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氪

原子序數為36的化學元素

氪（hak1）（英語：Krypton），是一種化學元素，其化學符號為Kr，原子序數為36，原子量為83.798 u，是一種無色、無臭、無味的貴氣體，把它放電時呈橙紅色，在大氣中含有痕量，可通過分餾從液態空氣中分離，常用於製作熒光燈。氪正如其他貴氣體一樣，不易與其他物質產生化學作用，已知的化合物有二氟化氪（KrF2）。

氪 36Kr
氫（非金屬） 氦（貴氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（貴氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（貴氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（貴氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鍀（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（貴氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鑥（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砹（類金屬） 氡（貴氣體）
鈁（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 鎿（錒系元素） 鈈（錒系元素） 鎇（錒系元素） 鋦（錒系元素） 錇（錒系元素） 鐦（錒系元素） 鎄（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為貴氣體）
氬
↑
氪
↓
氙
溴 ← 氪 → 銣
外觀
無色氣體，在高壓電管中呈現白色和藍色光芒
概況
名稱·符號·序數氪（Krypton）·Kr·36
元素類別貴氣體
族·週期·區18·4·p
標準原子質量83.798(2)[1]
電子排布[Ar] 3d10 4s2 4p6
2, 8, 18, 8
氪的電子層（2, 8, 18, 8）
氪的電子層（2, 8, 18, 8）
歷史
發現威廉·拉姆齊 和 莫里斯·特拉弗斯（1898年）
分離威廉·拉姆齊 和 莫里斯·特拉弗斯（1898年）
物理性質
物態氣態
密度（0 °C, 101.325 kPa）
3.749 g/L
沸點時液體密度2.413[2] g·cm−3
熔點115.79 K，-157.36 °C，-251.25 °F
沸點119.93 K，-153.22 °C，-244.12 °F
三相點115.775 K（−157 °C），73.2 kPa
臨界點209.41 K，5.50 MPa
熔化熱1.64 kJ·mol−1
汽化熱9.08 kJ·mol−1
比熱容5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 59 65 74 84 99 120
原子性質
氧化態2, 1, 0
電負性3.00（鮑林標度）
電離能第一：1350.8 kJ·mol−1
第二：2350.4 kJ·mol−1
第三：3565 kJ·mol−1
共價半徑116±4 pm
范德華半徑202 pm
氪的原子譜線
雜項
晶體結構面心立方
磁序抗磁性[3]
熱導率9.43×10-3  W·m−1·K−1
聲速(氣態, 23 °C) 220, (液態) 1120 m·s−1
CAS編號7439-90-9
同位素
主條目：氪的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
78Kr 0.355% 9.2×1021 年[5] εε 2.848 78Se
80Kr 2.286% 穩定，帶44粒中子
81Kr 痕量 2.29×105 年 ε 0.281 81Br
81mKr 人造 13.10 秒 IT 0.191 81Kr
ε 0.472 81Br
82Kr 11.593% 穩定，帶46粒中子
83Kr 11.500% 穩定，帶47粒中子
84Kr 56.987% 穩定，帶48粒中子
85Kr 人造 10.728 年 β− 0.687 85Rb
86Kr 17.279% 穩定，帶50粒中子

正如其他貴氣體，氪可用於照明和攝影。氪發出的光有大量譜線，並大量以等離子體的形態釋出，這使氪成為製造高功率氣體激光器的重要材料，另外也有特製的氟化氪激光。氪放電管功率高、操作容易，因此在1960年至1983年間，一米的定義是用氪86發出的橙色譜線作為基準的[6]。

歷史

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氪的發現者拉姆齊

氪在1898年由蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊爵士和英格蘭化學家莫里斯·特拉弗斯發現，他們在液態空氣的幾乎所有成分都蒸發後留下的殘液中發現氪。以古希臘語 κρυπτός kryptós（「隱藏」）命名為氪。數周后，他們通過類似的方法發現了氖。[7]因為發現包括氪在內的多種貴氣體，拉姆齊在1904年獲得諾貝爾化學獎。

1960年，國際間協定以氪86發出的譜線波長長度（波長為605.78納米）定義一米的長度。在第11屆國際計量大會，一米被定義為「氪86原子的2P10和5d5能階之間躍遷所對應輻射在真空中波長的1650763.73倍」。[8]這個定義取代了原有的定義：一根存放在巴黎的鉑銥合金棒。但最後一次修改使用光在真空中的速度來定義一公尺，1983年10月，國際計量局把一公尺的定義為光在真空中在1/299,792,458秒中走過的距離。[9][10][11]

特徵

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氪可通過數條較強的譜線（光譜特徵）辨認，其中最強的是綠色和黃色。[12]鈾經過核裂變後會釋出氪。[13]固態的氪呈白色，晶體呈面心立方結構，這個結構是所有貴氣體共有的。

同位素

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天然出現的氪有6個穩定的同位素，另外還有約30個已知的不穩定同位素和同質異能素。[14]氪81半衰期為230,000年，是大氣反應的產物，可以與其他天然氪同位素一同製備。氪在接近地表水時極易揮發，但氪81可用於鑑定地下水的年代（可推算5萬至80萬年前）。[15]

氪-85是非活性的、放射性的貴氣體，半衰期為10.76年，會由鈾和鈈的裂變釋出，例如核武器爆炸和核反應堆都會釋出氪85，在回收核反應堆的燃料棒時都會釋出。因為大多核反應堆都位於北半球，北極的氪85濃度比南極的高約30%。[16]

化學

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氪正如其他貴氣體一樣，不易與其他物質產生化學作用。但1962年首次合成出氙的化合物後，二氟化氪（KrF
2）也在1963年成功合成。[17]同年，格羅澤等人宣佈合成出四氟化氪（KrF
4），[18]但後來證實為鑑定錯誤。[19]另外有未經證實的報告指出發現氪含氧酸的鋇鹽。[20]已有研究發現多原子離子ArKr+和KrH+，也有KrXe或KrXe+存在的證據。[21]

與氟以外原子成鏈的氪化合物已有發現，KrF
2和B(OTeF
5)
3反應會得出不穩定的Kr(OTeF
5)
2，該化合物中氪與氧成鏈；KrF
2和[HC≡NH]+
[AsF−
6]在−50 °C反應則會得出存在氪氮鏈的正離子[HC≡N–Kr–F]+
。[22][23]根據報告，HKrCN和HKrC≡CH在40K以下是穩定的。[17]

天然存在

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地球形成初期時存在的貴氣體至今仍然存在，氦是個例外，因為氦原子非常輕，移動速度也足以逃逸出地球的重力。大氣中現存的氦原子是由地球上釷和鈾的裂變產生的。氪在大氣中的濃度為1ppm，可經由分餾從液態空氣中分離。[24]太空中的氪含量不詳，流星活動和太陽風暴形成的氪含量也同樣未知。[25]

用途

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氪放電管

氪的多條譜線使離子化的氪氣放電管呈白色，注入氪氣的電燈泡是很光亮的白色光源，因此常用作攝影的閃光燈。氪氣與其他氣體混合可用於發光告示牌，會發出光亮的黃綠色光。[26]

氪與氬混合物可注入省電的熒光燈，這可以減少能量的消耗，但同時也減少了光度，也增加了成本。[27]氪比氬昂貴100倍。氪和氙也會注入白熾燈，以減少燈絲的蒸發，讓燈絲可以在更高的運行溫度中操作。[28]

氪的白光在有顏色的氣體放電管中有很好的效果，這些放電管表面塗上塗料就可以得到顏色的效果。此外，氪在紅色譜線區中的光能密度比氖要高得多，因此高功率激光秀使用的紅色激光器多使用氪。如果使用一般的氦或氖，則很難達到所需的輸出。[29]氟化氪激光在核聚變能源研究領域上有重要用途，這種激光束均勻度高、波長短，可以通過改變光斑大小追蹤內爆的靶丸。[30]

在實驗粒子物理學，液態氪可用作製造電磁熱量計。其中著名的例子為歐洲核子研究中心的NA48實驗中的熱量計，當中使用了27噸的液態氪。這種用途比較罕見，因為使用液態氬的熱量計比較便宜，也通常使用。相對於氬，氪的好處是莫里哀半徑較短，只有4.7 cm，因此空間解像度較好，重疊較少。

氪83在磁共振成像中有應用，特別可用於分辨憎水和親水的表面。[31]在X射線計算機斷層成像中，使用氪和氙的混合物比單獨使用氙的效果好。[32]

安全

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氪無毒，但有窒息性。[33]氪的麻醉性比空氣強7倍，吸入含有50%氪和50%空氣的氣體所引致的麻醉相當於在4倍大氣壓力之下吸入空氣，也相當於在30米水深潛水。

參考資料

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  1. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英語）. 
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  3. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2012-01-12., in Lide, D. R. (編). CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th. Boca Raton (FL): CRC Press. 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
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外部連結

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