisaldab 30% ksenooni ja 30% krüptooni, siis saavutatakse sama efektiivsus, mis oleks 40% ksenooni sisaldaval hingamissegul, samas välditakse suure ksenooni kontsentratsiooni korral tekkivaid soovimatuid kõrvalmõjusid.

Ohutus

Krüptooni loetakse mittetoksiliseks lämmatavaks gaasiks. Krüptooni narkootiline potentsiaal on seitse korda suurem kui õhul. Gaaside segu, mis sisaldab 50% krüptooni ja 50% õhku, sissehingamine põhjustaks narkoosi, mis sarnaneb õhu sissehingamisega neljakordse atmosfääri rõhu all. See on võrreldav sukeldumisega 30 meetri sügavusele (vaata ka: lämmastikunarkoos) ja võib potentsiaalselt kõiki selle sissehingajaid mõjutada. Samas sisaldaks selline segu ainult 10% hapniku, nii et hüpoksia oleks tõsisem mure.