クリプトン

クリプトン（古代ギリシア語: κρυπτός 、ローマ字表記:  kryptos「隠されたもの」に由来）は化学元素であり、記号はKr、原子番号は36です。無色無臭の希ガスで、大気中に微量存在し、蛍光灯では他の希ガスと混合して使用されることが多いです。クリプトンは化学的に不活性です。

クリプトンは、他の希ガスと同様に、照明や写真撮影に使用されます。クリプトン光には多くのスペクトル線があり、クリプトンプラズマは、それぞれが単一のスペクトル線を共鳴および増幅する、明るく高出力のガスレーザー（クリプトンイオンレーザーおよびエキシマレーザー）に有用です。フッ化クリプトンも有用なレーザー媒質となります。1960年から1983年まで、クリプトン放電管の高出力と比較的容易な操作性のため、メートルの公式定義はクリプトン86の1つのスペクトル線の波長に基づいていました。

クリプトンは1898年にイギリスで、スコットランドの化学者ウィリアム・ラムゼーとイギリスの化学者モリス・トラバースによって、液体空気のほぼすべての成分を蒸発させた後に残った残留物から発見された。ネオンは、同じ研究者によってわずか数週間後に同様の手順で発見された。^{[ 13 ]}ウィリアム・ラムゼーは、クリプトンを含む一連の希ガスの発見により、1904年のノーベル化学賞を受賞した。 ^{[ 14 ]}

1960年、国際度量衡局は、メートルをクリプトン86同位体の2p ₁₀準位と5d ₅準位間の遷移に対応する真空中で放出される光の波長1,650,763.73倍と定義した。 ^{[ 15 ] [ 16 ]}この合意により、セーヴルにあった金属棒である1889年の国際メートル原器が廃止された。また、赤色カドミウムスペクトル線に基づく1927年のオングストロームの定義も廃止され、1 Å = 10⁻¹⁰ ^mに置き換えられた。クリプトン86の定義は^{、 1983年10月の会議まで有効であったが、この会議で}メートルは真空中で光が1/299,792,458秒間に進む距離として再定義された。^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}   

クリプトンは、いくつかの鋭い発光線（スペクトル特性）によって特徴づけられ、最も強いのは緑色と黄色である。^{[ 21 ]}クリプトンはウランの核分裂生成物の1つである。^{[ 22 ]}固体クリプトンは白色で、面心立方結晶構造を持ち、これはすべての希ガスに共通する性質である（六方最密充填結晶構造を持つヘリウムを除く）。 ^{[ 23 ]}

化学

他の希ガスと同様に、クリプトンは化学的に非常に反応性が低い。+2 の酸化状態におけるクリプトンのかなり限定された化学は、隣接する元素である +1 の酸化状態の臭素のそれと類似している。スカンジウム収縮のため、4p 元素をそのグループの酸化状態に酸化することは難しい。1960 年代まで、希ガス化合物は合成されていなかった。^{[ 28 ]}

1962年にキセノン化合物の最初の合成が成功した後、二フッ化クリプトン（KrF）の合成が行われた。₂ )は1963年に報告された。同年、KrF₄はGrosseらによって報告されたが^{[ 29 ]}、その後、誤った同定であることが判明した^{[ 30 ]} 。極限条件下では、クリプトンはフッ素と反応して、次の式に従って₂を生成する

Kr + F ₂ → KrF ₂

クリプトンフッ化物レーザー内のクリプトンガスは、光源からエネルギーを吸収し、クリプトンがフッ素ガスと反応して、励起エネルギー状態にある一時的な錯体であるエキシプレックスクリプトンフッ化物を生成します。 ^{[ 31 ]}

2Kr + F ₂ → 2KrF

この複合体は自発放出または誘導放出を起こし、エネルギー状態を準安定ではあるものの非常に反発力の強い基底状態に低下させる。基底状態の複合体は速やかに解離して結合していない原子となる。

2KrF → 2Kr + F ₂

その結果、スペクトルの紫外領域に近い248 nmのエネルギーを放射するエキシプレックスレーザーが得られ、これは錯体の基底状態と励起状態のエネルギー差に対応します。^{[ 32 ]} 

フッ素以外の原子に結合したクリプトンを含む化合物も発見されている。クリプトンオキソ酸のバリウム塩に関する未確認の報告もある。^{[ 34 ]} Ar Kr ⁺および Kr H ⁺多原子イオンが調査されており、Kr Xeまたは KrXe ⁺の存在が示唆されている。^{[ 35 ]}

KrFの反応₂ B(OTeF₅）_3は不安定な化合物Kr(OTeF₅）₂はクリプトン-酸素結合を含む。クリプトン-窒素カチオン[HC≡N–Kr–F] ⁺に見られるKrFの反応によって生成される₂ [HC≡NH] ⁺[AsF ⁻ ₆ ] −50 °C以下 。^{[ 36 ] [ 37 ]} HKrCNおよびHKrC≡CH（クリプトン水素化物-シアン化物およびヒドロクリプトアセチレン）は40 Kまで安定であることが報告されている。^{[ 28 ]}

クリプトン水素化物（Kr(H ₂ ) ₄）結晶は、5 GPa を超える圧力で成長させることができます 。クリプトン八面体がランダムな方向に配向した水素分子に囲まれた面心立方構造を持っています。^{[ 33 ]}

クリプトニウムイオン KrH ⁺は、プロトン化されたクリプトンからなるオニウムイオンです。クリプトニウムは希薄な気相で知られています。 ^{[ 38 ]}フルオロクリプトニウムイオン KrF ⁺の塩が存在することは知られていますが、クリプトニウム塩の存在は証明されていません。^{[ 39 ]}

1989年、Bergman、Moore、Pimentelらは、加圧液体Krを溶媒として−80～−120℃の温度でパルスXeClレーザー（308 nm）を用いてロジウム(I)錯体Cp*Rh(CO)2（Cp* = ペンタメチルシクロペンタジエニル）を光分解_し、赤外分光法により1946 cm⁻¹の金属-カルボニル伸縮振動で同定されたCp*Rh(CO)(Kr)の生成を観察した。この種^{は−80℃で}k = 5 × 10³ ^s⁻¹の速度定数で分解した。赤外信号が1943 ^cm⁻¹にある類似のXe錯体はより安定で、^{加圧液体Xe中で}−30℃で観察できた。光分解によって生成すると考えられる反応性の高い一時的な Cp*Rh(CO) 種は、これらの条件下でシクロヘキサンや他のアルカン (R–H) の C–H 結合に配位して挿入し、酸化付加によりアルカンσ 錯体Cp*Rh(CO)(R–H) およびロジウム (III) アルキル錯体 Cp*Rh(CO)(R)(H) を生成する。^{[ 40 ] [ 41 ]}

クリプトンの複数の発光線により、電離したクリプトンガスの放電は白っぽく見え、そのためクリプトンベースの電球は写真撮影における白色光源として有用である。クリプトンは、高速撮影用の一部の写真用フラッシュにも使用されている。クリプトンガスは水銀と組み合わされて、明るい緑がかった青色の光を発する発光看板も作られる。^{[ 44 ]}

エネルギー効率の高い蛍光灯では、クリプトンがアルゴンと混合され、消費電力は削減されるが、光出力も低下し、コストも上昇する。^{[ 45 ]}クリプトンの価格はアルゴンの約100倍である。クリプトン（キセノンとともに）は、白熱灯のフィラメント蒸発を抑制し、より高い動作温度を可能にするためにも使用される。^{[ 46 ]}

クリプトンの白色放電は、ガス放電「ネオン」管で芸術的な効果として使用されることがあります。クリプトンは赤色スペクトル線領域でネオンよりもはるかに高い光出力を生成するため、高出力レーザーライトショー用の赤色レーザーは、より一般的なヘリウムネオンレーザーではなく、レーザー増幅と発光のために赤色スペクトル線を選択するミラーを備えたクリプトンレーザーであることが多く、同じマルチワット出力を達成することはできません。^{[ 47 ]}

クリプトンフッ化物レーザーは、閉じ込め実験における核融合エネルギー研究において重要である。このレーザーはビーム均一性が高く、波長が短く、スポットサイズを変化させて爆縮するペレットを追跡することができる。^{[ 48 ]}

実験素粒子物理学では、液体クリプトンが準均質電磁カロリメーターの構築に使用されます。注目すべき例として、CERNのNA48実験のカロリメーターがあり、約27トンの液体クリプトンが含まれています。液体アルゴンの方が安価であるため、このような使用は稀です。クリプトンの利点は、モリエール半径が4.7cmと小さいため_、重なりが少なく優れた空間分解能が得られることです。カロリメトリーに関連するその他のパラメータは、放射長X₀ =4.7cm 、密度2.4g /cm³^です。   

クリプトン-83は、気道の画像化のための磁気共鳴画像法（MRI）に応用されています。特に、放射線科医が気道を含む疎水性表面と親水性表面を区別することを可能にします。^{[ 49 ]}

キセノンは局所換気を評価するためのコンピュータ断層撮影（CT）での使用の可能性を秘めているが、その麻酔特性により、呼吸ガス中の割合は35%に制限される。30%のキセノンと30%のクリプトンの混合ガスを呼吸すると、CTに対する有効性は40%のキセノンの割合と同等であり、キセノンガスの分圧が高いことによる望ましくない影響を回避できる。^{[ 50 ]}準安定同位体クリプトン-81mは、核医学で肺換気/灌流スキャンに使用され、吸入してガンマカメラで画像化される。^{[ 51 ]}大気中のクリプトン-85は、北朝鮮^{[ 52 ]}とパキスタン^{[ 53 ]}の秘密の核燃料再処理施設の検出に使用されてきた。これらの施設は2000年代初頭に検出され、兵器級プルトニウムを生産していると考えられていた。クリプトン85は中寿命の核分裂生成物であるため、被覆材が取り外されると使用済み燃料から放出される。 ^{[ 54 ]}

クリプトンは、窓ガラス間の断熱ガスとして時折使用される。^{[ 55 ]} SpaceX Starlinkは、電気推進システムの推進剤としてクリプトンを使用している。^{[ 56 ]}

クリプトンは無毒の窒息剤と考えられています。^{[ 57 ]}親油性であるため、クリプトンは顕著な麻酔効果を持ちます（この現象のメカニズムはまだ完全には解明されていませんが、^{[ 58 ]} 2つの特性がメカニズム的に関連しているという十分な証拠があります）。麻酔力は空気の7倍で、50%のクリプトンと50%の自然空気の雰囲気（漏洩した場所で起こりうる）を呼吸すると、大気圧の4倍の圧力で空気を呼吸した場合と同様の麻酔状態が人間に発生します。これは、 30メートル（100フィート）の深さでスキューバダイビングをすることに匹敵し、それを呼吸する人に影響を与える可能性があります。  

• ウィリアム・P・カーク著「クリプトン85：文献レビューと放射線ハザードの分析」、環境保護庁、研究監視局、ワシントン（1972年）

• クリプトンに関する動画（ノッティンガム大学提供）
• クリプトンフッ化物レーザー、プラズマ物理部門、海軍研究所