KRYPTON: ISTORIC, PROPRIETĂȚI, STRUCTURĂ, OBȚINERE, RISCURI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Kripton este un gaz nobil , care este reprezentat prin simbolul kR și este situat în grupa 18 din tabelul periodic. Este gazul care urmează argonul, iar abundența sa este atât de scăzută încât a fost considerată ascunsă; de acolo îi vine numele. Nu se găsește aproape în pietre minerale, ci în mase de gaze naturale și greu dizolvate în mări și oceane.

Numele lui evocă imaginea Supermanului, a planetei sale Krypton și a celebrului kriptonit, o piatră care slăbește supereroul și îl privează de super-puterile sale. Vă puteți gândi, de asemenea, la criptocurrențe sau cripto când auziți despre asta, precum și alți termeni care sunt departe de acest gaz în esența lor.

Flacon cu kripton încântat de o descărcare electrică și strălucitor cu lumină albă. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

Cu toate acestea, acest gaz nobil este mai puțin extravagant și „ascuns” în comparație cu figurile menționate mai sus; deși lipsa de reactivitate nu îndepărtează tot interesul potențial care poate trezi în cercetarea axată pe diferite domenii, în special pe cea fizică.

Spre deosebire de celelalte gaze nobile, lumina emisă de kripton atunci când este excitată într-un câmp electric este albă (imaginea de sus). Din această cauză, este utilizat pentru diverse utilizări în industria iluminatului. Poate înlocui practic orice lumină de neon și poate emite propria sa, care se remarcă prin faptul că este verde gălbui.

Apare în natură ca un amestec de șase izotopi stabili, ca să nu mai vorbim de niște radioizotopi destinate medicinei nucleare. Pentru a obține acest gaz, aerul pe care îl respirăm trebuie lichefiat și lichidul rezultat este supus distilării fracționate, unde criptonul este apoi purificat și separat în izotopii săi.

Datorită kriptonului, a fost posibil să avansăm în studiile de fuziune nucleară, precum și în aplicarea de lasere în scop chirurgical.

Istorie

- Descoperirea elementului ascuns

În 1785, chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish a descoperit că aerul conține o proporție mică a unei substanțe chiar mai puțin active decât azotul.

Un secol mai târziu, fizicianul englez Lord Rayleigh, a izolat din aer un gaz care credea că este azot pur; dar apoi a descoperit că era mai greu.

În 1894, chimistul scoțian, Sir William Ramsey, a colaborat la izolarea acestui gaz, care s-a dovedit a fi un element nou: argonul. Un an mai târziu, a izolat gazul de heliu prin încălzirea cleveitei minerale.

Însuși Sir William Ramsey, împreună cu asistentul său, chimistul englez Morris Travers, au descoperit krypton la 30 mai 1898, la Londra.

Ramsey și Travers credeau că există un spațiu în tabelul periodic între elementele argon și heliu, iar un element nou trebuia să umple acest spațiu. Ramsey, la o lună de la descoperirea kriptonului, în iunie 1898, a descoperit neon; element care a umplut spațiul dintre heliu și argon.

Metodologie

Ramsey bănuia existența unui element nou ascuns în descoperirea sa anterioară, cea a argonului. Ramsey și Travers, pentru a-și testa ideea, au decis să scoată din aer un volum mare de argon. Pentru aceasta trebuiau să producă lichefierea aerului.

Apoi, au distilat aerul lichid pentru a-l separa în fracții și a explora în fracțiile mai ușoare pentru prezența elementului gazos dorit. Dar au greșit, se pare că au supraîncălzit aerul lichefiat și au evaporat o mulțime de probe.

La final au avut doar 100 ml probă și Ramsey a fost convinsă că prezența elementului mai ușoară decât argonul în volumul respectiv este puțin probabilă; dar a decis să exploreze posibilitatea unui element mai greu decât argonul în volumul rezidual al eșantionului.

În urma gândirii sale, a îndepărtat oxigenul și azotul din gaz, folosind cupru roșu și magneziu. Apoi a introdus o probă de gaz rămas într-un tub de vid, aplicându-i o tensiune mare pentru a obține spectrul gazului.

Așa cum era de așteptat, argonul era prezent, dar au observat apariția a două noi linii strălucitoare în spectru; unul galben și celălalt verde, amândoi nu au fost observați niciodată.

- Apariția numelui

Ramsey și Travers au calculat relația dintre căldura specifică a gazului la presiune constantă și căldura sa specifică la volum constant, găsind o valoare de 1,66 pentru respectiva relație. Această valoare corespundea unui gaz format din atomi individuali, care arată că nu era un compus.

Prin urmare, se aflau în prezența unui nou gaz și au fost descoperite kripton. Ramsey a decis să-l numească Krypton, un cuvânt derivat din cuvântul grecesc „krypto” care înseamnă „ascuns”. William Ramsey a primit premiul Nobel pentru chimie în 1904 pentru descoperirea acestor gaze nobile.

Proprietati fizice si chimice

Aspect

Este un gaz incolor care prezintă o culoare albă incandescentă într-un câmp electric.

Greutatea atomică standard

83.798 u

Număr atomic (Z)

36

Punct de topire

-157,37 ºC

Punct de fierbere

153.415 ºC

Densitate

În condiții standard: 3.949 g / L

Stare lichidă (punct de fierbere): 2.413 g / cm ³

Densitatea relativă a gazului

2,9 în raport cu aerul cu valoare = 1. Adică kriptonul este de trei ori mai dens decât aerul.

Solubilitatea apei

59,4 cm ³ / 1.000 g la 20 ºC

Punct triplu

115,775 K și 73,53 kPa

Punct critic

209,48 K și 5,525 MPa

Căldură de fuziune

1,64 kJ / mol

Căldură de vaporizare

9,08 kJ / mol

Capacitate calorică molară

20,95 J / (mol K)

Presiunea de vapori

La o temperatură de 84 K are o presiune de 1 kPa.

electronegativitate

3.0 pe scara Pauling

Energie de ionizare

Prima: 1.350,8 kJ / mol.

Al doilea: 2.350,4 kJ / mol.

Al treilea: 3.565 kJ / mol.

Viteza sunetului

Gaz (23 ºC): 220 m / s

Lichid: 1.120 m / s

Conductivitate termică

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Ordin

Diamagnetic

Numărul de oxidare

Krypton, fiind un gaz nobil, nu este foarte reactiv și nu pierde sau câștigă electroni. Dacă reușește să formeze un solid cu o compoziție definită, așa cum se întâmplă cu clatratul Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ sau hidrura sa Kr (H ₂ ) ₄ , atunci se spune că va participa cu un număr sau o stare de oxidare de 0 (Kr ⁰ ) ; adică atomii săi neutri interacționează cu o matrice de molecule.

Cu toate acestea, kriptonul poate pierde formal electroni dacă formează legături cu cel mai electronegativ element dintre toate: fluorul. În KrF ₂ numărul său de oxidare este +2, deci se presupune existența cationului divalent Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ).

reactivitatea

În 1962 a fost raportată sinteza difluorurii de kripton (KrF ₂ ). Acest compus este un solid cristalin, extrem de volatil, incolor și se descompune lent la temperatura camerei; dar este stabilă la -30 ºC. Krypton Fluoride este un puternic agent oxidant și fluorinant.

Reacționează kripton cu fluor atunci când sunt combinate într - un tub de descărcare electrică la -183 ° C, formând KrF ₂ . Reacția are loc și atunci când kriptonul și fluorul sunt iradiate cu lumină ultravioletă la -196 ° C.

KrF ⁺ și Kr ₂ F ₃ ⁺ sunt compuși formați prin reacția KrF ₂ cu acceptori fluorura puternice. Krypton face parte dintr-un compus instabil: K (OTeF ₅ ) ₂ , care are o legătură între kripton și un oxigen (Kr-O).

O legătură kripton-azot se găsește în cationul HCΞN-Kr-F. Hidruri kripton, KRH ₂ , pot fi cultivate la o presiune mai mare de 5 GPa.

La începutul secolului XX, toți acești compuși erau considerați imposibili, având în vedere reactivitatea zero care a fost concepută pentru acest gaz nobil.

Structura și configurația electronică

Atomul Krypton

Krypton, fiind un gaz nobil, are întregul său octet de valență; adică orbitalele sale s și p sunt complet umplute cu electroni, care pot fi verificate în configurația lor electronică:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Este un gaz monatomic indiferent (până în prezent) de condițiile de presiune sau temperatură care operează pe el. Prin urmare, cele trei stări ale sale sunt definite prin interacțiunile interatomice ale atomilor lui de Kr, care pot fi imaginate ca marmură.

Acești atomi de Kr, la fel ca congenerii lor (He, Ne, Ar etc.), nu sunt ușor de polarizat, deoarece sunt relativ mici și au, de asemenea, o densitate mare de electroni; adică suprafața acestor marmuri nu este deformată în mod apreciabil pentru a genera un dipol instantaneu care induce un altul într-o marmură vecină.

Interacțiuni de interacțiune

Din acest motiv, singura forță care ține împreună atomii Kr sunt forța de împrăștiere din Londra; dar sunt foarte slabe în cazul criptonului, astfel încât sunt necesare temperaturi scăzute pentru ca atomii săi să definească un lichid sau un cristal.

Totuși, aceste temperaturi (punctele de fierbere și de topire, respectiv) sunt mai mari comparativ cu argonul, neonul și heliul. Acest lucru se datorează masei atomice mai mari de kripton, echivalentul unei raze atomice mai mari și, prin urmare, mai polarizabile.

De exemplu, punctul de fierbere al kriptonului este în jur de -153 ºC, în timp ce cele ale gazelor nobile argon (-186 ºC), neon (-246 ºC) și heliu (-269 ºC) sunt mai mici; adică gazele sale au nevoie de temperaturi mai reci (mai aproape de -273,15 ºC sau 0 K) pentru a se putea condensa în faza lichidă.

Aici vedem cum dimensiunea razelor lor atomice este direct legată de interacțiunile lor. La fel se întâmplă și cu punctele de topire respective, temperatura la care kriptonul cristalizează în sfârșit la -157 ºC.

Cristal Krypton

Atunci când temperatura scade la -157 ° C, atomii de Kr se apropie destul de lent pentru ca aceștia să se coaleze mai departe și să definească un cristal alb cu o structură cubică (fcc) centrată pe față. Astfel, există acum un ordin structural guvernat de forțele sale de dispersie.

Deși nu există prea multe informații despre aceasta, cristalul kripton fcc poate suferi tranziții cristaline către faze mai dense dacă este supus unor presiuni enorme; ca hexagonalul compact (hcp), în care atomii de Kr vor fi mai grupați.

De asemenea, fără a lăsa acest punct la o parte, atomii de Kr pot fi prinși în cuști de gheață numite clatrate. Dacă temperatura este destul de scăzută, poate că pot exista cristale de apă kripton-mixte, cu atomii de Kr aranjați și înconjurați de molecule de apă.

Unde să găsești și să obții

Atmosfera

Krypton este difuz în întreaga atmosferă, neputând scăpa de câmpul gravitațional al Pământului spre deosebire de heliu. În aerul pe care îl respirăm, concentrația sa este de aproximativ 1 ppm, deși acest lucru poate varia în funcție de emisiile gazoase; fie că este vorba de erupții vulcanice, gheizere, izvoare calde sau poate depozite de gaze naturale.

Deoarece este slab solubil în apă, concentrația sa în hidrosferă este probabil să fie neglijabilă. La fel se întâmplă și cu mineralele; puțini atomi de kripton pot fi prinși în interiorul lor. Prin urmare, singura sursă a acestui gaz nobil este aerul.

Lichefiere și distilare fracțională

Pentru a-l obține, aerul trebuie să treacă printr-un proces de lichefiere, astfel încât toate gazele sale componente să se condenseze și să formeze un lichid. Acest lichid este apoi încălzit prin aplicarea distilării fracționate la temperaturi scăzute.

După ce oxigenul, argonul și azotul au fost distilate, kriptonul și xenonul rămân în lichidul rămas, care este adsorbit pe carbon activ sau silicagel. Acest lichid este încălzit la -153 ºC pentru a distila kriptonul.

În cele din urmă, kriptonul colectat este purificat prin trecerea prin titan metalic fierbinte, care îndepărtează impuritățile gazoase.

Dacă se dorește separarea izotopilor săi, gazul se ridică printr-o coloană de sticlă unde suferă difuzie termică; izotopii mai ușori se vor ridica spre vârf, în timp ce cei mai grei vor tinde să rămână în partea de jos. Astfel, izotopul ⁸⁴ Kr și ⁸⁶ Kr, de exemplu, se colectează separat în partea de jos.

Krypton poate fi depozitat în becuri de sticlă Pyrex la presiune ambientală sau în rezervoare de oțel etanș. Înainte de ambalare, este supus unui control al calității prin spectroscopie, pentru a certifica că spectrul său este unic și nu conține linii de alte elemente.

Fiziune nucleară

O altă metodă de obținere a criptonului constă în fisiunea nucleară de uraniu și plutoniu, din care este produs și un amestec de izotopi radioactivi ai acestora.

izotopi

Krypton apare în natură sub formă de șase izotopi stabili. Acestea, cu abundențele corespunzătoare pe Pământ, sunt: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) și ⁸⁶ Kr (17,28%). ⁷⁸ kR este un izotop radioactiv; dar timpul său de înjumătățire (t _1/2 ) este atât de lung (9,2 · ^{21 21} ani) încât practic este considerat stabil.

Acesta este motivul pentru care masa sa atomică standard (greutatea atomică) este de 83.798 u, mai aproape de 84 u din izotopul ⁸⁴ Kr.

Radioizotopul ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2.3 · 10 ⁵ ) se găsește, de asemenea, în cantități de urme , care se produce atunci când ⁸⁰ Kr primește raze cosmice. Pe lângă izotopii deja menționați, există două radioizotopuri sintetice: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 ore) și ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 ani); aceasta din urmă este ceea ce este produs ca un produs al fisiunii nucleare de uraniu și plutoniu.

riscuri

Krypton este un element non-toxic, deoarece nu reacționează în condiții normale și nici nu reprezintă un pericol de incendiu atunci când este amestecat cu agenți puternici de oxidare. O scurgere a acestui gaz nu prezintă niciun pericol; cu excepția cazului în care respirați direct, deplasând oxigenul și provocând sufocarea.

Atomii de Kr intră și sunt expulzați din corp fără a participa la nicio reacție metabolică. Cu toate acestea, pot deplasa oxigenul care ar trebui să ajungă în plămâni și să fie transportat prin sânge, astfel încât individul poate suferi de narcoză sau hipoxie, precum și de alte afecțiuni.

În caz contrar, respirăm constant kripton în fiecare suflare de aer. Acum, în raport cu compușii săi, povestea este diferită. De exemplu, KrF ₂ este un puternic agent de fluorurare; și, prin urmare, va „da” anioni F ^- oricărei molecule din matricea biologică pe care o întâlnește, fiind potențial periculoase.

Posibil un clatrat de cripton (prins într-o cușcă de gheață) nu este considerabil periculos, cu excepția cazului în care există anumite impurități care adaugă toxicitate.

Aplicații

Lumini de la camerele de mare viteză sunt datorate în parte excitației de cripton. Sursa: Mhoistion

Krypton este prezent în diferite aplicații în jurul artefactelor sau dispozitivelor proiectate pentru iluminat. De exemplu, face parte din „luminile de neon” din culorile verzui gălbui. Luminile „legale” ale lui Krypton sunt albe, deoarece spectrul lor de emisie cuprinde toate culorile din spectrul vizibil.

Lumina albă a kriptonului a fost de fapt folosită pentru fotografii, deoarece sunt foarte intense și rapide, fiind perfecte pentru clipiri de mare viteză sau pentru sclipiri instantanee pe pistele aeroportului.

De asemenea, tuburile de descărcare electrică care emană această lumină albă pot fi acoperite cu hârtii colorate, dând efectul de a afișa lumini de mai multe culori, fără a fi nevoie de excitare folosind alte gaze.

Se adaugă la becurile cu filament de tungsten pentru a-și crește durata de viață utilă și la lămpi fluorescente cu argon în același scop, reducând și intensitatea acestora și crescând costurile (deoarece este mai scump decât argonul).

Când krypton compune umplerea gazoasă a becurilor incandescente, îi crește luminozitatea și o face mai albăstruie.

lasere

Laserele roșii văzute în spectacolele luminoase se bazează pe liniile spectrale ale kriptonului și nu pe amestecul de heliu-neon.

Pe de altă parte, cu laserul cu radiații ultraviolete pot fi realizate cu kripton: cele cu fluorură de kripton (KrF). Acest laser este utilizat pentru fotolitografie, intervenții chirurgicale medicale, cercetare în domeniul fuziunii nucleare și micro-prelucrarea materialelor solide și a compușilor (modificarea suprafeței lor prin acțiunea laserului).

Definiția meter

Între 1960 și 1983, a fost utilizată lungimea de undă a liniei spectrale roșu-portocaliu a izotopului ⁸⁶ Kr (înmulțit cu 1.650.763,73), pentru a defini lungimea exactă a unui metru.

Detectarea armelor nucleare

Deoarece radioizotopul ⁸⁵ Kr este unul dintre produsele activității nucleare, unde este detectat este un indiciu că a existat detonarea unei arme nucleare sau că se desfășoară activități ilegale sau clandestine din energia menționată.

Medicament

Krypton a fost utilizat în medicină ca anestezic, absorbant de raze X, detector pentru anomalii ale inimii și pentru a tăia retina ochilor cu laserele sale într-un mod precis și controlat.

Radioizotopii săi au, de asemenea, aplicații în medicina nucleară, pentru a studia și a scana fluxul de aer și sânge în plămâni și pentru a obține imagini de rezonanță magnetică nucleară a căilor respiratorii ale pacientului.

Referințe

1. Gary J. Schrobilgen. (28 septembrie 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Krypton. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16 iulie). Reacții chimice Krypton. Recuperat de la: pilgaardelements.com
4. Crystallography365. (16 noiembrie 2014). Un material super cool - structura de cristal a lui Krypton. Recuperat de la: crystallography365.wordpress.com
5. Dr. Doug Stewart. (2019). Krypton Element Facts. Chemicool. Recuperat de la: chemicool.com
6. Marques Miguel. (Sf). Krypton. Recuperat din: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Cum sunt fabricate produsele. Recuperat din: madehow.com
8. AZoOptics. (25 aprilie 2014). Laserul Excimer cu Fluorură Krypton - Proprietăți și aplicații. Recuperat de la: azooptics.com