36, Krypton (Kr)

gr. kryptos = geheim, verborgen

Das Element Krypton:

         
  Cl Ar K  
  Br Kr Rb  
  I Xe Cs  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Krypton (Nukleosynthese): Krypton wird infolge von s-Prozessen in Roten Riesensternen, infolge r-Prozessen nach Supernova-Explosionen sowie durch Photodesintegration mit sechs stabilen bzw. sehr langlebigen Isotopen gebildet. Von 1000 Krypton-Atomen haben 570 eine Masse von 84 u, 173 Atome von 86 u, 116 Atome von 82 u, 115 Atome von 83 u, 23 Atome von 80 u und 3 Atome eine Masse von 78 u.

Die Krypton-Synthese:
78Kr-Synthese:
(γ-Prozess)

78Se + 2,85 MeV → 78Kr + 2β-

80Kr-Synthese:
(nur s-Prozess)

79Br + n → 80Kr + β- + 9,90 MeV

82Kr-Synthese:
(nur s-Prozess)

81Br + n → 82Kr + β- + 10,69 MeV

83Kr-Synthese:
(s- und r-Prozesse)

82Kr + n → 83Kr + 7,46 MeV

56Fe + 27n → 83Kr + 10β- + 237 MeV

84Kr-Synthese:
(s- und r-Prozesse)

83Kr + n → 84Kr + 10,52 MeV

56Fe + 28n → 84Kr + 10β- + 248 MeV

86Kr-Synthese:
(s- und r-Prozesse)

84Kr + 2n → 86Kr + 16,98 MeV

56Fe + 30n → 86Kr + 10β- + 265 MeV



Radioaktivität: Krypton-78 gehört zu den Kernen, die durch doppelten Elektroneneinfang währens immens langer Halbwertszeiten zerfallen können. Dadurch ergibt sich für 1 kg Krypton theoretisch eine Aktivität von 2,6 μBq, welche jedoch absolut bedeutungslos ist: 1 kg Kalium natürlicher Zusammensetzung hat eine um den Faktor 11,9 Milliarden höhere Aktivität - und Kalium ist im menschlichen Körper (75 kg) mit 135 g enthalten (entspricht immerhin einer Aktivität von rd. 4000 Becquerel).
Vorkommen von Krypton: Im Universum ist Krypton mit durchschnittlich 40 μg/kg am Aufbau der Materie beteiligt (Rang 30). AUf der Erde ist es aufgrund seiner Flüchtigkeit und Inertheit noch weiter abgereichert. So kommt es in der Atmosphäre mit 3,3 mg/kg in der bodennahen Luft vor (0,00033 Massen-%, bzw. 0,000114 Volumen-%).

Unter Normalbedingungen geht Krypton keinerlei chemische Verbindungen ein, weswegen es sich fast ausschließlich in der Atmosphäre findet.
Krypton-Gewinnung: Krypton wird gleich allen Edelgasen mit Ausnahme von Helium und Radon über das Linde-Verfahren (Luftverflüssigung) gewonnen. Dabei reichert sich Krypton zusammen mit dem Xenon in der spezifisch dichteren Sauerstoff-Fraktion bei der Trennung an. Dieser Fraktion, welche außerdem auch noch Kohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid, Stickoxide und Kohlenoxide enthalten kann, wird zunächst einer Behandlung mit Mikrowellen und einer katalytischen Verbrennung an Platin ausgesetzt. Dabei werden die fluorierten Verbindungen gecrackt, die Stickoxide gespalten und Kohlenwasserstoffe zu Wasser und Kohlendioxid verbrannt. Anschließend wird das Gasgemisch in Natronlauge gewaschen, wodurch Fluor, Fluorwasserstoff, Schwefeldioxid, Kohlendioxid abgetrennt werden können. In einer weiteren fraktionierenden Destillation, bei der das dann vorliegende Stickstoff-Sauerstoff-Krypton-Xenon-Gasgemisch auf -160°C heruntergekühlt wird, verflüssigen sich nur noch Krypton und Xenon, welche dann in einer abschließenden fraktionierenden Destillation noch voneinander getrennt werden können. Da dieses Verfahren recht aufwändig ist, sind Krypton und Xenon auch vergleichsweise teuere Gase.

Die Gewinnung von Krypton

Schema Linde-Verfahren.[1]

Schema Edelgas-Gewinnung.[1]

Schema: Krypton-Gewinnung[1]


Chemie von Krypton: Krypton hat die Elektronenkonfiguration [Ar] 4s2 3d10 4p6, und somit eine vollständig abgeschlossene 4. Schale. Die Bereitschaft, Elektronen an ein noch stärker elektronegatives Element abzugeben, ist dementsprechend gering. Von Krypton sind bisher auch nur Verbindungen mit Fluor bekannt, und zwar sowohl eine binäre Verbindung (Krypton(II)fluorid), als auch Komplexverbindungen:

Kryptondifluorid ist das einzige bisher bekannte, endotherm gebildete Fluorid. Dies bedeutet, dass Kryptondifluorid noch stärker oxidierend wirkt, als elementares Fluor. Es kann aus den Elementen bei den Temperaturen des flüssigen Stickstoffs durch elektrische Glimmentladung eines Krypton-Fluor-Gemisches gewonnen werden. Eine weitere Möglichkeit der Darstellung ist der Beschuss einer Krypton-Fluor-Mischung mit Protonen. Dadurch werden Krypton-Kationen gebildet, welche in der Lage sind, dem Fluor Elektronen zu entziehen, wodurch eine chemische Bindung zustande kommt. Oberhalb von -77°C zersetzt sich Kryptondifluorid wieder in die Elemente. Kryptondifluorid ist in der Lage, Gold zu Gold(V)fluorid zu fluorieren - mit elementarem Fluor gelingt es "nur" Gold(III)fluorid darzustellen!

Fluoridokryptonat-Komplexe. Kryptondifluorid ist ein Fluorid-Donator und eine Lewis-Base. So kann es mit oxidationsunempfindlichen Lewis-Säuren (die folglich ebenfalls Fluorido-Komplexe darstellen müssen, und zwar jeweils mit einem Zentralatom, welches das Element in seiner höchstmöglichen Oxidationsstufe darstellt) Salze mit den Kationen KrF+ und Kr2F3+ bilden. Bei ihnen handelt es sich um noch stärkere Oxidationsmittel als bei Kryptondifluorid selber. So kann aus [KrF][SbF6] und BrF5 [BrF6][SbF6] (mit dem Kation BrF6+, welches Br(VII) enthält) bzw. die analoge Chlorverbindung dargestellt werden.

Reaktionen von Krypton:

a) Darstellung von Kryptondifluorid mittels Protonenbeschuss:
Kr + 2p → Kr2+ + H2
Kr2+ + F2 → KrF2
Kr + F2 + 60,2 kJ/mol → KrF2

b) Darstellung von Fluoridokrypton-Verbindungen:
KrF2 + SbF5 → [KrF][SbF6]
7 KrF2 + 2 Au → 2 [KrF][AuF6] + 5 Kr

c) Darstellung von Hexafluoridobrom-Kationen:
[KrF][SbF6] + BrF5 → [BrF6][SbF6] + Kr↑

d) Reaktion von Kryptondifluorid mit Xenon:
3 KrF2 + Xe → XeF6 + 3 Kr↑



Verwendung von Krypton und seinen Verbindungen :
  • Glühbirnen werden vorzugsweise mit Krypton anstelle von Argon befüllt, da durch die höhere Dichte des Gases die Abdampfrate am Wolframglühdraht geringer, wodurch eine höhere Glühtemperatur erzielt werden kann. Je höher die Glühtemperatur eines Glühfadens ist, desto ähnlicher wird das emittierte Licht dem Tageslicht.

  • Leuchtstoffröhren können ebenfalls mit Krypton befüllt werden.

Verwendung von Krypton

Gasentladungsröhre[2]

Glühbirne[1]


Sonstiges: Die Definition des Meters war zwischen 1960 und 1983 auf die Wellenlänge der Strahlung bezogen, die ein Krypton-86-Atom emittiert, wenn ein Elektron vom (angeregten) d-Zustand in den (basalen) p-Zustand übergeht. Ein Meter ist demnach der 1.650.763,73fache Wert dieser Wellenlänge. (Seit 1983 ist der Meter über die Lichtgeschwindigkeit definiert.)



Wiederaufbereitungsanlage
La Hague
(Frankreich)[3]
Atomenergie und radioaktives Krypton. Das radioaktive Isotop Krypton-85 entsteht bei der Urankernspaltung zu etwa 0,3%: D.h. von 1000 Kernen, die durch Spaltung entstanden sind, sind 3 Kerne Krypton-85. Das Nuklid hat eine Halbwertszeit von 10,6 Jahren, und eine Aktivität von 14,5•109 Becquerel pro mg. Ein Kernkraftwerk produziert jedes Jahr etwa 1,1•1013 Becquerel dieses Isotops. Da Krypton ja chemisch nicht gebunden werden kann, reichert sich das Radionuklid in der Atmosphäre an. Das Nuklid entsteht zwar auch auf natürlichem Wege aus Krypton-84. Dessen Anteil in der Luft beträgt jedoch gerade einmal 0,4 Becquerel pro m3. 2012 waren 473 Atommeiler in Betrieb. Geht man davon aus, dass jeder dieser Meile im Durchschnitt 7,5•1012 Bq Krypton-85 emittierte, entspräche dies einem Jahreswert von rund 3,5•1015 Bq. In Bezug auf die erdnahen atmosphärischen Schichten (Troposphäre, durchschnittklich 12 km hoch, Volumen ~ 6,13•1018 m3) bedeutet dies eine jährliche Zunahme von rd. 5,3•10-4 Bq/m3 an Aktivität. In der Nähe von Wiederaufbereitungsanlagen ist der lokale Wert der Belastung stark erhöht, da hier durch die Aufbereitung der Brennstäbe das Krypton-85 in konzentrierter Form freigesetzt wird.

An dieser Stelle sei auf die Webseite von Greenpeace verwiesen: Greenpeace führt Messungen in der Abluft am Standort der französische Wiederaufbereitungsanlage La Hague durch, dokumentiert und veröffentlich diese.
Quellen: [1] Bildquelle: Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.

[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Pslawinski. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Morpheus2309. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.