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Krypton ist ein chemisches Element mit dem Symbol Kr und der Ordnungszahl 18. Im Periodensystem steht es in der 8. Hauptgruppe (Gruppe 18) und zählt daher zu den Edelgasen. Wie die anderen Edelgase ist es ein farbloses, äußerst reaktionsträges, einatomiges Gas. In vielen Eigenschaften wie Schmelz- und Siedepunkt oder Dichte steht es zwischen dem leichteren Argon und dem schwereren Xenon.

Krypton zählt zu den seltensten Elementen auf der Erde und kommt nur in geringen Mengen in der Atmosphäre vor.

Das Edelgas wurde 1896 von William Ramsay und Morris William Travers durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft entdeckt. Krypton wird auf Grund seiner Seltenheit nur in geringen Mengen, vor allem für als Füllgas von Glühlampen, verwendet. Es ist eine geringe Anzahl an Kryptonverbindungen bekannt, von denen Kryptondifluorid, eines der stärksten Oxidationsmittel, die bekannteste ist.

Geschichte

Nach der Entdeckung des ersten Edelgases, Argon, durch Lord Rayleigh und William Ramsay 1894, sowie der Isolierung des bislang nur aus dem Sonnenspektrum bekannten Heliums aus Uranerzen 1895 durch Ramsay erkannte dieser aus den Gesetzen des Periodensystems, dass es noch weitere derartige Elemente geben müsste. Er untersuchte daher ab 1896 zunächst verschiedene Minerale und Meteoriten und die von diesen beim Erhitzen oder Lösen abgegebene Gase. Ramsay und sein Mitarbeiter Morris William Travers waren dabei jedoch nicht erfolgreich, es wurden Helium und seltener Argon gefunden. Auch die Untersuchung heißer Gase aus Cauterets in Frankreich und aus Island brachten keine Ergebnisse.^[6]

Schließlich begannen sie, 15 Liter Rohargon zu untersuchen und durch Verflüssigung und fraktionierte Destillation zu trennen. Als sie den Rückstand, der bei fast völligem Verdampfen des Rohargons übrigblieb, untersuchten, fanden sie bislang unbekannte gelbe und grüne Spektrallinien, also ein neues Element. Es wurde nach dem altgriech. κρυπτός kryptós „verborgen“ Krypton genannt. Nach Reinigung durch weitere Destillation konnten Ramsay und Travers auch die molare Masse von etwa 80 g/mol bestimmen. Nach dieser Entdeckung konnten sie aus einer anderen, niedriger siedenden Fraktion ein weiteres Element, das Neon und schließlich durch Trennung des Rohkryptons das Xenon gewinnen.^[6]

1924 behauptete A. von Antropoff eine erste Kryptonverbindung in Form eines roten stabilen Feststoffes aus Krypton und Chlor synthetisiert zu haben. Später stellte sich jedoch heraus, dass in dieser Verbidnung kein Krypton, sondern Stickstoffmonoxid und Chlorwasserstoff enthalten waren. Größere Anstrengungen in der Synthese von Kryptonverbindungen wurden nach der Entdeckung der ersten Xenonverbindungen 1962 unternommen. Als erster stellte A.V. Grosse eine Kryptonverbindung dar, die er zunächst für Kryptontetrafluorid hielt, die jedoch nach weiteren Versuchen als Kryptondifluorid idendifiziert wurde.^[7]

Die Wellenlänge einer elektromagnetischen Strahlung, die vom Kryptonisotop ⁸⁶Kr ausgestrahlt wird, wurde 1960 als Grundlage für die Definition des Meters gewählt. Sie löste damit die zu ungenaue Definition über das Urmeter aus einer Platin-Iridium-Legierung ab. Exakt wurde sie über das 1650763,73-fache der Wellenlänge des vom Nuklid ⁸⁶Kr beim Übergang vom ⁵d₅ in den ²p_l0-Zustand ausgesandten und sich im Vakuum ausbreitenden Strahlung definiert.^[8] Diese Definition wurde schließlich 1983 von einer auf der durch Licht im Vakuum in einer Sekunde zurückgelegten Strecke ersetzt.^[9]

Vorkommen

Krypton zählt zu den seltensten Elementen auf der Erde. Seltener sind lediglich Xenon sowie radioaktive Elemente, die entweder wie Plutonium zum größten Teil schon zerfallen sind oder nur als kurzlebiges Zwischenprodukt von Zerfallsreihen vorkommen. Der Anteil des Kryptons an der Erdhülle beträgt 1,9 ⋅ 10^-5 ppm^[1], der größte Teil des Gases befindet sich dabei in der Atmosphäre, die zu 1,14 ppm aus Krypton besteht.^[10]

Im Universum ist Krypton häufiger, die Häufigkeit ist vergleichbar mit derjenigen von Lithium, Gallium und Scandium.^[11] Das Verhältnis von Krypton und Wasserstoff ist im Universum weitgehend konstant. Daraus lässt sich schließen, dass die interstellare Materie reich an Krypton ist.^[12]

Gewinnung

Die Gewinnung von Krypton erfolgt ausschließlich im Rahmen des Linde-Verfahrens aus der Luft. Bei der Stickstoff-Sauerstoff-Trennung reichert es sich auf Grund der hohen Dichte zusammen mit Xenon im flüssigen Sauerstoff an, der sich im Sumpf der Kolonne befindet. Dieses Gemisch wird in eine Kolonne überführt, in der es auf etwa 0,3 % Krypton und Xenon angereichert wird.^[13] Dazu enthält das flüssige Krypton-Xenon-Konzentrat neben Sauerstoff noch eine größere Mengen Kohlenwasserstoffe wie Methan, fluorierte Verbindungen wie Schwefelhexafluorid oder Tetrafluormethan sowie Spuren an Kohlenstoffdioxid und Distickstoffmonoxid. Methan und Distickstoffmonoxid können über Verbrennung an Platin- oder Palladiumkatalysatoren bei 500 °C zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff umgesetzt werden, die an Adsorption an Molekularsieben entfernt werden können.^[14] Fluorverbindungen können dagegen nicht auf diese Weise aus dem Gemisch entfernt werden. Um diese zu zerlegen und aus dem Gemisch zu entfernen, kann das Gas mit Mikrowellen bestrahlt werden, wobei die Element-Fluor-Bindungen aufbrechen und die entstehenden Fluoratome in Natronkalk aufgefangen werden können^[15], oder über einen Titandioxid-Zirconiumdioxid-Katalysator bei 750 °C geleitet werden. Dabei reagieren die Fluorverbindungen zu Kohlenstoffdioxid und Fluorwasserstoff und anderen Verbindungen, die abgetrennt werden können.^[14]

Anschließend werden Krypton und Xenon in einer weiteren Kolonne, die unten beheizt und oben gekühlt wird, getrennt. Während sich Xenon am Boden sammelt, bildet sich oben ein Gasstrom, in dem zunächst Sauerstoff, nach einiger Zeit dann Krypton aus der Kolonne entweicht. Letzteres wird von Oxidation von noch vorhandenen Sauerstoffspuren befreit und in Gasflaschen gesammelt.^[13]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Krypton ist ein bei Normalbedingungen ein einatomiges, farbloses und geruchloses Gas, das bei 119,93 K (−157,36 °C) kondensiert und bei 115,79 K (−157,36 °C) erstarrt. Wie die anderen Edelgase außer dem Helium kristallisiert Krypton in einer kubisch dichtesten Kugelpackung mit dem Gitterparameter a = 572 pm.^[16]

Wie alle Edelgase besitzt Krypton nur abgeschlossene Schalen (Edelgaskonfiguration). Dadurch lässt sich erklären, dass das Gas stets einatomig vorliegt und die Reaktivität gering ist.

Mit einer Dichte von 1,784 g/cm³ bei 0 °C und 1013 hPa ist Krypton schwerer als Luft, es sinkt also ab. Im Phasendiagramm liegt der Tripelpunkt bei 115,76 K und 0,7315 bar^[17], der kritische Punkt bei −63,75 °C, 5,5 MPa sowie einer kritischen Dichte von 0,909 g/cm³.^[18]

In Wasser ist Krypton etwas löslich, in einem Liter Wasser können sich bei 0 °C maximal 110 ml Krypton lösen.^[18]

Chemische Eigenschaften

Wie alle Edelgase ist Krypton sehr reaktionsträge. Es kann lediglich mit dem elektronegativsten Element, dem Fluor, unter speziellen Bedingungen reagieren und bildet dabei Kryptondifluorid. Im Gegensatz zu den Xenonfluoriden ist Kryptondifluorid thermodynamisch instabil, die Bildung ist daher endotherm und muss bei niedrigen Temperaturen stattfinden. Die für eine Reaktion nötigen Fluorradikale können über Bestrahlung mit UV-Strahlung, Beschießen mit Protonen oder elektrische Entladungen dargestellt werden.^[7]

Mit verschiedenen Verbindungen bildet Krypton Clathrate, bei denen das Gas physikalisch in einen Hohlraum eingeschlossen und so gebunden ist. So bilden Wasser und Wasser/Chloroform-Mischungen bei -78 °C ein Clathrat^[19], ein Clathrat mit Hydrochinon ist so stabil, dass Krypton sich über längere Zeit darin hält.^[18] Auch eine Einschlussverbindung von Krypton im Oligosaccarid α-Cyclodextrin ist bekannt.^[20]

Isotope

Es sind insgesamt 31 Isotope sowie zehn weiteres Kernisomere des Kryptons bekannt. Von diesen sind fünf, die Isotope ⁸⁰Kr, ⁸²Kr, ⁸³Kr, ⁸⁴Kr und ⁸⁶Kr stabil und kommen zusammen mit dem sehr langlebigen ⁷⁸Kr in der Natur vor. Den größten Anteil am natürlichen Isotopengemisch besitzt dabei ⁸⁴Kr mit 57 %, gefolgt von ⁸⁶Kr mit 17,3 %. ⁸²Kr und ⁸³Kr kommen 11,58 % beziehungsweise 11,49 % vor, ⁸⁰Kr mit 2,28 % und ⁷⁸Kr mit 0,35 % Anteil sind selten. ^[21] Das langlebigste der instabilen Isotope ist mit einer Halbwertszeit von 250.000 Jahren ⁸¹Kr, es entsteht in Spuren durch atmosphärische Reaktionen.^[22]

Auch das radioaktive Isotop ⁸⁵Kr kommt in Spuren in der Atmosphäre vor. Es entsteht zusammen mit anderen kurzlebigen Isotopen bei der Kernspaltung von Uran und Plutonium. Durch Kernexplosionen oder während der Wiederaufbereitung von Brennelementen gelangt es in die Umgebungsluft. Nachdem die Belastung der Atmosphäre mit ⁸⁵Kr nach dem Ende der atmosphärischen Kernwaffentests in den 1960ern abnahm^[22], stieg sie in einer Messstation in Gent zwischen 1979 und 1999 -verursacht durch die Wiederaufarbeitungsanlage La Hague- deutlich an.^[23]

→ Liste der Krypton-Isotope

Verwendung

Der größte Teil des Kryptons wird als Füllgas für Glühlampen verwendet. Durch das Gas ist die Zersetzungsrate des Glühfadens aus Wolfram geringer, es ist eine höhere Temperatur möglich. Diese bewirkt wiederum eine höhere Lichtausbeute der Lampe. Auch Halogen- und Leuchtstofflampen können Krypton als enthalten. Weiterhin dient es auch in Geigerzählern, Szintillationszählern und elektronischen Geräten als Füllgas.^[13]

Krypton wird zusammen mit Fluor im Krypton-Fluorid-Laser eingesetzt. Dieser zählt zu den Excimerlasern und hat eine abgegebene Wellenlänge von 248 nm im ultravioletten Spektralbereich.^[24] Auch Edelgas-Ionen-Laser des Kryptons, bei denen das aktive Medium ein- oder mehrfach geladene Kryptonionen sind, sind bekannt.^[25]

Biologische Bedeutung

Wie die anderen Edelgase hat Argon auf Gund der Reaktionsträgheit keine biologische Bedeutung und ist auch nicht toxisch. In höheren Konzentrationen wirkt es durch Verdrängung des Sauerstoffs erstickend.^[26] Bei Drücken von mehr als 3,9 bar wirkt es narkotisierend.^[27]

Verbindungen

Es ist nur eine keine Anzahl Kryptonverbindungen bekannt. Die wichtigste und stabilste davon ist Kryptondifluorid. Kryptondifluorid zählt zu den stärksten bekannten Oxidations- und Fluorierungsmitteln und ist beispielsweise in der Lage Xenon zu Xenonhexafluorid oder Iod zu Iodpentafluorid zu oxidieren. Reagiert Kryptondifluorid mit Fluoridakzeptoren wie Antimonpentafluorid, bilden sich die Kationen KrF⁺ und Kr₂F₃⁺, die die stärksten bekannten Oxidationsmittel sind.

Weiterhin sind auch Verbindungen mit anderen Liganden als Fluor bekannt. Dazu zählen unter anderem Kryptonbis(pentafluororthotellurat) Kr(OTeF₅)₂, die einzig bekannte Sauerstoff-Krypton-Verbindung, RCNKrF⁺AsF₆^- (R=H, CF₃, C₂F₅ oder n-C₃F₇) mit einer Krypton-Stickstoff-Bindung und HKrCCH, bei der ein Ethin-Ligand am Krypton gebunden ist.^[28]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag. Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Krypton) entnommen.
3. ↑ ^{a b} Eintrag zu Kryton in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 27. April 2008 (JavaScript erforderlich).
4. ↑ L. C. Allen, J. E. Huheey: The definition of electronegativity and the chemistry of the noble gases. In: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1980, 42, S. 1523–1524, doi:10.1016/0022-1902(80)80132-1.
5. ↑ T. L. Meek: Electronegativities of the Noble Gases. In: Journal of chemical education. 1995, 72, S. 17–18.
6. ↑ ^{a b} William Ramsay: The Rare Gases of the Atmosphere. Nobelpreisrede, 12. Dember 1904.
7. ↑ ^{a b} John F. Lehmann, Hélène P.A. Mercier, Gary J. Schrobilgen: The chemistry of krypton. In: Coordination Chemistry Reviews. 2002, 233/234, S. 1–39, doi:10.1016/S0010-8545(02)00202-3.
8. ↑ K. Clusius: Zur Geschichte des Metermasses. In: Cellular and Molecular Life Sciences. 1963, 19, 4, S. 169-177, doi:10.1007/BF02172293.
9. ↑ Internationales Büro für Maß und Gewicht: The BIPM and the evolution of the definition of the metre. Eingesehen am 10. Dember 2009.
10. ↑ David R. Williams: Earth Fact Sheet. NASA, Greenbelt, Stand 20. Mai 2009.
11. ↑ A. G. W. Cameron: Abundances of the elements in the solar system. In: Space Science Reviews, 1970, 15, S. 121–146; PDF.
12. ↑ Stefan I. B. Cartledge, J. T. Lauroesch, David M. Meyer, Ulysses J. Sofia, Geoffrey C. Clayton: Interstellar Krypton Abundances: The Detection of Kiloparsec-scale Differences in Galactic Nucleosynthetic History. In: The Astrophysical Journal. 2008, 687, S. 1043–1053, doi:10.1086/592132.
13. ↑ ^{a b c} P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger: Noble Gases. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2006, doi:10.1002/14356007.a17 485.
14. ↑ ^{a b} Patent EP1752417: Process and apparatus for the production of krypton and/or xenon. Angemeldet am 9. 20 2005, veröffentlicht am 2. 14 2007, Anmelder: Linde AG, Erfinder: Matthias Meilinger.
15. ↑ Jean-Christophe Rostaing, Francis Bryselbout, Michel Moisan, Jean-Claude Parenta: Méthode d’épuration des gaz rares au moyen de décharges électriques de haute fréquence. In: Comptes Rendus de l’Académie des Sciences - Series IV - Physics. 2000, 1, 1, S. 99–105, doi:10.1016/S1296-2147(00)70012-6.
16. ↑ K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. In: Acta Crystallographica. 1974, 30, S. 193–204.
17. ↑ W.T. Ziegler, D.W. Yarbrough, J.C. Mullins: Calculation of the Vapor Pressure and Heats of Vaporization and Sublimation of Liquids and Solids below One Atmosphere Pressure. VI. Krypton. In: Ga. Inst. Technol., Eng. Exp. Stn., Proj. A-764, Tech. Rep. No. 1, 1964 (NIST webbook).
18. ↑ ^{a b c} Helmut Sitzmann: Krypton. In: Römpp Chemie-Lexikon, Thieme Verlag, Stand Dezember 2006.
19. ↑ R. M. Barrer, D. J. Ruzicka: Non-stoichiometric clathrate compounds of water. Part 4. – Kinetics of formation of clathrate phases. In: Transactions of the Faraday Society. 1962, 58, S. 2262–2271, doi:10.1039/TF9625802262.
20. ↑ Wolfram Saenger, Mathias Noltemeyer: Röntgen-Strukturanalyse des α-Cyclodextrin-Krypton-Einschlußkomplexes: Ein Edelgas in organischer Matrix. In: Angewandte Chemie. 1972, 86, 16, S. 594–595, doi:10.1002/ange.19740861611.
21. ↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. In: Nuclear Physics. 2003, Bd. A 729, S. 3–128.
22. ↑ ^{a b} Dan Snyder: Resources on Isotopes - Periodic Table–Krypton. United States Geological Survey, Stand Januar 2004.
23. ↑ P. Cauwels, J. Buysse, A. Poffijn, G. Eggermont: Study of the atmospheric ⁸⁵Kr concentration growth in Gent between 1979 and 1999. In: Radiation Physics and Chemistry. 2001, 61, S. 649–651, doi:10.1016/S0969-806X(01)00361-9.
24. ↑ Thomas H. Johnson, Allen M. Hunter: Physics of the krypton fluoride laser. In: J. Appl. Phys. 1980, 51, S. 2406, doi:10.1063/1.328010.
25. ↑ Edelgas-Ionen-Laser. In: Römpp Chemie-Lexikon, Thieme Verlag, Stand März 2002.
26. ↑ Sicherheitsdatenblatt (Krypton), Linde AG, Stand 14. August 2006.
27. ↑ Walter J. Moore, Dieter O. Hummel: Physikalische Chemie. 4. Auflage, de Gruyter, 1986, ISBN 978-3-1101-0979-5, S. 284.
28. ↑ Leonid Khriachtchev, Hanna Tanskanen, Arik Cohen, R. Benny Gerber, Jan Lundell, Mika Pettersson, Harri Kiljunen, Markku Räsänen: A Gate to Organokrypton Chemistry: HKrCCH. In: Journal of the American Chemical Society. 2003, 125, 23, S. 6876–6877, doi:10.1021/ja0355269.

Literatur

• P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger: Noble Gases. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2006 (doi:10.1002/14356007.a17 485).
• Helmut Sitzmann: Krypton. In: Römpp Chemie Lexikon. Thieme Verlag, Stand Dezember 2006.
• Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.

 Wiktionary: Krypton – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik