1894 war Argon als erstes Edelgas vonJohn William Strutt, 3. Baron Rayleigh undWilliam Ramsay entdeckt worden, ein Jahr darauf wurde das bislang nur aus demSonnenspektrum bekannteHelium von Ramsay ausUranerzen isoliert. Aus den Gesetzen desPeriodensystems erkannte Ramsay, dass es noch weitere derartige Elemente geben müsste. Er untersuchte daher ab 1896 zunächst verschiedene Minerale undMeteoriten und die von ihnen beim Erhitzen oder Lösen abgegebenen Gase. Er und sein MitarbeiterMorris William Travers waren dabei jedoch nicht erfolgreich, es wurden nur Helium und seltener Argon gefunden. Auch die Untersuchung heißer Gase ausCauterets inFrankreich und ausIsland brachten keine Ergebnisse.[11]
Schließlich untersuchten sie 15 Liter verflüssigtes Rohargon und trennten es mittelsfraktionierter Destillation. In dem Rückstand fanden sie bislang unbekannte gelbe und grüne Spektrallinien, also ein neues Element. Nach demaltgriechischenκρυπτόςkryptós („verborgen“) wurde esKrypton genannt. Nach Reinigung durch weitere Destillation konnten Ramsay und Travers auch die molare Masse von etwa 80 g/mol bestimmen.[12] Nach dieser Entdeckung fanden sie in einer anderen, niedriger siedenden Fraktion das ElementNeon, und schließlich, durch Trennung des Rohkryptons, das ElementXenon.[11]
1924 behaupteteAndreas von Antropoff, eine erste Kryptonverbindung in Form eines roten stabilen Feststoffes aus Krypton undChlor synthetisiert zu haben. Später stellte sich jedoch heraus, dass diese Verbindung kein Krypton enthielt, sondernStickstoffmonoxid undChlorwasserstoff. Größere Anstrengungen in der Synthese von Kryptonverbindungen wurden nach der Entdeckung der ersten Xenonverbindungen 1962 unternommen. Als erster stellteAristid von Grosse eine Kryptonverbindung dar. Er hielt sie zunächst fürKryptontetrafluorid; sie wurde nach weiteren Versuchen aber als Kryptondifluorid identifiziert.[13]
DieWellenlänge einerelektromagnetischen Strahlung, die vom Kryptonisotop86Kr ausgestrahlt wird, wurde 1960 als Grundlage für die Definition desMeters gewählt. Sie löste damit die zu ungenaue Definition über dasUrmeter aus einerPlatin-Iridium-Legierung ab. Ein Meter wurde als das 1.650.763,73-fache der Wellenlänge der vom Nuklid86Kr beim Übergang vom5d5 in den2pl0-Zustand ausgesandten und sich imVakuum ausbreitenden Strahlung definiert.[14] 1983 wurde diese Festlegung schließlich ersetzt durch eine Definition, die auf der Strecke beruht, dieLicht im Vakuum in einem bestimmten Bruchteil einer Sekunde zurücklegt.[15]
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 vonZerfallsreihen 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.[16]
Im übrigenUniversum kommt Krypton in höherem Anteil vor, vergleichbar mit dem vonLithium,Gallium undScandium.[17] Das Verhältnis von Krypton und Wasserstoff ist im Universum weitgehend konstant. Daraus lässt sich schließen, dass dieinterstellare Materie reich an Krypton ist.[18] Krypton konnte auch in einemWeißen Zwerg nachgewiesen werden. Dabei wurde im Vergleich zur Sonne die 450-fache Menge gemessen, der Grund für diesen hohen Krypton-Gehalt ist jedoch noch unbekannt.[19]
Die Gewinnung von Krypton erfolgt ausschließlich im Rahmen desLinde-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 derKolonne befindet. Dieses Gemisch wird in eine Kolonne überführt, in der es auf etwa 0,3 % Krypton und Xenon angereichert wird.[20] Dazu enthält das flüssige Krypton-Xenon-Konzentrat neben Sauerstoff noch eine größere Menge Kohlenwasserstoffe wieMethan, fluorierte Verbindungen wieSchwefelhexafluorid oderTetrafluormethan sowie Spuren anKohlenstoffdioxid undDistickstoffmonoxid. Methan und Distickstoffmonoxid können über Verbrennung anPlatin- oderPalladiumkatalysatoren bei 500 °C zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff umgesetzt werden, die durchAdsorption anMolekularsieben entfernt werden können.[21] 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 mitMikrowellen bestrahlt werden, wobei die Element-Fluor-Bindungen aufbrechen und die entstehenden Fluoratome inNatronkalk aufgefangen werden können[22] oder über einenTitandioxid-Zirconiumdioxid-Katalysator bei 750 °C geleitet werden. Dabei reagieren die Fluorverbindungen zu Kohlenstoffdioxid undFluorwasserstoff und anderen Verbindungen, die abgetrennt werden können.[21]
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 auch Krypton aus der Kolonne entweicht. Letzteres wird durch Oxidation von noch vorhandenen Sauerstoffspuren befreit und in Gasflaschen gesammelt.[20]
Kubisch dichteste Kugelpackung von festem Krypton,a = 572 pmBei der Ionisierung im Hochspannungs-Hochfrequenzfeld leuchtet Krypton
Krypton ist ein bei Normalbedingungen einatomiges, farbloses und geruchlosesGas, das bei 121,2 K (−152 °C)kondensiert und bei 115,79 K (−157,36 °C) erstarrt. Wie die anderen Edelgase außer dem Helium kristallisiert Krypton in einerkubisch dichtesten Kugelpackung mit demGitterparametera = 572 pm.[23]
Wie alle Edelgase besitzt Krypton nur abgeschlosseneSchalen (Edelgaskonfiguration). Dadurch lässt sich erklären, dass das Gas stets einatomig vorliegt und die Reaktivität gering ist.
Mit einer Dichte von 3,749 kg/m³ bei 0 °C und 1013 hPa ist Krypton schwerer als Luft, es sinkt also ab. ImPhasendiagramm liegt derTripelpunkt bei 115,76 K und 0,7315 bar,[24] derkritische Punkt bei −63,75 °C, 5,5 MPa sowie einer kritischen Dichte von 0,909 g/cm³.[25]
In Wasser ist Krypton etwas löslich, in einem Liter Wasser können sich bei 0 °C maximal 110 ml Krypton lösen.[25]
Wie alle Edelgase ist Krypton sehr reaktionsträge. Es kann lediglich mit dem elektronegativsten Element, demFluor, unter speziellen Bedingungen reagieren und bildet dabeiKryptondifluorid. Im Gegensatz zu den Xenonfluoriden ist Kryptondifluorid thermodynamisch instabil, die Bildung ist daherendotherm und muss bei niedrigen Temperaturen stattfinden. Die für eine Reaktion nötigenFluorradikale können über Bestrahlung mitUV-Strahlung, Beschießen mitProtonen oder elektrische Entladungen dargestellt werden.[13]
Mit verschiedenen Verbindungen bildet KryptonClathrate, 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,[26] ein Clathrat mitHydrochinon ist so stabil, dass Krypton sich über längere Zeit darin hält.[25] Auch eine Einschlussverbindung des Kryptons imOligosaccharidα-Cyclodextrin ist bekannt.[27]
Insgesamt sind 32Isotope sowie 10 weitereKernisomere des Kryptons bekannt. Fünf Isotope sind stabil:80Kr,82Kr,83Kr,84Kr und86Kr. Sie kommen zusammen mit dem extrem langlebigen78Kr (Halbwertszeit 2 · 1021 Jahre) in der Natur vor. Den größten Anteil am natürlichen Isotopengemisch hat dabei84Kr mit 57 %, gefolgt von86Kr mit 17,3 %;82Kr kommt zu 11,58 % und83Kr zu 11,49 % vor. Dagegen sind die Isotope80Kr mit 2,28 % und78Kr mit 0,35 % Anteil selten.[28] Das nach78Kr langlebigste der instabilen Isotope ist mit einer Halbwertszeit von 229.000 Jahren81Kr.[28] Es entsteht in Spuren in der oberen Atmosphäre durch Reaktionen stabiler Krypton-Isotope mit kosmischer Strahlung und kommt somit ebenfalls natürlich in der Luft vor.[29] Aufgrund seiner Entstehung in der Atmosphäre und seiner Langlebigkeit wird81Kr für die Datierungfossilen Grundwassers verwendet.[30]
Auch dasradioaktive Isotop85Kr mit 10,756 Jahren Halbwertszeit (Betastrahler, max. 687 keV) kommt in Spuren in der Atmosphäre vor. Es entsteht zusammen mit anderen (kurzlebigen) Isotopen bei derKernspaltung vonUran undPlutonium. DurchKernexplosionen oder während derWiederaufarbeitung vonBrennelementen gelangt es in die Umgebungsluft und ist durch die unterschiedliche Verteilung der Emissionsquellen auf der Nordhalbkugel häufiger als auf der Südhalbkugel. Nachdem die Belastung der Atmosphäre mit85Kr nach dem Ende der atmosphärischenKernwaffentests in den 1960ern abnahm,[29] stieg sie in einer Messstation inGent zwischen 1979 und 1999 – verursacht durch dieWiederaufarbeitungsanlage La Hague – deutlich an.[31]
Der größte Teil des Kryptons wird als Füllgas fürGlühlampen verwendet. Durch das Gas ist die Abdampfrate desGlühfadens ausWolfram geringer, das ermöglicht eine höhere Glühtemperatur. Diese bewirkt wiederum eine höhere Lichtausbeute der Lampe. Auch Halogen- undLeuchtstofflampen können Krypton enthalten. Weiterhin dient es inGeigerzählern,Szintillationszählern und elektronischen Geräten als Füllgas.[20] Auch in Isolierglasscheiben wird es trotz des hohen Preises statt des normalerweise benutzten Argons als Füllgas eingesetzt, wenn man bei gleicher Scheibendicke eine deutlich bessere Isolierung erreichen will.
Wie Xenon absorbiert Krypton – allerdings in geringerem Maß –Röntgenstrahlung. Deshalb wird untersucht, ob Xenon-Krypton-Mischungen in derComputertomographie alsKontrastmittel eingesetzt werden können. Sie könnten einen besseren Kontrast als reines Xenon erreichen, da dessen Anteil am Kontrastmittel auf Grund der narkotisierenden Wirkung beim Einsatz am Menschen auf maximal 35 Prozent beschränkt ist.[35]
Flüssiges Krypton wird als Material fürKalorimeter in derTeilchenphysik verwendet. Es ermöglicht eine besonders genaue Bestimmung von Ort und Energie.[36] Ein Beispiel für einen Teilchendetektor, der ein Flüssig-Krypton-Kalorimeter nutzt, ist dasNA48-Experiment amCERN.[37]
Wie die anderen Edelgase hat Krypton auf Grund der Reaktionsträgheit keine biologische Bedeutung und ist auch nicht toxisch. In höheren Konzentrationen wirkt es durch Verdrängung des Sauerstoffs erstickend.[43] Bei einem Druck von mehr als 3,9 bar wirkt esnarkotisierend.[44]
Nur eine kleine Anzahl an Kryptonverbindungen ist bekannt. Die wichtigste und stabilste davon istKryptondifluorid. Es zählt zu den stärksten bekanntenOxidations- undFluorierungsmitteln und ist beispielsweise in der Lage, Xenon zuXenonhexafluorid oder Iod zuIodpentafluorid zu oxidieren. Reagiert Kryptondifluorid mit Fluoridakzeptoren wieAntimonpentafluorid, bilden sich die Kationen KrF+ und Kr2F3+, die die stärksten bekannten Oxidationsmittel sind.
Auch Verbindungen mit anderenLiganden als Fluor sind bekannt. Dazu zählen unter anderemKryptonbis(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.[45]
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