ક્રિપ્ટોન (Kr): JEE/NEET અને CBSE માટે ગુણધર્મો, ઉપયોગો અને પ્રતિક્રિયાઓ

પરિચય

ક્રિપ્ટોન (Kr) એ એક રાસાયણિક તત્વ છે, એક ઉમદા વાયુ (નોબલ ગેસ) છે, અને તે આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 18 નો સભ્ય છે. તેની સામાન્ય નિષ્ક્રિયતા હોવા છતાં, ક્રિપ્ટોન તેના અનન્ય સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક ગુણધર્મોને કારણે વિશિષ્ટ લાઇટિંગ, હાઇ-સ્પીડ ફોટોગ્રાફી અને લેસર ટેકનોલોજીમાં મહત્વપૂર્ણ ઉપયોગો ધરાવે છે. JEE અને NEET જેવી સ્પર્ધાત્મક પરીક્ષાઓ માટે તેના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને સમજવું અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

CBSE/JEE ક્વિક રિવિઝન નોટ્સ

પરીક્ષાઓમાં વારંવાર પૂછાતા ક્રિપ્ટોનના મુખ્ય ગુણધર્મો અહીં આપેલા છે:

• પ્રતીક: Kr
• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 36
• પરમાણુ દળ (A): 83.798 u (આશરે 84 u)
• સમૂહ: 18 (નોબલ વાયુઓ)
• આવર્ત: 4
• બ્લોક: p-બ્લોક
• પ્રકૃતિ: પ્રમાણભૂત તાપમાન અને દબાણ પર રંગહીન, ગંધહીન, સ્વાદહીન, બિન-જ્વલનશીલ વાયુ. મોનોએટોમિક (એકપરમાણુ).
• ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁶
• સંયોજકતા: સામાન્ય રીતે 0 (તેની ઉચ્ચ આયનીકરણ ઉર્જાને કારણે વિશિષ્ટ, અતિશય પરિસ્થિતિઓમાં KrF₂ જેવા સંયોજનો બનાવે છે).
• આયનીકરણ એન્થાલ્પી: ઉચ્ચ (1લી IE: 1350.8 kJ/mol)
• ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્તિ એન્થાલ્પી: અવગણ્ય/ધનાત્મક
• ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી (પૌલિંગ સ્કેલ): તેની નિષ્ક્રિયતાને કારણે સામાન્ય રીતે નિયુક્ત નથી, પરંતુ સંયોજન નિર્માણ માટે ખૂબ ઓછી છે.
• ઘનતા (STP પર): 3.749 g/L
• ઉત્કલન બિંદુ: -153.22 °C (119.93 K)
• ગલનબિંદુ: -157.36 °C (115.79 K)
• ઉપલબ્ધિ: પૃથ્વીના વાતાવરણમાં સૂક્ષ્મ માત્રામાં (કદ દ્વારા આશરે 1 ppm).

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અને બંધન વર્તન

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી

ક્રિપ્ટોનનો પરમાણુ ક્રમાંક 36 છે, એટલે કે તેમાં 36 ઇલેક્ટ્રોન છે. તેની ભૂમિ-અવસ્થા ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી આ પ્રમાણે છે: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶

શોર્ટહેન્ડ (ઘનીકરણ) ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અગાઉના નોબલ ગેસ, આર્ગોન (Ar) નો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં 18 ઇલેક્ટ્રોન છે: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁶

આ ગોઠવણી સંપૂર્ણ ભરાયેલા સંયોજકતા કોષ (8 ઇલેક્ટ્રોન સાથે n=4 કોષ, 4s² 4p⁶, અને સંપૂર્ણ ભરાયેલ d-ઉપકોષ) સૂચવે છે.

બંધન વર્તન

નોબલ ગેસ તરીકે, ક્રિપ્ટોન તેના સૌથી બહારના કોષમાં સંપૂર્ણ અષ્ટકને કારણે અપવાદરૂપ સ્થિરતા દર્શાવે છે. આને કારણે:

• ઉચ્ચ આયનીકરણ એન્થાલ્પી: ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે નોંધપાત્ર માત્રામાં ઉર્જાની જરૂર પડે છે.
• લગભગ શૂન્ય ઇલેક્ટ્રોન પ્રાપ્તિ એન્થાલ્પી: તેને ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારવાની ઓછી વૃત્તિ છે.
• રાસાયણિક નિષ્ક્રિયતા: તે સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં રાસાયણિક બંધનો બનાવતું નથી.

જોકે, અતિશય પરિસ્થિતિઓ (દા.ત., ઉચ્ચ દબાણ, ઉચ્ચ તાપમાન, વિદ્યુત વિસર્જન, અથવા UV કિરણોત્સર્ગ) અને અત્યંત ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વો (મુખ્યત્વે ફ્લોરિન) ની હાજરીમાં, ક્રિપ્ટોનને સંયોજનો બનાવવા માટે ફરજ પાડી શકાય છે. આ મુખ્યત્વે ક્રિપ્ટોન ડાયફ્લોરાઇડ (KrF₂) માં જોવા મળે છે. ક્રિપ્ટોનની ઉચ્ચ આયનીકરણ ઉર્જા અને નાના પરમાણુ કદને કારણે તેની પ્રતિક્રિયાશીલતા ઝેનોન કરતાં ઓછી વ્યાપક છે, જે તેના સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોનને વધુ કડક રીતે પકડી રાખે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

અન્ય તત્વોની સરખામણીમાં ક્રિપ્ટોનનું રસાયણશાસ્ત્ર મર્યાદિત છે. સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને સુ-અભ્યાસિત સંયોજન ક્રિપ્ટોન ડાયફ્લોરાઇડ (KrF₂) છે.

1. ક્રિપ્ટોન ડાયફ્લોરાઇડ (KrF₂) નું સંશ્લેષણ

ક્રિપ્ટોન ડાયફ્લોરાઇડનું સંશ્લેષણ ક્રિપ્ટોન વાયુને ફ્લોરિન વાયુ સાથે વિશિષ્ટ, ઉર્જાવાળી પરિસ્થિતિઓમાં પ્રતિક્રિયા આપીને કરવામાં આવે છે:

Kr(g) + F₂(g) \xrightarrow\{\text\{Electrical Discharge / UV Radiation, -196°C\}\} KrF₂(s)

• શરતો: Kr-Kr અને F-F બંધનો તોડવા અને Kr-F બંધનો બનાવવા માટે ઉચ્ચ સક્રિયકરણ ઉર્જાને દૂર કરવા માટે નીચા તાપમાન (દા.ત., પ્રવાહી નાઇટ્રોજન તાપમાન, -196°C), તીવ્ર UV કિરણોત્સર્ગ, અથવા વિદ્યુત વિસર્જનની જરૂર પડે છે.
• ગુણધર્મો: KrF₂ એ સફેદ સ્ફટિકમય ઘન છે, અત્યંત અસ્થિર છે, અને એક શક્તિશાળી ફ્લોરિનેટિંગ અને ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે.

2. ક્રિપ્ટોન ડાયફ્લોરાઇડ (KrF₂) ની પ્રતિક્રિયાઓ

KrF₂ એક મજબૂત લુઈસ એસિડ અને અપવાદરૂપે મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. તે KrF⁺ અને Kr₂F₃⁺ આયનો બનાવવા માટે મજબૂત લુઈસ એસિડ સાથે સરળતાથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.

ઉદાહરણ પ્રતિક્રિયા (KrF⁺ ક્ષારનું નિર્માણ): KrF₂(s) + AsF₅(g) \rightarrow [KrF⁺][AsF₆⁻](s)

• આ પ્રતિક્રિયામાં, KrF₂ AsF₅ ને ફ્લોરાઇડ આયન દાતા (લુઈસ બેઝ) તરીકે કાર્ય કરે છે, જે જટિલ એનાયન AsF₆⁻ અને KrF⁺ કેશન બનાવે છે. આ તેની ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ સાથે સ્થિર પ્રજાતિઓ બનાવવાની ક્ષમતાને પ્રકાશિત કરે છે, જોકે એકંદર સંયોજન અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ રહે છે.

તેની ઉચ્ચ ઓક્સિડાઇઝિંગ શક્તિને કારણે, KrF₂ સોનાને AuF₅ માં ઓક્સિડાઇઝ કરી શકે છે, જે તેને સોના સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા કરી શકે તેવા કેટલાક રીએજન્ટ્સમાંથી એક બનાવે છે.

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

1. લાઇટિંગ:
   • ઇન્કેન્ડેસન્ટ બલ્બ: ક્રિપ્ટોનનો ઉપયોગ કેટલાક ઇન્કેન્ડેસન્ટ લાઇટ બલ્બમાં (ઘણીવાર આર્ગોન સાથે મિશ્રિત) ટંગસ્ટન ફિલામેન્ટના બાષ્પીભવન દરને ઘટાડવા માટે થાય છે, જેનાથી તે વધુ તેજ અને લાંબા આયુષ્ય માટે ઉચ્ચ તાપમાને બળી શકે છે.
   • ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સ: ચોક્કસ ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતાવાળા ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સમાં ઉપયોગ થાય છે.
   • ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ્સ: વિદ્યુત રીતે ઉત્તેજિત થાય ત્યારે તેજસ્વી, સફેદ પ્રકાશ બનાવે છે.
2. લેસરો:
   • ક્રિપ્ટોન ફ્લોરાઇડ (KrF) એક્સાઇમર લેસરો: આ લેસરો અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ (248 nm) ઉત્પન્ન કરે છે અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો (દા.ત., માઇક્રોપ્રોસેસર્સ) ના ઉત્પાદન માટે ફોટોલિથોગ્રાફીમાં, પરમાણુ ફ્યુઝન સંશોધનમાં અને આંખની શસ્ત્રક્રિયામાં ઉપયોગ થાય છે.
3. ફોટોગ્રાફી:
   • હાઇ-સ્પીડ ફોટોગ્રાફી: ક્રિપ્ટોનથી ભરેલા ફ્લેશ લેમ્પ્સ ખૂબ જ ઝડપી, તીવ્ર પ્રકાશના ચમકારા ઉત્પન્ન કરે છે, જે હાઇ-સ્પીડ ફોટોગ્રાફી માટે ઉપયોગી છે.
4. ઇન્સ્યુલેશન: ક્રિપ્ટોનની ઓછી થર્મલ વાહકતા તેને સારો ઇન્સ્યુલેટિંગ વાયુ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ ક્યારેક ડબલ-પેનવાળી વિન્ડોમાં થાય છે.

જૈવિક મહત્વ

• નિષ્ક્રિયતા: ક્રિપ્ટોન જૈવિક રીતે નિષ્ક્રિય છે. તેની કોઈ જૈવિક ભૂમિકા જાણીતી નથી અને તે બિન-ઝેરી છે.
• તબીબી સંશોધન: રેડિયોએક્ટિવ આઇસોટોપ ક્રિપ્ટોન-81m (⁸¹mKr) નો ઉપયોગ ન્યુક્લિયર મેડિસિનમાં પલ્મોનરી એમ્બોલિઝમનું નિદાન કરવા માટે ફેફસાના વેન્ટિલેશન/પરફ્યુઝન સ્કેન (V/Q સ્કેન) માટે થાય છે.