クリプトンについての事実

スーパーマンの母星だけでなく、クリプトンは地球上で最も希少な気体のひとつで、大気中の体積にしてわずか100万分の1しかありません。 電子の完全な外殻を持ち、他の元素との反応にほとんど不活性である。 しかし、同じ希ガスであるネオンとは異なり、クリプトンはいくつかの化合物を作る。 トーマス・ジェファーソン国立線形加速器研究所によると、最も一般的なのは、無色の固体である二フッ化クリプトン(KrF2)である。 Chemicool によれば、二フッ化クリプトンは華氏マイナス 22 度(摂氏マイナス 30 度)以下でのみ安定です。

クリプトンは非常に珍しい(したがって高価)ので、用途が限られています。 産業用ガス製造装置と関連サービスのサプライヤーである Universal Industrial Gases Inc.によれば、クリプトンガスは白熱電球に注入され、電球を光らせるタングステン・フィラメントの寿命を延ばすからだそうです。 クリプトンは重い気体なので、二重窓のガラスの間に封入して熱を逃がさないようにすることもある。 しかし、この目的でも、Universal Industrial Gasesによれば、安価なため、通常は希ガスのアルゴンが使用されるとのことだ。

Just the facts

The hidden gas

クリプトンの発見は部分的には偶然であった。 スコットランドの化学者ウィリアム・ラムジーとイギリスの化学者モリス・トラバースは、アルゴンを蒸発させ、周期律表のアルゴンとヘリウムの間のギャップを埋める軽い化学元素を見つけようと、空気中のアルゴンを抽出していました。 どうせ何か見つかるだろうと思って、サンプル中のガスの光のスペクトルを分析したところ、未知のもの、つまり全く新しい元素を発見したのです。 この新元素は、アルゴンより軽いのではなく、もっと重かったのだ。

クリプトンの電子配置と元素の性質。 (Image credit: Greg Robson/Creative Commons, Andrei Marincas )

Who knew?

  • 低圧下で電流にさらされると、クリプトン ガスはネオンのように光ります – しかし赤オレンジではなく、クリプトン は煙のように白く光るとジェファーソン研究所は発表しています。
  • メートル (3.3 フィート) は、かつて公式に、クリプトンの最も重い安定同位体であるクリプトン-86 の波長で定義されていました。 (今日では、真空中で光が1秒間に進む距離で定義されています)。 王立化学会によれば、クリプトン-86のオレンジと赤の波長150万回強が1メートルに相当します。
  • さて、スーパーマンの話をしましょう。 スーパーヒーローの故郷は1938年に初めて言及されました。 当初、スーパーマンのコミックでは、破壊された惑星クリプトンの住民全員が超強力な力を持っているとされていましたが、1950年代には、ストーリーが変化しています。 クリプトン星ではスーパーマンは平凡な男だったが、地球の軽い重力と黄色い太陽によってスーパーマンは超能力を持つようになったのだ。
  • クリプトン星とスーパーマンの撃退薬として有名なクリプトナイトを混同しないように。 クリプトナイトは、赤、緑、黒と様々な色をした放射性固体として記述されています。 クリプトンは、既知の通り、無色、無臭、無味の気体である。
  • クリプトンの発見者(ラムジーとトラバース)は、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオンも発見しています。 ラムジーはこれらの発見で1904年にノーベル化学賞を受賞した。

現在の研究

ピュー! ピュー! という音はしませんが、クリプトン・フッ素レーザーは強力な科学的ツールであり、少なくとも1つのギネス世界記録達成に貢献しています。 ケミクールによると、このレーザーは、米国の電力網全体の500倍のエネルギーパルスをわずか10億分の4秒の間に発生させることができるそうです。 2014年7月、米国海軍研究所の研究者たちは、強力なクリプトン・フッ素レーザーを使ってプラスチック箔を1ミリ以下の距離で秒速1000キロメートル(時速220万マイル以上)に加速し、ギネスブック入りを祝った。 この実験は2009年に行われ、その後、レーザー駆動の速度は1,180km/秒まで引き上げられた。 その目的は、世界記録を達成すること以外に、核融合の研究を進めることです。

クリプトンには、他にも科学的な超大国があります。 オレゴン州立大学の地質学および地球物理学の博士研究員であるChristo Buizert氏は、クリプトンの放射性同位体(原子核に含まれる中性子の数が異なる原子)は、宇宙からの宇宙線が大気中のクリプトン原子に当たると自然に生成されると述べています。 これらの放射性同位体は不安定で、時間とともに崩壊します。

この時間的崩壊は、半減期が約5000年の放射性元素である炭素14と同様に、原子「時計」を作り出します。 炭素14は、数万年前の有機物の年代測定には最適ですが、地球の多くの元素ははるかに古いと、Buizert氏は言います。

同氏らは、半減期23万年のクリプトン同位体、クリプトン-81を用いて、南極の氷床コアを12万年前まで遡って年代測定しました。 (氷の中の気泡が、雪が降ったときの大気中のガスを閉じ込めるのだ、とブイザート氏はLive Scienceに語った。 クリプトン81のレベルを測定し、現在の大気と比較することによって、研究者は、氷の年齢を決定するために、同位体の既知の崩壊速度を使用することができます。

「クリプトン81が大気中のものと同じであれば、氷は若くて非常に新しいと言えます」と、ブイツア氏は述べました。 「もしそれが古ければ、サンプル中のクリプトン-81は少なくなっています」

クリプトン-81測定技術は、わずか10年ほど前のものであるとBuizert氏は言います。 クリプトン-81 (およびクリプトン一般) は大気中では非常に稀であるため、このガスを年代測定に使用するには、220ポンド (約134kg) もの大量の材料が必要です。 (研究者たちが2014年4月に『Proceedings of the National Academy of Sciences』誌に発表した南極の氷の年代測定研究の場合、100キログラムの氷が必要である。 実際に氷のサンプリングが行われたのは、論文が発表されるわずか2年前だとブイザート氏は言う。 それ以来、技術は大きく進歩し、わずか44ポンド(約13.5kg)で済むようになりました。 (20kg)の氷があれば、同じ研究ができます。 研究者たちは現在、南極大陸でさらに古い氷を探しており、150万年前までさかのぼった氷が見つかることを期待している。

南極の氷河から遠く離れたサハラ砂漠の驚くべき古い地下水の年代測定にもクリプトン-81が使用されています。 2004年のGeophysical Research Letters誌の研究は、エジプト南西部のある地域で、地表に達する地下水が100万年間日の目を見なかったことを明らかにしました。

クリプトンの別の同位体、クリプトン-85は、大部分が核分裂の副産物として生産されています。 北朝鮮のような秘密主義の国の上空でクリプトン85の濃度を測定することにより、研究者は隠された核施設がある場所を特定することができる。 例えば2003年、BBCは、北朝鮮国境沿いのセンサーが、同国の主要な核施設からは放出されていない高レベルのクリプトン-85を観測したことを報じました。

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