Krypton: Porovnání verzí

Aktuální verze z 18. 11. 2025, 02:29

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox Prvek Krypton (chemická značka Kr, latinsky Krypton) je chemický prvek s protonovým číslem 36. Nachází se ve 4. periodě a 18. skupině periodické tabulky. Patří mezi vzácné plyny a za normálních podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který se v malém množství vyskytuje v zemské atmosféře.

Ačkoliv je krypton chemicky velmi málo reaktivní, je známo několik jeho sloučenin, především s fluorem. Využívá se především v osvětlovací technice, laserech a jako izolační plyn ve vysoce výkonných okenních tabulích. Jeho nejznámější kulturní asociací je fiktivní planeta Krypton, domovský svět Supermana.

⏳ Historie

Objev kryptonu je spojen se jmény dvou významných britských chemiků, sira Williama Ramsaye a Morrise Traverse. Stalo se tak v roce 1898, krátce po jejich objevu prvků argon a neon. Ramsay a Travers systematicky zkoumali zbytky po odpaření velkého množství zkapalněného vzduchu. Pomocí metody frakční destilace postupně oddělovali jednotlivé složky. Poté, co odstranili kyslík, dusík, argon a neon, zbyla jim malá frakce těžšího plynu, který při spektroskopické analýze vykazoval nové, dosud nepozorované emisní čáry, především zelenou a žlutou.

Tento objev potvrdil existenci dalšího vzácného plynu. Ramsay a Travers se rozhodli pojmenovat nový prvek krypton podle řeckého slova κρυπτός (kryptos), což znamená "skrytý". Tímto názvem chtěli zdůraznit, jak obtížné bylo tento prvek v atmosféře odhalit a izolovat. Za své objevy vzácných plynů, včetně kryptonu, obdržel William Ramsay v roce 1904 Nobelovu cenu za chemii.

Významným milníkem v historii kryptonu bylo jeho využití pro definici základní jednotky délky, metru. V letech 1960 až 1983 byl metr definován jako 1 650 763,73 násobek vlnové délky oranžovo-červené emisní čáry izotopu kryptonu-86 ve vakuu. Tato definice nahradila starší prototyp metru a poskytla mnohem přesnější a univerzálně reprodukovatelný standard. Později byla tato definice nahrazena současnou, která je založena na rychlosti světla.

📝 Fyzikální vlastnosti

Krypton je za standardních podmínek plyn bez barvy, chuti a zápachu, přibližně 2,9krát těžší než vzduch. Jeho teplota tání je 115,78 K (-157,37 °C) a teplota varu 119,93 K (-153,415 °C). V pevném stavu krystalizuje v plošně centrované kubické mřížce, což je typické pro ostatní těžší vzácné plyny.

Jednou z nejcharakterističtějších vlastností kryptonu je jeho emisní spektrum. V plynové výbojce emituje silné světlo s několika výraznými spektrálními čarami, které mu dodávají kouřově bílý až nazelenalý vzhled. Právě tyto ostré a stabilní čáry jej předurčily pro použití v metrologii a osvětlovací technice.

Přírodní krypton se skládá ze šesti stabilních izotopů: ⁸⁴Kr (57,0 % zastoupení), ⁸⁶Kr (17,3 %), ⁸²Kr (11,6 %), ⁸³Kr (11,5 %), ⁸⁰Kr (2,25 %) a ⁷⁸Kr (0,35 %). Kromě nich je známo asi 30 nestabilních radioizotopů. Nejvýznamnějším z nich je ⁸⁵Kr s poločasem přeměny 10,76 roku, který vzniká jako produkt štěpení uranu a plutonia v jaderných reaktorech a při testech jaderných zbraní.

🧪 Chemické vlastnosti

Jako člen skupiny vzácných plynů má krypton plně zaplněnou valenční elektronovou slupku, což mu propůjčuje vysokou stabilitu a extrémně nízkou chemickou reaktivitu. Dlouho se předpokládalo, že vzácné plyny jsou zcela inertní a netvoří žádné chemické sloučeniny. Tento předpoklad byl vyvrácen až v roce 1962 objevem sloučenin xenonu.

První sloučenina kryptonu, difluorid kryptonatý (KrF₂), byla syntetizována v roce 1963. Připravuje se reakcí kryptonu s fluorem za nízkých teplot a působením elektrického výboje, rentgenového záření nebo UV záření. KrF₂ je bezbarvá krystalická látka, která je extrémně silným oxidačním činidlem a je termodynamicky nestabilní, rozkládá se již při pokojové teplotě.

Byly připraveny i další sloučeniny, například kationty [KrF]⁺ a [Kr₂F₃]⁺, které tvoří soli s anionty odvozenými od silných Lewisových kyselin, jako jsou [SbF₆]⁻ nebo [AsF₆]⁻. Existují také zprávy o sloučeninách s kyslíkem a dusíkem, ale ty jsou ještě méně stabilní a lze je detekovat pouze za extrémních podmínek, například v kryogenních matricích. Krypton také tvoří klathráty, ve kterých jsou atomy kryptonu uvězněny v krystalové mřížce jiné látky, například vody (hydrát kryptonu).

🌍 Výskyt a získávání

Krypton je velmi vzácný prvek. Jeho koncentrace v zemské atmosféře činí přibližně 1,14 ppm (čili 0,000114 %). Je přítomen také ve stopových množstvích v zemské kůře, kde vzniká spontánním štěpením uranu a dalších těžkých prvků. Malé množství kryptonu bylo detekováno i v atmosféře Marsu sondami NASA.

Průmyslově se krypton získává výhradně jako vedlejší produkt při výrobě zkapalněného vzduchu ve velkých kryogenních jednotkách. Proces využívá frakční destilace ke oddělení vzduchu na jeho hlavní složky – dusík, kyslík a argon. Krypton, spolu s xenonem, se koncentruje v kapalné kyslíkové frakci, odkud je dále oddělován a čištěn v několika dalších destilačních a adsorpčních krocích.

Vzhledem k jeho nízké koncentraci v atmosféře a energeticky náročnému procesu výroby je krypton poměrně drahý plyn. Jeho cena je výrazně vyšší než cena argonu, ale nižší než cena xenonu. Hlavními světovými producenty jsou průmyslové plynárenské společnosti v USA, Evropě a Číně.

💡 Využití a aplikace

Navzdory své vysoké ceně má krypton řadu specializovaných využití, kde jeho unikátní vlastnosti převáží nad náklady.

Osvětlovací technika 💡: Krypton se používá jako plnicí plyn v některých typech vysoce výkonných žárovek. Jeho přítomnost snižuje odpařování wolframového vlákna, což umožňuje provoz při vyšších teplotách, a tím i dosažení vyšší světelné účinnosti a delší životnosti. Kryptonové žárovky se často používají v letectví, například pro osvětlení přistávacích drah, kde je vyžadována vysoká spolehlivost a jas.
Lasery 🔬: Krypton je klíčovou složkou v krypton-fluoridových (KrF) excimerových laserech. Tyto lasery produkují intenzivní ultrafialové záření a jsou nepostradatelné v polovodičovém průmyslu pro fotolitografii při výrobě integrovaných obvodů. Používají se také ve vědeckém výzkumu a při laserové ablaci.
Izolační okna 🏠: Díky své nízké tepelné vodivosti (nižší než u argonu) a vysoké hustotě je krypton vynikajícím izolačním plynem pro plnění meziprostoru ve vysoce výkonných izolačních dvojsklech a trojsklech. Okna plněná kryptonem nabízejí špičkové tepelně-izolační vlastnosti, což přispívá k úsporám energie v budovách.
Pohon satelitů 🛰️: V posledních letech se krypton stal důležitým palivem pro iontové motory, konkrétně pro Hallovy motory používané k pohonu satelitů. Příkladem jsou satelity Starlink společnosti SpaceX. Ačkoliv má nižší výkon než tradičně používaný xenon, jeho výrazně nižší cena z něj činí atraktivní alternativu pro velké satelitní konstelace.
Lékařství ⚕️: Radioaktivní izotop krypton-81m se využívá v nukleární medicíně pro scintigrafické vyšetření plicní ventilace. Pacient vdechuje směs vzduchu s tímto izotopem a gamakamera snímá rozložení radiace v plicích, což lékařům pomáhá diagnostikovat plicní embolii a další respirační onemocnění.
Vědecký výzkum ⚛️: Kapalný krypton se používá jako scintilační materiál v detektorech částic v experimentální částicové fyzice, například při hledání temné hmoty.

☣️ Bezpečnost a dopady na zdraví

Krypton je netoxický a chemicky inertní plyn, takže sám o sobě nepředstavuje přímé zdravotní riziko. Hlavní nebezpečí spojené s kryptonem, podobně jako u jiných inertních plynů, spočívá v riziku udušení ve špatně větraných prostorách. Jelikož je těžší než vzduch, může se hromadit u podlahy a vytěsnit kyslík potřebný k dýchání. Vdechování vzduchu s vysokou koncentrací kryptonu může vést k závratím, ztrátě vědomí a smrti.

Při manipulaci se zkapalněným kryptonem je nutné dbát opatrnosti kvůli jeho extrémně nízké teplotě, která může způsobit vážné omrzliny při kontaktu s pokožkou. Tlakové lahve s kryptonem musí být skladovány a používány v souladu s bezpečnostními předpisy pro stlačené plyny.

Radioaktivní izotop ⁸⁵Kr, který je produktem jaderného štěpení, je považován za látku znečišťující životní prostředí. Uvolňuje se do atmosféry z přepracovatelských závodů a představuje zdroj nízkoúrovňového ionizujícího záření. Jeho dopad na globální populaci je však považován za minimální.

⚛️ Pro laiky

Představte si krypton jako velmi vzácného a plachého hosta na velké párty, kterou je atmosféra. Na každý milion ostatních hostů (jako jsou molekuly dusíku a kyslíku) připadá jen jeden host kryptonový. Tento host je naprosto spokojený sám se sebou a nemá žádnou potřebu se s kýmkoliv bavit nebo se na někoho vázat – proto je to "vzácný" neboli "inertní" plyn.

Jedna z jeho skvělých vlastností je, že velmi špatně vede teplo. Když ho zavřete mezi dvě skleněné tabule okna, vytvoří neviditelnou, ale velmi účinnou bariéru. V zimě brání úniku tepla z vašeho pokoje ven a v létě naopak nepouští horko dovnitř. Je to jako mít v okně super-účinnou neviditelnou deku.

Další zajímavostí je jeho světlo. Když do trubice naplněné kryptonem pustíte elektrický proud, rozzáří se jasným, kouřově bílým světlem. Toto světlo je tak stabilní a spolehlivé, že se desítky let používalo jako celosvětový standard pro definici jednoho metru.

🌌 Krypton v populární kultuře

Zdaleka nejznámější zmínka o kryptonu v populární kultuře pochází z komiksového světa DC Comics. Krypton je název fiktivní, technologicky vyspělé planety, která byla domovem civilizace Kryptonianů a rodným světem Supermana (Kal-Ela). Planeta byla zničena vnitřní explozí, ale Superman byl jako dítě poslán svými rodiči na Zemi, aby přežil.

S planetou je neoddělitelně spojen fiktivní minerál kryptonit. Jedná se o radioaktivní úlomky zničené planety Krypton, které mají na Supermana a ostatní Kryptoniany oslabující a potenciálně smrtící účinky. Zelený kryptonit je nejběžnější a nejznámější varianta, ale v komiksech se objevily i další barvy s různými specifickými efekty (červený, modrý, zlatý atd.).

Název "krypton" a jeho asociace se Supermanem se staly tak ikonickými, že se často objevují v názvech produktů, firem nebo v jiných dílech jako odkaz na sílu, zranitelnost nebo mimozemský původ.

Zdroje