كريبتون

الكريبتون (من اليونانية القديمة : κρυπτός ، بالحروف اللاتينية :  kryptos ، وتعني " الخفي " ) هو عنصر كيميائي ، رمزه Kr وعدده الذري 36. وهو غاز نبيل عديم اللون والرائحة، يوجد بكميات ضئيلة في الغلاف الجوي ، ويُستخدم غالبًا مع غازات نادرة أخرى في المصابيح الفلورية . الكريبتون خامل كيميائيًا .

يُستخدم الكريبتون، كغيره من الغازات النبيلة، في الإضاءة والتصوير . يتميز ضوء الكريبتون بتعدد خطوطه الطيفية ، كما أن بلازما الكريبتون مفيدة في ليزرات الغاز عالية الطاقة ( ليزر أيون الكريبتون وليزر الإكسيمر )، حيث يُضخّم كل منها خطًا طيفيًا واحدًا. ويُعدّ فلوريد الكريبتون أيضًا وسطًا ليزريًا فعالًا . في الفترة من عام 1960 إلى عام 1983، استند التعريف الرسمي للمتر إلى طول موجة أحد خطوط طيف الكريبتون-86، نظرًا لقوة أنابيب تفريغ الكريبتون العالية وسهولة تشغيلها نسبيًا .

اكتُشف غاز الكريبتون في بريطانيا عام 1898 على يد الكيميائي الاسكتلندي ويليام رامزي والكيميائي الإنجليزي موريس ترافرز ، في بقايا تبخير جميع مكونات الهواء السائل تقريبًا . وبعد أسابيع قليلة، اكتُشف غاز النيون بطريقة مماثلة على يد نفس الباحثين. ^{[ 13 ]} حصل ويليام رامزي على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1904 لاكتشافه سلسلة من الغازات النبيلة ، بما في ذلك الكريبتون. ^{[ 14 ]}

في عام 1960، عرّف المكتب الدولي للأوزان والمقاييس المتر بأنه 1,650,763.73 طول موجة ضوئية منبعثة في الفراغ، تُقابل الانتقال بين مستويي 2p ₁₀ و 5d ₅ في نظير الكريبتون-86. ^{[ 15 ] [ 16 ]} حلّ هذا الاتفاق محل النموذج الأولي الدولي للمتر لعام 1889 ، والذي كان عبارة عن قضيب معدني موجود في سيفر . كما جعل هذا التعريف تعريف الأنجستروم لعام 1927، القائم على خط طيف الكادميوم الأحمر ، غير صالح للاستخدام، ^{[ 17 ]} واستبدله بتعريف 1  أنجستروم = 10⁻¹⁰ ^متر  . استمر استخدام تعريف الكريبتون-86 حتى مؤتمر أكتوبر 1983، الذي أعاد تعريف المتر بأنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال 1/299,792,458  ثانية. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

يتميز الكريبتون بعدة خطوط انبعاث حادة ( بصمات طيفية )، وأقواها اللونان الأخضر والأصفر. ^{[ 21 ]} الكريبتون أحد نواتج انشطار اليورانيوم . ^{[ 22 ]} الكريبتون الصلب أبيض اللون وله بنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه ، وهي خاصية مشتركة بين جميع الغازات النبيلة (باستثناء الهيليوم ، الذي له بنية بلورية سداسية متراصة). ^{[ 23 ]}

كيمياء

مثل الغازات النبيلة الأخرى، يُعد الكريبتون خاملًا كيميائيًا للغاية. ويُشابه التفاعل الكيميائي المحدود للكريبتون في حالة الأكسدة +2 تفاعل عنصر البروم المجاور في حالة الأكسدة +1؛ فبسبب انكماش مجموعة السكانديد، يصعب أكسدة عناصر المجموعة 4p إلى حالات الأكسدة الخاصة بها. وحتى ستينيات القرن العشرين، لم يتم تخليق أي مركبات للغازات النبيلة. ^{[ 28 ]}

بعد أول عملية تخليق ناجحة لمركبات الزينون في عام 1962، تم تخليق ثنائي فلوريد الكريبتون ( KrF₂ ) تم الإبلاغ عنه في عام 1963. وفي العام نفسه،KrFأُبلغ عن _{الرقم 4} من قِبل غروس وآخرون ^{[ 29 ]} ،ولكن تبيّن لاحقًا أنه تعريف خاطئ. ^{[ 30 ]} في ظل ظروف قاسية، يتفاعل الكريبتون مع الفلور لتكوين KrF₂_وفقًاللمعادلة التالية:

Kr + F ₂ → KrF ₂

يمتص غاز الكريبتون في ليزر فلوريد الكريبتون الطاقة من مصدر، مما يؤدي إلى تفاعل الكريبتون مع غاز الفلور، مما ينتج عنه مركب إكسيبلكس فلوريد الكريبتون، وهو مركب مؤقت في حالة طاقة مثارة: ^{[ 31 ]}

2Kr + F ₂ → 2KrF

يمكن أن يخضع المركب لانبعاث تلقائي أو محفز، مما يقلل من مستوى طاقته إلى حالة أرضية شبه مستقرة، ولكنها شديدة التنافر . ويتفكك المركب في الحالة الأرضية بسرعة إلى ذرات غير مرتبطة.

2KrF → 2Kr + F ₂

والنتيجة هي ليزر إكسيبلكس يشع طاقة عند 248  نانومتر، بالقرب من الجزء فوق البنفسجي من الطيف ، وهو ما يتوافق مع فرق الطاقة بين الحالة الأرضية والحالة المثارة للمركب. ^{[ 32 ]}

تم اكتشاف مركبات تحتوي على الكريبتون المرتبط بذرات أخرى غير الفلور . كما توجد تقارير غير مؤكدة عن ملح الباريوم لحمض الكريبتون الأكسجيني . ^{[ 34 ]} وقد دُرست الأيونات متعددة الذرات ArKr ⁺ وKrH + ^، وهناك أدلة على وجود KrXe + أو KrXe ⁺ . ^{[ 35 ]}

تفاعل KrF₂ معB(OTeF₅ )ينتج المركب ₃ مركباً غير مستقر، Kr(OTeF₅ )₂ ، الذي يحتوي على رابطة كريبتون-أكسجينتوجد رابطةكريبتون-نيتروجينالكاتيون[HC≡N–Kr–F] ⁺، الناتج عن تفاعل KrF₂ مع [HC≡NH] ⁺[AsF ⁻ ₆ ] أقل من −50  درجة مئوية. ^{[ 36 ] [ 37 ]} وقد أفيد أن HKrCN وHKrC≡CH (هيدريد الكريبتون-سيانيد وهيدروكريبتوأسيتيلين) مستقران حتى 40 كلفن . ^{[ 28 ]}

يمكن تنمية بلورات هيدريد الكريبتون (Kr(H ₂ ) ₄  ) عند ضغوط تزيد عن 5 جيجا باسكال. ولها بنية مكعبة مركزية الوجوه حيث تحيط جزيئات الهيدروجين الموجهة عشوائياً بثمانيات أوجه الكريبتون. ^{[ 33 ]}

أيون الكريبتونيوم، KrH ⁺ ، هو أيون أونيوم يتكون من كريبتون مُبرتَن. يُعرف الكريبتونيوم في الحالة الغازية المخففة. ^{[ 38 ]} على الرغم من معرفة وجود أملاح أيون فلورو كريبتونيوم، KrF ^{+ ، إلا أن وجود أملاح الكريبتونيوم لم يُثبت بعد. [ 39 ]}

في عام 1989، قام بيرغمان ومور وبيمينتل وزملاؤهم بتحليل مركب الروديوم الأحادي ، Cp*Rh(CO) _₂ ( حيث Cp* = خماسي ميثيل سيكلوبنتادينيل )، ضوئيًا باستخدام ليزر زينون كلوريد نبضي (308 نانومتر) في سائل الكريبتون المضغوط كمذيب عند درجة حرارة تتراوح بين -80 و -120 درجة مئوية، ولاحظوا تكوّن Cp*Rh(CO)(Kr)، والذي تم التعرف عليه بواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء من خلال امتصاصه لرابطة الكربونيل المعدنية عند 1946 سم⁻¹ ^. تحلل هذا المركب بمعدل ثابت k = 5 × 10³ ^{ثانية⁻¹} عند -80 درجة ^{مئوية . أما} مركب الزينون المماثل، ذو الإشارة تحت الحمراء عند 1943 سم⁻¹ ^، فكان أكثر استقرارًا، ويمكن رصده عند -30 درجة مئوية في سائل الزينون المضغوط. يُعتقد أن نوع Cp*Rh(CO) شديد التفاعل وعابر، والذي يتشكل عند التحلل الضوئي، يرتبط أيضًا بروابط C–H في السيكلوهكسان والألكانات الأخرى (R–H) ويندمج فيها في ظل هذه الظروف، مما ينتج عنه معقدات سيجما الألكان Cp*Rh(CO)(R–H) ومعقدات ألكيل الروديوم(III) Cp*Rh(CO)(R)(H) عند الإضافة التأكسدية . ^{[ 40 ] [ 41 ]}

تُضفي خطوط الانبعاث المتعددة لغاز الكريبتون لونًا أبيضًا على تفريغات غاز الكريبتون المتأين، مما يجعل المصابيح التي تعمل بالكريبتون مفيدة في التصوير الفوتوغرافي كمصدر للضوء الأبيض. يُستخدم الكريبتون في بعض ومضات الكاميرات للتصوير عالي السرعة . كما يُدمج غاز الكريبتون مع الزئبق لصنع لافتات مضيئة تتوهج بضوء أخضر مزرق ساطع. ^{[ 44 ]}

يُخلط الكريبتون مع الأرجون في مصابيح الفلورسنت الموفرة للطاقة، مما يقلل من استهلاك الطاقة، ولكنه يقلل أيضًا من شدة الإضاءة ويرفع التكلفة. ^{[ 45 ]} ويُكلف الكريبتون حوالي 100 ضعف تكلفة الأرجون. كما يُستخدم الكريبتون (إلى جانب الزينون) في ملء المصابيح المتوهجة لتقليل تبخر الفتيل والسماح بدرجات حرارة تشغيل أعلى . ^{[ 46 ]}

يُستخدم التفريغ الأبيض لغاز الكريبتون أحيانًا كتأثير فني في أنابيب تفريغ الغاز "النيون". ينتج الكريبتون طاقة ضوئية أعلى بكثير من النيون في منطقة الخط الطيفي الأحمر، ولهذا السبب، غالبًا ما تكون ليزرات الكريبتون المستخدمة في عروض الليزر عالية الطاقة مزودة بمرايا تنتقي الخط الطيفي الأحمر لتضخيم الليزر وانبعاثه، بدلًا من ليزرات الهيليوم-نيون الأكثر شيوعًا، والتي لا يمكنها تحقيق نفس القدرة الإنتاجية التي تصل إلى عدة واط. ^{[ 47 ]}

يُعدّ ليزر فلوريد الكريبتون ذا أهمية بالغة في أبحاث طاقة الاندماج النووي في تجارب الحصر. يتميز هذا الليزر بتجانس شعاعه العالي، وطول موجته القصير ، وإمكانية تغيير حجم البقعة لتتبع كريات منصهرة. ^{[ 48 ]}

في فيزياء الجسيمات التجريبية ، يُستخدم الكريبتون السائل لبناء مسعرات كهرومغناطيسية شبه متجانسة . ومن الأمثلة البارزة على ذلك مسعر تجربة NA48 في مركز سيرن، الذي يحتوي على حوالي 27 طنًا من الكريبتون السائل. يُعدّ هذا الاستخدام نادرًا، نظرًا لانخفاض تكلفة الأرجون السائل. وتكمن ميزة الكريبتون في صغر نصف قطر موليير (4.7  سم)، مما يوفر دقة مكانية ممتازة مع تداخل ضئيل. أما المعايير الأخرى ذات الصلة بقياس السعرات الحرارية فهي: طول الإشعاع (λ₀ ₎ = 4.7  سم، والكثافة 2.4  جم/ ^سم³ .

يُستخدم الكريبتون-83 في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لتصوير المسالك الهوائية. وعلى وجه الخصوص، فهو يمكّن أخصائي الأشعة من التمييز بين الأسطح الكارهة للماء والأسطح المحبة للماء التي تحتوي على المسالك الهوائية. ^{[ 49 ]}

على الرغم من إمكانية استخدام غاز الزينون في التصوير المقطعي المحوسب (CT) لتقييم التهوية الموضعية، إلا أن خصائصه التخديرية تحد من نسبته في غاز التنفس إلى 35%. ويُعدّ مزيج تنفسي مكون من 30% زينون و30% كريبتون فعالاً في التصوير المقطعي المحوسب بنسبة 40% زينون، مع تجنب الآثار غير المرغوب فيها لارتفاع الضغط الجزئي لغاز الزينون. ^{[ 50 ]} يُستخدم نظير الكريبتون-81m شبه المستقر في الطب النووي لإجراء فحوصات تهوية/تروية الرئة ، حيث يُستنشق ويُصوّر بكاميرا غاما . ^{[ 51 ]} استُخدم الكريبتون-85 في الغلاف الجوي للكشف عن منشآت سرية لإعادة معالجة الوقود النووي في كوريا الشمالية ^{[ 52 ]} وباكستان . ^{[ 53 ]} وقد اكتُشفت هذه المنشآت في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وكان يُعتقد أنها تُنتج البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة . الكريبتون-85 هو منتج انشطار متوسط ​​العمر ، وبالتالي يتسرب من الوقود المستهلك عند إزالة الغلاف. ^{[ 54 ]}

يُستخدم الكريبتون أحيانًا كغاز عازل بين ألواح النوافذ. ^{[ 55 ]} وتستخدم شركة سبيس إكس ستارلينك الكريبتون كوقود لنظام الدفع الكهربائي الخاص بها . ^{[ 56 ]}

يُعتبر الكريبتون غازًا خانقًا غير سام . ^{[ 57 ]} ولأنه محب للدهون ، يتمتع الكريبتون بتأثير تخديري قوي (على الرغم من أن آلية هذه الظاهرة لا تزال غير واضحة تمامًا ، ^{[ 58 ]} إلا أن هناك أدلة قوية على وجود علاقة آلية بين هاتين الخاصيتين)، حيث تبلغ فعاليته التخديرية سبعة أضعاف فعالية الهواء، ويؤدي استنشاق جو مكون من 50% كريبتون و50% هواء طبيعي (كما قد يحدث في منطقة التسرب) إلى تخدير لدى البشر مشابه لاستنشاق الهواء بضغط يزيد أربعة أضعاف عن الضغط الجوي. وهذا يُشابه الغوص على عمق 30 مترًا (100 قدم) ، وقد يؤثر على أي شخص يستنشقه.  

• ويليام ب. كيرك "كريبتون 85: مراجعة للأدبيات وتحليل لمخاطر الإشعاع" ، وكالة حماية البيئة، مكتب البحوث والمراقبة، واشنطن (1972).

• كريبتون في الجدول الدوري للفيديوهات (جامعة نوتنغهام)
• ليزرات فلوريد الكريبتون ، قسم فيزياء البلازما، مختبر الأبحاث البحرية