本文投稿作者 漂泊

氪元素是一种稀有气体元素。氪可用于照明和摄影，由于氪发出的光有大量谱线，并大量以等离子体的形态释出，这使得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器。氪在照明和激光领域有着重要的作用。

氪的基本物理性质

分类	非金属、稀有气体元素
原子序号・原子量	36（83.8）
电子配置	4s24p6
密度	3.736kg / m 3
熔点	-156.6°C
沸点	-152.3°C
色・形状	无色无味气体
丰度	0.00001ppm（地壳），1ppm（大气）
发现者	拉姆赛
主要的同位素	78Kr, 80Kr, 82Kr, 83Kr, 84Kr,85Kr,86Kr
用途例	气体激光器、原子灯、气泡室
前后的元素	溴-氪-铷

氪的发现及其性质

1898年，英国的拉姆赛和特拉威斯用光谱分析液态空气蒸发氧气、氮气、氩后所剩下的残余气体时，发现了氪。1898年5月24日拉姆赛获得汉普逊送来的少量液态空气。拉姆赛和特拉弗斯让液态空气蒸发，易挥发的也就是沸点较低的组分从液态中先走出来，留下不易挥发的，也就是沸点较高的组分。他们又用赤热的铜和镁将沸点较高的组分中残留的氧和氮除去，研究了这个剩余部分蒸气的光谱，发现除氩线外，还有两条明亮的谱线，一条黄的，一条绿的。黄色的线比氦线略带绿色。这是以前从来没有见到过的。这表明，在这个残留的气体中，除氩外，还有另一种新的气体。拉姆赛决定把它叫做氪krypton（Kr），来自希腊文krptos。根据实验记录，这个时间是1898年5月30日。他们测定了氪的密度约等于41，原子量约等于82，应当把它放置在元素周期表金属铷的前面。  ^[1]

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（KrF₂）也在1963年成功合成。同年，格罗泽等人宣布合成出四氟化氪（KrF₄），但后来证实为鉴定错误。另外有未经证实的报告指出发现氪含氧酸的钡盐。已有研究发现多原子离子ArKr⁺和KrH⁺，也有KrXe或KrXe⁺存在的证据。 ^[2-3]

从氪的沸点看，它比氦、氖、氮、氩和氧的沸点都高，只是低于氙，因而被留在沸点较高的组分中被发现。

拉姆塞发现氪气

 

照明与激光

由于氪的多条谱线使得离子化的氪气放电管呈白色，因此氪气常用来被注入到电灯泡中充当很亮且透射率高的白色光源，也常用作摄影的闪光灯、矿灯和越野车照射灯。氪气与其他气体混合可用于发光告示牌，它能发出光亮的黄绿色光。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。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，增加了成本。这是因为氪的含量稀少（氪在大气中的浓度为1ppm），而且只能从液态空气中分馏得到，所以氪比氩昂贵100倍，这导致了成本的增加。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。

此外，氪在红色谱线区中的光能密度比氖要高的多，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。稳定的⁸⁶Kr发射出的光中有一橙红色谱线，由于该谱线极锐，1960～1983年曾用其波长作为长度米的国际标准（1米等于该谱线波长的1.650.763.73倍）。此外，氟化氪激光在核聚变能源研究领域上也有重要用途，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。  ^[4-9]

发光 含氪灯管氪灯

 

矿灯

氪发出的红色激光

 

放射性的⁸⁵Kr

天然氪是有6种稳定同位素的混合物，它们的体积占比为：氪-84（57%）、氪-86（17.3%）氪-82（11.6%）、氪-83（11.5%）、氪-80（2.25%）和氪-78（0.35%）。铀裂变和其他核反应会产生一些氪的放射性同位素，总共约有20种，其中⁸⁵Kr的半衰期为10.73年。⁸⁵Kr是非活性的、放射性的惰性气体，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⁸⁵Kr浓度比南极的高约30%。放射性⁸⁵Kr可用于探测密闭容器的裂缝，逸出的氪原子可利用它们的放射性进行检测。放射性氪可用于密闭容器的检漏和材料厚度的连续性测定，还可以制成不需电能的原子灯。 ^[10]

核电站会释放放射性的氪

 

氪的其他用途

氪无毒，但有窒息性。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。

在实验粒子物理学，液态氪可用作气泡室，显示粒子的轨迹，也可以用于制造电磁热量计。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。⁸³Kr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。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。 ^[11-12]

氪气泡室

 

参考文献

[1]https://encyclopedia.airliquide.com/krypton

[2]Bartlett, Neil. The Noble Gases. Chemical & Engineering News. 2003 [2006-07-02] [3]Periodic Table of the Elements . Los Alamos National Laboratory’s Chemistry Division: 100–101. .

[4]Gibbs, Philip. How is the speed of light measured?. Department of Mathematics, University of California. 1997 .

[5]Mercury in Lighting. Cape Cod Cooperative Extension..

[6]“Energy-saving” lamps. anaheim.net. 2002 .

[7]Properties, Applications and Uses of the “Rare Gases” Neon, Krypton and Xenon. Universal Industrial Gases, Inc.

[8]Laser Devices, Laser Shows and Effect.

[9]Sethian, J.; M. Friedman, M.Myers. Krypton Fluoride Laser Development for Inertial Fusion Energy (PDF). Plasma Physics Division, Naval Research Laboratory: 1–8.

[10] Resources on Isotopes. U.S. Geological Survey.

[11]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

[12]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

 

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