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Krypton

Chemie und Physik des chemischen Elements Krypton.



Krypton

Krypton - das Verborgene, so die griechische Wortbedeutung - ist ein farbloses und geruchloses chemisches Element mit dem Elementsymbol Kr und der Ordnungszahl 36.

Krypton ist eines der sechs Edelgase, die auf Grund ihrer voll besetzten Atomorbitale (Edelgas-Konfiguration) dafür bekannt sind, chemisch sehr reaktionsträge (inert) zu sein und daher nur schwer chemische Verbindungen mit anderen Elementen zu bilden.

Ähnlich wie Argon wird Krypton in energieeffizienten Fenstern als Isolier-Gas verwendet - wegen seiner überlegenen thermischen Effizienz in letzter Zeit bevorzugt. Es wird geschätzt, dass 30% der in Deutschland und England verkauften energieeffizienten Fenster mit Krypton gefüllt sind. Hierfür werden etwa 1,8 Liter Krypton-Gas pro Fenster verbraucht. Krypton findet sich auch in Kraftstoffquellen, Lasern und in Glühlampen von Scheinwerfern. In Lasern dient Krypton zur Regulierung der gewünschten optischen Wellenlänge. Halogenversiegelte Scheinwerfer mit Krypton erzeugen eine bis zu doppelt so hohe Lichtleistung wie herkömmliche Scheinwerfer. Darüber hinaus wird Krypton für Hochleistungsglühlampen verwendet, die höhere Farbtemperaturen und eine höhere Effizienz aufweisen, da das Krypton die Verdampfungsrate des Filaments (Fadenwerk) verringert.

Die extremen Oxidationsfähigkeiten von Krypton-Verbindungen wie Kryptondifluorid (KrF2 und KrF+ wurden für die Synthese von ansonsten nur schwer produzierbaren, hochvalenten Verbindungen mit Silber(III)-, Nickel(IV)- und Gold (V)-Ionen sowie exotischen Spezies wie TcVIIOF5, OsVIIIO2F4, ClVIIF6+ oder BrVIIF6+ eingesetzt. Diese Anwendungen zeigen beispielhaft, dass die Beschäftigung mit ursprünglich für nicht existent gehaltenen Verbindungen wie Kryptondiflorid nicht nur ein rein akademisches Interesse an chemischen Wunderdingen befriedigt, sondern zu praktisch brauchbaren Anwendungen und Verfahren führt.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Krypton

Bezeichnung:Krypton Symbol:Kr Ordnungszahl:36 Atommasse:83,798(2) u Periodensystem-Stellung:18. Gruppe, 4. Periode, p-Block-Elemente Gruppen-Zugehörigkeit:Edelgase Entdeckung:1898 (William Ramsay und Morris William Travers) Bedeutung des Namens:verborgen (griechisch) Englischer Name:Krypton CAS-Nummer:7439-90-9 InChI-Key:-

 

Das Krypton-Atom

Das Kr-Atom - und damit das chemische Element Krypton - ist eindeutig durch die 36 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Krypton-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Krypton-Isotope bzw. Krypton-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f
Kr36[Ar] 3d10 4s2 4p6 226261026

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Krypton-Atom zu trennen.

1. IE: 13,999605 eV2. IE: 24,35984 eV3. IE: 36,950 eV4. IE: 52,49 eV5. IE: 64,69 eV6. IE: 78,49 eV
7. IE: 111,0 eV8. IE: 125,802 eV9. IE: 231,5 eV10. IE: 268,2 eV11. IE: 308,2 eV12. IE: 350,1 eV
13. IE: 390,9 eV14. IE: 446,6 eV15. IE: 491,8 eV16. IE: 540,7 eV17. IE: 591,5 eV18. IE: 640,9 eV
19. IE: 785,3 eV20. IE: 831,6 eV21. IE: 882,8 eV22. IE: 945,4 eV23. IE: 999,0 eV24. IE: 1042 eV
25. IE: 1155,0 eV26. IE: 1205,23 eV27. IE: 2928,9 eV28. IE: 3072 eV29. IE: 3228 eV30. IE: 3381 eV
31. IE: 3584 eV32. IE: 3752 eV33. IE: 3971 eV34. IE: 4108,54 eV35. IE: 17296,56 eV36. IE: 17936,208 eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Krypton-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
1432619211730,91678,4

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
292,8222,2214,495,093,8

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
27,514,114,1

 

Weitere Daten

Atomradius:88 pm (berechnet) Kovalente Radien:116(4) pm (nach Cordero et al.)
117 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
121 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
108 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:202 pm Molvolumen:22,4131 L mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,652; ωL1: 0,0041; ωL2: 0,020; ωL3: 0,022 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,27; F13: 0,52; F23: 0,073

 

Spektrallinien des Kryptons

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Krypton mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm. Krypton zeichnet sich durch mehrere scharfe Emissionslinien (Spektralsignaturen ) aus, wobei die stärksten grün und gelb sind.

Krypton-Spektrallinien

 

 

Chemie des Kryptons

Die Chemie des Kryptons ist nach wie vor recht überschaulich und beschränkt sich im Kern auf die Oxidationszustände Null sowie auf +II, namentlich auf Kryptondifluorid, das zudem noch thermodynamisch recht instabil ist und entsprechende Reaktionen bei tiefen Temperaturen durchgeführt werden müssen. KrF2 reagiert zusätzlich mit starken Lewis-Säuren zu Salzen, die die Kationen KrF+ und Kr2F+ enthalten.

Ansonsten wurde einige instabile Krypton-Verbindungen untersucht, bei denen das Kr-Atom mit anderen Bindungspartner als Fluor chemische Bindungen eingeht. Beispiele: Kryptondifluorid reagiert mit Borteflat B(OTeF5)3 zum instabilen, hydrolyseempfindlichen Kryptonteflat Kr(OTeF5)2, bei der das Kryton-Atom an Sauerstoff gebunden ist. Eine Krypton-Stickstoff-Bindung liegt im Kation [HC≡N-Kr-F]+ vor, das durch die Reaktion von KrF2 mit [HC≡NH]+[AsF6]- bei Temperaturen unterhalb von - 50 °C erzeugt wird.

Ein Bericht von 1963 über die Synthese von Kryptontetrafluorid konnte nicht bestätigt werden.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:3,00 nach Pauling
2,966 nach Allen
3,17 nach Sanderson
6,3916 eV nach Gosh-Gupta
Elektronaffinität:-1,0(2) eV bzw. -96(20) kJ mol-1Oxidationsstufen:0 (+2)

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Kryptons

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Kryptons auf.

Schmelzpunkt:- 157,37 °C Schmelzenthalpie (molar):1,64 kJ mol-1 Siedepunkt:- 153,415 °C Verdampfungsenthalpie:9,08 kJ mol-1 Wärmekapazität:20,786 J mol-1 K-1 (molar)
0,248 J g-1 K-1 (spezifisch) (Gas)
Debye-Temperatur:71,9 K Thermische Leitfähigkeit:9,43 W m-1 K-1 Dichte:3,749 g L -1; 0°C; 101,325 kPa Kompressionsmodul (isotherm):1,8 GPa bei 77 K Kompressibilität (isotherm):0,56 GPa-1 bei 77 K Kritischer Punkt:209,48 K; 5,525 MPa Kristallstruktur:kubisch-flächenzentriert - fcc Magnetismus:diamagnetisch Magnetische Suszeptibilität:-1,6 × 10-8 Schallgeschwindigkeit:220 m s-1 bei 23 °C

 

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Die Erde hat mit Ausnahme von Helium alle Edelgase zurückgehalten, die bei ihrer Entstehung vorhanden waren. Die Konzentration von Krypton in der Atmosphäre beträgt etwa 1 ppm (1,14 ppm in trockener Luft); es zählt damit zu den seltensten Elementen. Krypton kann durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft gewonnen werden. Die Menge an Krypton im Weltraum ist unsicher, da die Messdaten auf meteorischer Aktivität und Sonnenwind basieren. Die ersten Messungen deuten auf eine weite Verbreitung des Edelgases im Weltall hin.

Erdkruste:0,001 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Meerwasser:0,00021 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,00004 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 

Gefahren und Sicherheit


Achtung

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

H280 - Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren.
P403 - An einem gut belüfteten Ort aufbewahren.

 

Literatur und Quellen

[1] - John F. Lehmann, Helene P. A. Mercier, Gary J. Schrobilgen:
The chemistry of krypton.
In: Coordination Chemistry Reviews, 2002, DOI 10.1016/S0010-8545(02)00202-3.

[2] - Aoki Nobuyuki, Makide Yoshihiro:
The Concentration of Krypton in the Atmosphere - Its Revision after Half a Century.
In: Chemistry Letters, 2005, DOI 10.1246/cl.2005.1396.

[3] - Matic Lozinsek, Gary J. Schrobilgen:
The world of krypton revisited.
In: Nature Chemistry, 2016, DOI 10.1038/nchem.2538.

 

Externe Informationsangebote

Nachfolgend sind einige externe Informationsangebote zum Edelgas Krypton und der Krypton-Chemie anderer Anbieter aufgelistet, für deren Inhalte die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich sind.



Gruppenelemente - Informationen

Edelgas Gewinnung 1
Schema: Luftzerlegung, Edelgase. Vorlesungmaterialien Technische Anorganische Chemie. Universität Freiburg - Format: PDF

Edelgas Gewinnung 2
Schema: Luftzerlegung, Edelgase, Füllkörperkolonnen, Bödenbauarten. Universität Freiburg - Format: PDF

Edelgase
Tabellarischer Vergleich. Universität Freiburg

Edelgasverbindungen
Grundlagen: Chemie der Nichtmetalle. Universität Freiburg

Edelgasverbindungen
Eine Einführung. ETH Zürich

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 12.02.2019.



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