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氪

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氪 36Kr
氫（非金屬） 氦（貴氣體）
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氬
↑
氪
↓
氙
溴 ← 氪 → 銣
外觀
無色氣體，在高壓電管中呈現白色和藍色光芒
概況
名稱·符號·序數氪（Krypton）·Kr·36
元素類別貴氣體
族·週期·區18·4·p
標準原子質量83.798(2)[1]
電子排布[Ar] 3d10 4s2 4p6
2, 8, 18, 8
氪的電子層（2, 8, 18, 8）
氪的電子層（2, 8, 18, 8）
歷史
發現威廉·拉姆齊 和 莫里斯·特拉弗斯（1898年）
分離威廉·拉姆齊 和 莫里斯·特拉弗斯（1898年）
物理性質
物態氣態
密度（0 °C, 101.325 kPa）
3.749 g/L
沸點時液體密度2.413[2] g·cm−3
熔點115.79 K，-157.36 °C，-251.25 °F
沸點119.93 K，-153.22 °C，-244.12 °F
三相點115.775 K（−157 °C），73.2 kPa
臨界點209.41 K，5.50 MPa
熔化熱1.64 kJ·mol−1
汽化熱9.08 kJ·mol−1
比熱容5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 59 65 74 84 99 120
原子性質
氧化態2, 1, 0
電負性3.00（鮑林標度）
電離能第一：1350.8 kJ·mol−1
第二：2350.4 kJ·mol−1
第三：3565 kJ·mol−1
共價半徑116±4 pm
范德華半徑202 pm
氪的原子譜線
雜項
晶體結構面心立方
磁序抗磁性[3]
熱導率9.43×10-3  W·m−1·K−1
聲速(氣態, 23 °C) 220, (液態) 1120 m·s−1
CAS編號7439-90-9
同位素
主條目：氪的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
78Kr 0.355% 9.2×1021 年[5] εε 2.848 78Se
80Kr 2.286% 穩定，帶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% 穩定，帶46粒中子
83Kr 11.500% 穩定，帶47粒中子
84Kr 56.987% 穩定，帶48粒中子
85Kr 人造 10.728 年 β− 0.687 85Rb
86Kr 17.279% 穩定，帶50粒中子

氪（hak1）（英語：Krypton），是一種化學元素，其化學符號為Kr，原子序數為36，原子量為83.798 u，是一種無色、無臭、無味的貴氣體，把它放電時呈橙紅色，在大氣中含有痕量，可通過分餾從液態空氣中分離，常用於製作熒光燈。氪正如其他貴氣體一樣，不易與其他物質產生化學作用，已知的化合物有二氟化氪（KrF2）。

正如其他貴氣體，氪可用於照明和攝影。氪發出的光有大量譜線，並大量以等離子體的形態釋出，這使氪成為製造高功率氣體激光器的重要材料，另外也有特製的氟化氪激光。氪放電管功率高、操作容易，因此在1960年至1983年間，一米的定義是用氪86發出的橙色譜線作為基準的[6]。

歷史

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氪的發現者拉姆齊

氪在1898年由蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊爵士和英格蘭化學家莫里斯·特拉弗斯發現，他們在液態空氣的幾乎所有成分都蒸發後留下的殘液中發現氪。以古希臘語 κρυπτός kryptós（「隱藏」）命名為氪。數周后，他們通過類似的方法發現了氖。[7]因為發現包括氪在內的多種貴氣體，拉姆齊在1904年獲得諾貝爾化學獎。

1960年，國際間協定以氪86發出的譜線波長長度（波長為605.78納米）定義一米的長度。在第11屆國際計量大會，一米被定義為「氪86原子的2P10和5d5能階之間躍遷所對應輻射在真空中波長的1650763.73倍」。[8]這個定義取代了原有的定義：一根存放在巴黎的鉑銥合金棒。但最後一次修改使用光在真空中的速度來定義一公尺，1983年10月，國際計量局把一公尺的定義為光在真空中在1/299,792,458秒中走過的距離。[9][10][11]

特徵

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氪可通過數條較強的譜線（光譜特徵）辨認，其中最強的是綠色和黃色。[12]鈾經過核裂變後會釋出氪。[13]固態的氪呈白色，晶體呈面心立方結構，這個結構是所有貴氣體共有的。

同位素

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天然出現的氪有6個穩定的同位素，另外還有約30個已知的不穩定同位素和同質異能素。[14]氪81半衰期為230,000年，是大氣反應的產物，可以與其他天然氪同位素一同製備。氪在接近地表水時極易揮發，但氪81可用於鑑定地下水的年代（可推算5萬至80萬年前）。[15]

氪-85是非活性的、放射性的貴氣體，半衰期為10.76年，會由鈾和鈈的裂變釋出，例如核武器爆炸和核反應堆都會釋出氪85，在回收核反應堆的燃料棒時都會釋出。因為大多核反應堆都位於北半球，北極的氪85濃度比南極的高約30%。[16]

化學

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氪正如其他貴氣體一樣，不易與其他物質產生化學作用。但1962年首次合成出氙的化合物後，二氟化氪（KrF
2）也在1963年成功合成。[17]同年，格羅澤等人宣佈合成出四氟化氪（KrF
4），[18]但後來證實為鑑定錯誤。[19]另外有未經證實的報告指出發現氪含氧酸的鋇鹽。[20]已有研究發現多原子離子ArKr+和KrH+，也有KrXe或KrXe+存在的證據。[21]

與氟以外原子成鏈的氪化合物已有發現，KrF
2和B(OTeF
5)
3反應會得出不穩定的Kr(OTeF
5)
2，該化合物中氪與氧成鏈；KrF
2和[HC≡NH]+
[AsF−
6]在−50 °C反應則會得出存在氪氮鏈的正離子[HC≡N–Kr–F]+
。[22][23]根據報告，HKrCN和HKrC≡CH在40K以下是穩定的。[17]

天然存在

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地球形成初期時存在的貴氣體至今仍然存在，氦是個例外，因為氦原子非常輕，移動速度也足以逃逸出地球的重力。大氣中現存的氦原子是由地球上釷和鈾的裂變產生的。氪在大氣中的濃度為1ppm，可經由分餾從液態空氣中分離。[24]太空中的氪含量不詳，流星活動和太陽風暴形成的氪含量也同樣未知。[25]

用途

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氪放電管

氪的多條譜線使離子化的氪氣放電管呈白色，注入氪氣的電燈泡是很光亮的白色光源，因此常用作攝影的閃光燈。氪氣與其他氣體混合可用於發光告示牌，會發出光亮的黃綠色光。[26]

氪與氬混合物可注入省電的熒光燈，這可以減少能量的消耗，但同時也減少了光度，也增加了成本。[27]氪比氬昂貴100倍。氪和氙也會注入白熾燈，以減少燈絲的蒸發，讓燈絲可以在更高的運行溫度中操作。[28]

氪的白光在有顏色的氣體放電管中有很好的效果，這些放電管表面塗上塗料就可以得到顏色的效果。此外，氪在紅色譜線區中的光能密度比氖要高得多，因此高功率激光秀使用的紅色激光器多使用氪。如果使用一般的氦或氖，則很難達到所需的輸出。[29]氟化氪激光在核聚變能源研究領域上有重要用途，這種激光束均勻度高、波長短，可以通過改變光斑大小追蹤內爆的靶丸。[30]

在實驗粒子物理學，液態氪可用作製造電磁熱量計。其中著名的例子為歐洲核子研究中心的NA48實驗中的熱量計，當中使用了27噸的液態氪。這種用途比較罕見，因為使用液態氬的熱量計比較便宜，也通常使用。相對於氬，氪的好處是莫里哀半徑較短，只有4.7 cm，因此空間解像度較好，重疊較少。

氪83在磁共振成像中有應用，特別可用於分辨憎水和親水的表面。[31]在X射線計算機斷層成像中，使用氪和氙的混合物比單獨使用氙的效果好。[32]

安全

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氪無毒，但有窒息性。[33]氪的麻醉性比空氣強7倍，吸入含有50%氪和50%空氣的氣體所引致的麻醉相當於在4倍大氣壓力之下吸入空氣，也相當於在30米水深潛水。

參考資料

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  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 （英語）. 
  2. ^ Krypton （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. encyclopedia.airliquide.com
  3. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2012-01-12., in Lide, D. R. (編). 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頁）
  6. ^ David Halliday. Principles of physics. 約翰威立. 2011: 第3頁. 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. 
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  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. （原始內容存檔於2013-10-11）. 
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外部連結

[編輯]
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