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36. Krypton (Kr): Das verborgene Edelgas · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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produzieren. Kennst du schon unsere anderen
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Podcasts reihen wie Wissensreise durch die Uhrzeit oder
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Wissensreise durch die Länder der Erde Thema heute.
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Krypton Kr, das verborgene Edelgas.
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Es gibt Elemente im Periodensystem, die Klingen, als
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kämen sie direkt aus einem Science Fiction Roman.
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Krypton ist eines davon. Wer diesen Namen hört, denkt
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vielleicht zunächst an den Heimatplaneten von Superman und
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tatsächlich hat DC Comics diesen Namen nicht zufällig gewählt.
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Doch das echte Krypton, das chemische Element mit dem Symbol
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Kr und der Ordnungszahl 36, ist mindestens genauso faszinierend
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wie sein fiktives Namensvetter. Es ist ein Gas, das uns
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buchstäblich umgibt, das wir täglich einatmen, ohne es je zu
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bemerken, und das in der modernen Wissenschaft und
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Technologie eine erstaunlich wichtige Rolle spielt.
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Heute reisen wir gemeinsam in die Welt dieses verborgenen
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Edelgases, in seine Geschichte, seine Physik, seine Chemie und
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in die überraschenden Orte, an denen wir es wiederfinden.
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Beginnen wir mit dem Namen selbst.
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Krypton stammt aus dem altgriechischen Kryptos,
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bedeutet verborgen oder versteckt, und dieser Name ist
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Programm der. Krypton war so gut versteckt,
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dass es die Wissenschaft Jahrtausendelang nicht einmal
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ahnte. Erst im ausgehenden 19
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Jahrhundert, als die Chemie und Physik begannen, die Luft selbst
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systematisch zu analysieren, trat dieses verborgene Element
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ins Licht, die Entdeckung von Krypton ist untrennbar mit 2
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britischen Wissenschaftlern verbunden, Sir William Ramsey
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und Morris Trevors. Das Jahr war 1898 eine Zeit des
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Aufbruchs in der Naturwissenschaft.
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Ramsey hatte bereits einige Jahre zuvor gemeinsam mit Lord
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Raylake das Argon entdeckt, ein anderes Edelgas, das ebenfalls
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jahrzehntelang unbemerkt in der Luft geschlummert hatte.
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Nun vermuteten Ramsey und sein junger Mitarbeiter trevers, dass
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es noch weitere solcher verborgenen Gase geben müsse.
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Sie hatten recht, ihre Methode war ebenso elegant wie
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aufwendig. Sie verflüssigten große Mengen
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atmosphärischer Luft und ließen diese dann kontrolliert
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verdampfen, da verschiedene Gase bei unterschiedlichen
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Temperaturen sieden, lassen sie sich so voneinander trennen, ein
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Verfahren, das man fraktionierte Destillation nennt, in dem
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Rückstand, der nach der Verdampfung von Sauerstoff,
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Stickstoff und Argon übrig blieb.
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Fanden sie zunächst Krypton und wenige Wochen später auch Neon
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und Xenon innerhalb eines einzigen Sommers hatten Ramsey
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und Trevors damit gleich 3 neue Elemente entdeckt.
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Ein wissenschaftlicher Triumph, der seinesgleichen sucht.
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William Ramsey erhielt für seine Entdeckung der Edelgase im Jahr
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1904 den Nobelpreis für Chemie, doch was genau macht Krypton
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aus? Schauen wir uns das Element
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genauer an. Krypton ist ein Farb Geruch und
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geschmackloses Gas, das unter normalen Bedingungen, also bei
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Raumtemperatur und atmosphärischem Druck gasförmig
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vorliegt. Es gehört zur Gruppe 18 des
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Periodensystems, der Gruppe der Edelgase, zu der auch Helium,
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Neon, Argon, Xenon und Radon zählen.
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Diese Gruppe wird manchmal auch als die Aristokraten des
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Periodensystems bezeichnet, weil ihre Mitglieder so wenig Neigung
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zeigen, chemische Verbindungen einzugehen.
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Sie sind, chemisch gesprochen, äußerst zurückhaltend, der Grund
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für diese Zurückhaltung liegt in der Elektronenkonfiguration
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Krypton hat 36 Elektronen, die sich auf verschiedene Schalen
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verteilen, die äußerste Schale, die sogenannte Valenzschale.
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Ist vollständig gefüllt mit 8 Elektronen.
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Diese Vollständigkeit bedeutet, dass Krypton keine Elektronen
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aufnehmen oder abgeben muss, um einen stabilen Zustand zu
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erreichen. Es ist bereits stabil, diese
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abgeschlossene Elektronenhülle macht Edelgase zu den
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reaktionsträgsten Elementen überhaupt.
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Krypton hat eine Atommasse von rund 83,80 Atommasseneinheiten
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und ist damit deutlich schwerer als Luft, die im Durchschnitt
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eine Atommasse von etwa 29 Einheiten hat.
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Das bedeutet, dass Krypton in ruhiger Luft dazu neigt, sich
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nach unten abzusetzen. Sein Schmelzpunkt liegt bei
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-157,37 Grad Celsius, sein Siedepunkt bei -153,22 Grad
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Celsius. Also ist der Temperaturbereich,
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in dem Krypton flüssig ist, mit knapp 4 Grad ausgesprochen
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schmal. Bei noch tieferen Temperaturen
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erstarrt es zu einem weißen kristallinen Feststoff, in der
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Erdatmosphäre kommt Krypton nur in äußerst geringen Mengen vor.
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Es macht etwa 1,14 Parts per 1000000 des Luftvolumens aus,
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also rund 0,000114%. Das klingt verschwindend gering,
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ist aber immer noch genug, um Krypton durch industrielle
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Luftverflüssigung in nennenswerten Mengen zu
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gewinnen. Weltweit werden jährlich einige
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100 Tonnen Krypton produziert, hauptsächlich als Nebenprodukt
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der Sauerstoff und Stickstoffgewinnung.
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Krypton hat insgesamt 6 stabile Isotope, Isotope sind Varianten
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eines Elements, die sich in der Anzahl ihrer Neutronen im
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Atomkern unterscheiden. Die stabilen Isotope von Krypton
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haben massenzahlen von 7880, 82, 8384 und 86.
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Das häufigste davon ist Krypton 84, das rund 57% des natürlich
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vorkommenden Kryptons ausmacht. Daneben gibt es eine Reihe
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radioaktiver Isotope, von denen einige wissenschaftlich
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bedeutsam sind. Krypton 85 etwa entsteht als
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Spaltprodukt bei Kernreaktionen in Atomkraftwerken und
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Atombombenexplosionen. Es hat eine Halbwertszeit von
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rund 10,76 Jahren und emittiert betastrahler AO die
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Konzentration von Krypton 85 in der Atmosphäre ist seit dem
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ersten Kernwaffentest in den 1940er Jahren kontinuierlich
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gestiegen. Ein stiller Zeuge der
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Nukleargeschichte der Menschheit besonders bedeutsam in der
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Wissenschaftsgeschichte ist Krypton 86.
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Dieses Isotop spielte eine zentrale Rolle in der Geschichte
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des Meters bis 1960 war der Meter durch einen physischen
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Urmeterstab aus Platin Iridium definiert, der in Paris
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aufbewahrt wurde. 1960 beschloss die Generalkonferenz für Maß und
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Gewicht, den Meter auf einer natürlichen, unveränderlichen
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Grundlage zu definieren. Man legte fest, dass ein Meter
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exakt 1650700 RD 63,73 Wellenlängen der orange roten
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Spektrallinie des Krypton 86 Atoms entspricht, die beim
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Übergang zwischen 2 bestimmten Energieniveaus emittiert wird.
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Diese Definition galt bis 1983, als der Meter durch die
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Lichtgeschwindigkeit neu definiert wurde, aber für mehr
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als 2 Jahrzehnte war Krypton das Maß aller Dinge, im wahrsten
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Sinne des Wortes. Kommen wir zur Frage, die viele
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beim Namen Krypton stellen, ist dieses Gas wirklich so
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reaktionsträge wie behauptet? Die Antwort ist größtenteils ja,
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aber mit faszinanten Ausnahmen. Lange galt es als Axiomatisch,
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dass Edelgase überhaupt keine chemischen Verbindungen eingehen
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können, diese Ansicht wurde im Jahr 1962 erschüttert, als der
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kanadische Chemiker Neil Bartlett die erste echte
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Edelgasverbindung Synthetisierte, Xenon
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Hexafloroplatinat. Kurz darauf gelang es Forschern
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auch, Verbindungen von Krypton herzustellen.
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Die bekannteste und stabilste Kryptonverbindung ist
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Kryptondifluorid k rf r zweiten. Es entsteht, wenn man Kryptongas
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bei sehr tiefen Temperaturen und unter Einwirkung starker
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Strahlung oder elektrischer Entladungen mit Fluor reagieren
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lässt. Die.
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Fluor ist das Reaktivste aller Elemente und zwingt damit selbst
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das widerspenstige Krypton in eine Verbindung.
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KRF 2 ist jedoch äußerst instabil und zerfällt bei
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Raumtemperatur wieder in seine Bestandteile.
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Es ist gewissermaßen die Kurzzeitehe im Periodensystem,
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dennoch war seine Synthese ein wissenschaftlicher Meilenstein,
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der unser Verständnis der chemischen Bindung grundlegend
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veränderte. Weitere Kryptonverbindungen wie
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Kryptonfluoridkomplexe mit verschiedenen Fluoridakzeptoren
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sind ebenfalls bekannt, aber alle teilen das Merkmal der
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extremen Reaktivität und Instabilität unter normalen
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Bedingungen. Krypton bleibt damit eines der
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am schwersten zu bändigenden Elemente im Periodensystem, doch
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wozu nutzen wir Krypton in der Praxis?
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Die wohl bekannteste Anwendung findet sich im Bereich der
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Beleuchtung. Kryptonfüllungen werden in
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Glühbirnen verwendet, um die Lebensdauer des Glühfadens zu
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verlängern. Normales Argon, das häufigste
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Edelgas in der Glühbirne, transportiert Wolframatome, die
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vom heißen Glühfaden verdampfen, nur langsam zurück.
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Krypton ist schwerer und effizienter, darin verdampfte
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Wolfram Atome wieder auf den Faden zurückzuführen.
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Ein Prozess, der als Wolfram Kreislauf bekannt ist.
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Das Ergebnis sind hellere, länger haltbare Glühbirnen.
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Krypton Halogenlampen finden sich daher in Taschenlampen für
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den professionellen Einsatz in Filmkameras und in medizinischen
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Endoskopen. Eine weitere wichtige Anwendung
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liegt im Bereich der Laser. Der Krypton Fluorid Laser, kurz
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KRF Laser, ist ein sogenannter Ecksimer Laser.
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Er erzeugt Licht im ultravioletten Bereich, genauer
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bei einer Wellenlänge von 248 Nanometern.
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Diese Laser werden in der Halbleiterfertigung eingesetzt,
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wo sie zur Belichtung von Siliziumwafern bei der Chip
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Produktion dienen, eine Technologie, die direkt dafür
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verantwortlich ist, dass. Dass Computer und Smartphones
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immer leistungsfähiger und kleiner werden konnten, darüber
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hinaus wird der K RF Laser in der Refraktiven Augenchirurgie
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eingesetzt, beispielsweise bei lasik Operationen, bei denen die
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Hornhaut des Auges präzise umgeformt wird, um kurz oder
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Weitsichtigkeit zu korrigieren. Millionen von Menschen weltweit
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verdanken ihr klares Sehen. Ohne Brille oder Kontaktlinsen,
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unter anderem dem verborgenen Edelgas Krypton im Bereich der
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Fenster und Isoliertechnologie spielt Krypton ebenfalls eine
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wachsende Rolle. Mehrfachverglasungen, also
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Fenster mit 2 oder 3 Glasscheiben, werden im
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Scheibenzwischenraum mit einem Gas gefüllt, um die Wärmedämmung
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zu verbessern. Lange war Argon das Standardgas
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dafür. Krypton ist zwar teurer in der
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Herstellung, aber als schwer schwereres und weniger gut
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wärmeleitendes Gas noch effizienter in hochwertigen
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Passivhäusern und energieeffizienten Gebäuden
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werden Kryptonfenster daher zunehmend eingesetzt, angesichts
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steigender Energiepreise und des Drucks zur Reduktion von Co 2
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Emissionen gewinnt diese Anwendung an Bedeutung.
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Krypton hat auch eine wichtige Rolle in der Raumfahrt
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Ionentriebwerke, die für tiefe Raumfahrtmissionen entwickelt
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werden, benötigen ein Treibmittel, das ionisiert und
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beschleunigt werden kann. Lange war Xenon das bevorzugte
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Treibmittel, da es leicht zu ionisieren ist.
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Krypton ist leichter und daher für bestimmte Missionen
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attraktiver, weil weniger Masse transportiert werden muss.
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Space X hat für seine starlink Satelliten auf Krypton als
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Treibmittel für die Ionentriebwerke gesetzt.
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Eine Entscheidung, die erhebliche Mengen an Krypton
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benötigt und die globale Nachfrage nach diesem Edelgas
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deutlich erhöht hat. Tausende von starlink Satelliten
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umkreisen die Erde und viele davon fliegen buchstäblich auf
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dem verborgenen Edelgas. In der Kernforschung und bei der
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nuklearen Überwachung spielt Krypton eine spezielle Rolle, da
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radioaktives Krypton 85 bei Kernspaltungsprozessen entsteht
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und sich in der Atmosphäre verteilt, lässt sich durch
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Messung seiner Konzentration auf geheime Atomprogramme schließen.
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Geheimdienste und internationale Überwachungsorganisationen wie
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die IAEO nutzen atmosphärische Kryptonmessungen.
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Um nukleare Aktivitäten weltweit zu überwachen.
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Das verborgene Gas hilft also dabei, die verborgenen
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Aktivitäten von Staaten zu enttarnen, die gegen den
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Atomwaffensperrvertrag verstoßen.
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In der Medizin gibt es interessante Entwicklungen rund
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um Krypton. Radioaktive Krypton Isotope,
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insbesondere Krypton, 81 Bitm mit seiner sehr kurzen
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Halbwertszeit von 13 Sekunden werden in der Nuklearmedizin zur
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Lungenventilationszintigraphie eingesetzt.
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Bei diesem diagnostischen Verfahren atmen Patientinnen und
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Patienten das radioaktive Gas ein und eine Gamma Kamera macht
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die Verteilung des Gases in der Lunge sichtbar.
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So lassen sich Belüftungsstörungen
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beispielsweise durch eine Lungenembolie präzise
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diagnostizieren. Die extrem kurze Halbwertszeit
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von Krypton 81 M ist dabei ein großer Vorteil, weil die
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Strahlungsbelastung für die Patientinnen und Patienten
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minimal bleibt. Krypton fasziniert auch
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Physikerinnen und Physiker, die an der Grenze des Wissens
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forschen. Im Bereich der Quantenoptik und
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der Atomphysik dienen Kryptonatome als präzise
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Werkzeuge. Die Spektroskopie von Krypton,
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also die Analyse der Lichtwellenlängen, die
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Kryptonatome beim Übergang zwischen Energieniveaus
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emittieren oder absorbieren. Liefert hochpräzise Daten, die
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zur Überprüfung fundamentaler physikalischer Theorien genutzt
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werden. Jedes Element hat gewissermaßen
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seinen eigenen Fingerabdruck aus Spektrallinien und der von
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Krypton ist außerordentlich gut untersucht.
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Schauen wir nun noch einmal auf die Zahlen und Fakten, die
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Krypton so besonders machen. Die Dichte von Krypton beträgt
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bei Normalbedingungen 3,749 Gramm pro Liter, das ist etwa
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dreimal so dicht wie Luft. Diese hohe Dichte macht es
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schwierig, Krypton einzuatmen in einem mit Krypton gefüllten Raum
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würde es sich am Boden sammeln und den Sauerstoff verdrängen,
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obwohl Krypton selbst nicht giftig ist, kann es in hohen
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Konzentrationen durch Sauerstoffmangel gefährlich
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werden, die. Wie alle schweren Edelgase ist
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es in diesem Sinne ein Erstickungsgas nicht weil es
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toxisch ist, sondern weil es den Sauerstoff verdrängt.
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Die Wärmeleitfähigkeit von Krypton ist äußerst gering, bei
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Raumtemperatur beträgt sie nur etwa 0,00943 Watt pro Meter und
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Kelvin. Zum Vergleich Luft hat eine
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Wärmeleitfähigkeit von rund 0,026 Watt pro Meter und Kelvin.
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Krypton leitet also Wärme noch schlechter als Luft.
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Deshalb ist es als Füllung für Isolierfenster so wertvoll.
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Die Ionisierungsenergie von Krypton ist mit 13,99
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Elektronenvolt die höchste aller Elemente der vierten
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Hauptperiode das bedeutet, dass es vergleichsweise viel Energie
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braucht, um einem Kryptonatom ein Elektron zu entreißen.
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Ein weiterer Beleg für die chemische Stabilität dieses
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Elements. Interessant ist auch ein Blick
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auf die Bildung von Krypton im Universum, wie die meisten
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Elemente jenseits des Eisens entstand Krypton nicht in
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gewöhnlichen Sternen, sondern in den extremen Umgebungen von
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Neutronen, Sternverschmelzungen und bestimmten Typen von
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Supernovae. Beim sogenannten R Prozess Rapid
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Neutron Capture Process, also dem schnellen
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Neutroneneinfangprozess, werden in Sekundenbruchteilen schwere
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Atomkerne gebildet, indem Neutronenstrahlen auf leichtere
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Kerne treffen und diese aufbauen.
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Krypton ist ein Produkt dieser kosmischen Schmelzöfen und die
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Kryptonatome, die heute unsere Atmosphäre durchströmen, Reisen
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seit Milliarden von Jahren durch den Kosmos, bevor sie Teil
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unserer Erde wurden. Apropos Erde.
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Die Analyse von Kryptonisotopen in irdischen Gesteinen und in
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extraterrestrischem Material liefert Wissenschaftlerinnen und
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Wissenschaftlern wertvolle Informationen über die
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Entstehung und Geschichte des Sonnensystems, das Verhältnis
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verschiedener Kryptonisotope zueinander variiert leicht je
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nach Entstehungsgeschichte des Materials und dient damit als
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eine Art kosmischer Uhr. In Meteoriten Eingeschlossenes
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Krypton erzählt von nuklearen Prozessen in Sternen, die lange
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vor der Entstehung unserer Sonne existierten.
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Auch in den Ozeanen spielt Krypton eine Rolle, wenngleich
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eine dezente wie alle Gase löst sich Krypton in Wasser und die
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Konzentration des gelösten Kryptons gibt Aufschluss über
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die Temperatur des Wassers zum Zeitpunkt des Gasaustauschs mit
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der Atmosphäre. Paleo Klimaforscher und
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Forscherinnen nutzen Krypton neben anderen Edelgasen als
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natürliches Thermometer, um die Temperaturen vergangener
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Zeitalter zu rekonstruieren. In Eisbohrkernen aus der
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Antarktis, in denen uralte Luftblasen eingeschlossen sind,
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lässt sich das Krypton Signal über 100 Tausende von Jahren
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zurückverfolgen. Es ist bemerkenswert, dass.
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Wie viele Facetten ein einziges Element haben, kann das in der
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Luft kaum wahrnehmbar und mit bloßem Auge nie sichtbar ist.
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Krypton. Ist gleichzeitig ein Werkzeug
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der Messtechnik ein Treibmittel für Satelliten, ein Hilfsmittel
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in der Augenchirurgie, ein Werkstoff für energieeffiziente
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Gebäude, ein Zeuge nuklearer Geschichte und ein Bote aus den
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Tiefen des Universums? Es ist still, zurückhaltend und
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in seiner Chemie äußerst konservativ und gerade deshalb
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so vielseitig und wertvoll. Das verborgene Edelgas erinnert
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uns auf seine ganz eigene Art daran, wieviel Schönheit und
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Nützlichkeit in den unsichtbaren Dingen steckt, in den Gasen, die
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uns umgeben, in den Elementen, die die Luft ausmachen, die wir
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atmen, und in den kosmischen Geschichten, die in jedem Atom
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unserer Welt eingeschrieben sind.
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Krypton trägt seinen Namen zurecht.
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Es ist verborgen und doch, wenn man genauer hinsieht, überall
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gegenwärtig, und darin liegt vielleicht eine tiefere Lektion.
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Unsere Erde selbst ist voller verborgener Schätze und
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unsichtbarer Zusammenhänge, die Luft, die wir atmen, die
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Materie, aus der unsere Welt besteht, die Ökosysteme, die uns
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ernähren und schützen, all das ist.
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Funktioniert nach Regeln die Wissenschaftlerinnen und
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Wissenschaftler über Jahrhunderte mühevoll
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entschlüsselt haben. Diese Erkenntnisse zu bewahren,
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zu pflegen und zu verteidigen, ist keine
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Selbstverständlichkeit, es braucht Gesellschaften, die
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offen sind für Vernunft und Wissenschaft, die ihre
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natürlichen Lebensgrundlagen schützen und die Spielräume
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erhalten, in denen freies Denken und Forschen möglich ist.
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Die Erde mit all ihren Elementen, ihren Ökosystemen und
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ihrer einzigartigen Atmosphäre ist nicht ersetzbar und das
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Fundament, auf dem wir sie schützen können, sind offene
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demokratische Gemeinschaften, die das gemeinsame wohl über
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kurzfristige Interessen stellen. Danke, dass du heute dabei
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warst, auf unserer Wissensreise durch das Periodensystem der
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Elemente. Wenn dir diese Folge gefallen
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hat, Teile sie gerne und hinterlasse uns eine Bewertung.
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Das hilft uns sehr, diesen Podcast weiterzuführen und neue
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Folgen zu produzieren, bis zum nächsten Mal.