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氪氣(Krypton)是一種化學性質極不活潑的稀有氣體,化學式為Kr,原子序數36,分子量83.798,在大氣中含量極低,按體積計僅為1.14×10??(即1.1ppm)。1898年由英國科學家拉姆賽和特拉弗斯在液態空氣蒸發實驗中發現,其名稱源自希臘語“Kryptos”,意為“隱藏的”,象征其在自然界中的稀缺性。
一、理化性質
1. 物理性質
氪氣為無色、無臭、無味的惰性氣體,具有以下關鍵物理特性:
● 密度:氣態密度3.736 kg/m3(-152.9℃),液態密度2.155 kg/m3,約為空氣的2.89倍
● 熔點:-156.6℃,沸點:-153.3℃,臨界溫度-63.81℃,臨界壓力55×10?Pa
● 光學特性:透射率極高,能吸收X射線,真空放電時發出黃綠色輝光
● 熱學性質:熱導率低(0.00946 W/(m·K)),汽化熱108.47 kJ/kg,熔化熱19.57 kJ/kg
2. 化學性質
在常規條件下氪氣呈化學惰性,不與任何元素或化合物反應。但在極端條件下可形成不穩定化合物:
● 二氟化氪(KrF?):通過氪與氟的混合物在84K下放電或123K下電子束照射生成,0℃即迅速分解
● 四氟化氪(KrF?):低溫放電條件下產生的不穩定無色固體,常溫下極難穩定存在
二、生產制備
工業上主要通過空分法制備氪氣:
1. 從大型空分裝置低溫精餾提取富含氪氙的液氧餾分
2. 經催化燃燒去除碳氫化合物,吸附法脫除水分和二氧化碳
3. 進一步低溫精餾分離氪與氙,最終獲得純度≥99.999%的高純氪氣
此外,核反應堆裂變氣中的放射性同位素Kr-85也可通過氟里昂溶劑吸收法回收利用。
三、主要用途
1. 照明與電子工業
● 高效光源:氪氣燈泡比同功率氬燈發光率高30%,壽命延長50%,廣泛用于礦燈、飛機跑道指示燈和戰車夜視燈
● 特種燈具:利用高透射率特性制造的氪氣閃光燈,用于高速攝影和頻閃觀測器
● 電子器件:作為填充氣體用于計數放電管、電壓管和氣體繼電器,提升穩定性和壽命
2. 科研與計量
● 長度基準:Kr-86同位素在1960-1983年間作為國際長度基準,定義1米等于其橙紅色譜線波長的1,650,763.73倍
● 核物理研究:液氪用于粒子探測器氣泡室,高精度測量高能射線和宇宙輻射
● 材料檢測:放射性Kr-85用于密閉容器檢漏和材料厚度連續測定,精度可達微米級
3. 醫療與工業
● 醫學成像:穩定同位素用于腦血流量測量,放射性氪氣可作為顯跡劑
● 特種玻璃:參與中空玻璃制造,降低熱導率提升保溫性能;用于太陽能玻璃鍍膜,增強透光率
● 激光技術:作為氣體激光器工作介質,產生特定波長激光用于工業切割和醫療手術
四、安全與儲存
1. 危險性
● 物理危害:內裝高壓氣體(鋼瓶壓力可達55bar),遇熱膨脹可能爆炸,GHS分類為壓縮氣體
● 健康影響:高濃度時取代空氣中氧氣,引起缺氧窒息,無毒性但具單純窒息性
● 環境影響:非溫室氣體,對臭氧層無破壞作用,大氣中自然存在
2. 安全操作
● 儲存條件:陰涼通風庫房,庫溫≤30℃,氣瓶直立固定,實瓶空瓶分開存放
● 搬運要求:輕裝輕卸,防止鋼瓶撞擊,充裝速度≤8m3/h,充裝時間≥30min
● 應急處理:泄漏時迅速撤離至上風處,佩戴自給式呼吸器,通風驅散氣體
3. 包裝規格
● 大包裝:47L/50L鋼瓶,充裝量約10m3,配套CGA580銅閥
● 小包裝:2L/4L/8L鋼瓶,按客戶需求充裝,配QF-011閥門
● 純度等級:高純氪(99.9995%)、純氪(99.999%)和工業級(99.995%)
氪氣作為一種稀缺的戰略資源,在高科技領域具有不可替代的作用。隨著半導體、新能源和精密制造產業的發展,其應用前景將進一步拓展,同時也對高效回收技術和安全管理體系提出更高要求。

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