一米有多长?按“氪”算

看过DC漫画的应该知道,拥有飞行、超级力量、冷冻呼吸、X视觉等数十种超能力的超人最大的弱点就是——氪石

氪石(Kryptonite)是超人故事里的虚构物质,虽叫氪石其实却与现实世界里的氪元素(Krypton)无关,是超人的家乡——氪星爆炸后的碎片,是超人和绝大多数氪星人的终极弱点

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超人的弱点——氪石

关于氪石,漫画中的描述五花八门, 而关于氪,显然不会出现这种情况

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超人漫画中各种各样的氪石


一米有多长?按氪算

我们知道,从1960年到1983年,氪在科学上发挥了重要作用,当时一米的长度被定义为氪-86发出的橙色红光波长的1650763.73倍,后来人们根据真空中的光速定义了这种测量仪,但氪仍然被用于科学研究

那么氪是如何被发现了并发挥作用的呢?

十九世纪之前,人类还完全不知道稀有气体的存在,1785年,英国化学家亨利·卡文迪什(Henry Cavenish)发现空气中含有少量的未知物质,且其活性低于氮气,直到十九世纪末,才开始慢慢了解这种物质

与此同时,英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耶(Joseph Norman Lockyer)在1868年发现了一种新元素

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洛克耶还被认为是有影响力的自然杂志的创始人和第一编辑

通过分析来自太阳的光线,他发现了一种未知的元素,并将其命名为氦,来自希腊语Helios(太阳),在超过四分之一个世纪的时间里,人们并不知道氦在地球上的存在

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元素氦

1894年,英国物理学家雷利勋爵(John William Strutt)和苏格兰化学家威廉·拉姆齐(William Ramsay)发现,从空气中提取的氮与从氨中提取的氮的密度不同

之后,他们很快发现大气中的氮与少量的未知物质混合在一起,通过使用镁吸收氮,他们能够从希腊语Argos(非活性)中分离出这种物质,他们将其命名为氩,因为它不与其他物质发生反应

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元素氩

1895年,拉姆齐(Ramsay)和他的助手莫里斯·威廉·特拉弗斯(Morris William Travers)发现,陨石加热后会释放出氩气和氦气,这是地球上首次检测到氦气

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超流态液氦

1898年,拉姆齐和特拉弗斯从冷却成液体的空气中获得了三种新元素,他们将这些元素命名为氪,源于希腊语Kyptos(隐藏);氖,源于希腊语Neos(新);氙,来源于希腊语Xenos(奇怪)

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稀有气体

1900年,德国化学家弗里德里希·多姆(Friedrich Dom)指出,放射性元素镭在衰变过程中释放出氦和另一种未知的放射性气体

1910年,拉姆齐和他的助手罗伯特·怀特劳·格雷测定了这种未知气体的密度,并将其命名为Niton,源于拉丁语Nitere(发光),因为它的放射性使其在冷却为液体时发光

Niton,后来改为氡(Radon),是最后被发现的惰性气体,1904年,拉姆齐因其对惰性气体的研究而被授予诺贝尔化学奖

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3分钟速看氪

氪是元素周期表上的第36号化学元素,属于稀有气体,其他稀有气体包括氦、氖、氩、氙和氡

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来复习下元素周期表

在正常情况(既常温常压)下,氪是一种无色、无味的气体,其密度约为空气的三倍,在极低的温度下,氪可能以液体或固体的形式存在,氪的沸点为-153.23°C,冰点仅略低于-157.37°C

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充满氪的放电管发出白色的光

天然氪是六种稳定同位素(同位素是具有相同质子数但具有不同中子数的原子)的混合物,氪-84有48个中子,是最常见的同位素,占天然氪的57%

氪的其他稳定同位素是氪-86(50个中子,17.3%);氪-82(46个中子,11.6%);氪-83(47个中子,11.5%);氪-80(44个中子,2.25%);氪-78(42个中子,0.35%)

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氪的同位素

氪也可以作为一种不稳定的放射性同位素存在,这些同位素是在核反应过程中产生的,目前已经产生了大约20种氪的放射性同位素

除了氪-85,所有这些同位素都非常不稳定,半衰期只有几个小时或更短(放射性物质的半衰期是该物质样品中一半原子经受放射性衰变所需的时间),氪-85的稳定性更高,半衰期为10.73年

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氪在荧光灯中与氩一起使用可以提高其亮度,也可以在白炽灯中与氮一起使用以延长其寿命

另外它也被用在用于高速摄影的闪光灯上,以在很短的时间内产生非常明亮的光,放射性氪-85还可以用来定位金属表面的小缺陷,因为它容易在这些缺陷中聚集,使其放射性被检测出来


氪气如何制备

空气首先通过过滤器去除灰尘等颗粒物,然后将干净的空气暴露在碱(一种强碱性物质)中,除去水和二氧化碳

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过滤后的空气在高压下被压缩

清洁干燥的空气在高压下被压缩,接着冷却的压缩空气穿过盘管,盘管绕过一个空腔,被压缩到比正常压力大约200倍的压力的一部分空气被允许进入腔室膨胀

重复压缩和膨胀的过程,直到空气被冷却到大约-196摄氏度,此时空气中的大多数气体转变为液体,但沸点很低的气体不会转化为液体,可以直接从其他气体中除去,这些气体就包括氦、氢和氖

之后对液体进行分馏,氩、氧和氮是最先转化为气体的物质,氪和氙具有较高的沸点,当空气的其他成分变成气体时,它们保持在液体状态

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分馏

液体氪和氙被吸附到硅胶或活性炭上,然后再对它们进行分馏,随着液体混合物慢慢升温,直到氪变成气体逸出


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