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El criptón (del griego antiguo : κρυπτός , romanizado :  kryptos 'el oculto') es un elemento químico con el símbolo  Kr y número atómico  36. Es un gas noble incoloro, inodoro e insípido que se encuentra en cantidades mínimas en la atmósfera y es se utiliza a menudo con otros gases raros en lámparas fluorescentes . Con raras excepciones, el criptón es químicamente inerte .

El criptón, al igual que los otros gases nobles, se utiliza en iluminación y fotografía . La luz de criptón tiene muchas líneas espectrales , y el plasma de criptón es útil en láseres de gas brillantes y de alta potencia (láseres de iones de criptón y excímeros ), cada uno de los cuales resuena y amplifica una sola línea espectral. El fluoruro de criptón también es un medio láser útil . De 1960 a 1983, la longitud oficial de un metro se definió por la longitud de onda de 606 nanómetros de la línea espectral naranja del kriptón-86, debido a la alta potencia y la relativa facilidad de funcionamiento de los tubos de descarga de criptón .

Historia

Sir William Ramsay , el descubridor del kriptón

El krypton fue descubierto en Gran Bretaña en 1898 por William Ramsay , un químico escocés, y Morris Travers , un químico inglés, en los residuos de la evaporación de casi todos los componentes del aire líquido . El neón fue descubierto por un procedimiento similar por los mismos trabajadores solo unas semanas después. [9] William Ramsay fue galardonado con el Premio Nobel de Química de 1904 por el descubrimiento de una serie de gases nobles , incluido el criptón.

En 1960, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas definió el medidor como 1,650,763.73 longitudes de onda de luz emitidas por el isótopo kriptón-86 . [10] [11] Este acuerdo reemplazó el prototipo de medidor internacional de 1889 , que era una barra de metal ubicada en Sèvres . Esto también dejó obsoleta la definición de 1927 del ångström basada en la línea espectral de cadmio rojo , [12] reemplazándola con 1 Å = 10 −10  m. La definición de criptón-86 duró hasta la conferencia de octubre de 1983, que redefinió el metro como la distancia que recorre la luz en el vacío.durante 1 / 299,792,458 s. [13] [14] [15]

Caracteristicas

El criptón se caracteriza por varias líneas de emisión nítidas ( firmas espectrales ), siendo las más fuertes el verde y el amarillo. [16] El criptón es uno de los productos de la fisión del uranio . [17] El criptón sólido es blanco y tiene una estructura cristalina cúbica centrada en la cara , que es una propiedad común de todos los gases nobles (excepto el helio , que tiene una estructura cristalina hexagonal compacta).

Isótopos

El criptón de origen natural en la atmósfera de la Tierra está compuesto por cinco isótopos estables , más un isótopo ( 78 Kr) con una vida media tan larga (9,2 × 10 21  años) que puede considerarse estable. (Este isótopo tiene la segunda vida media más larga conocida entre todos los isótopos para los que se ha observado desintegración; sufre una captura de electrones doble a 78 Se ). [8] [18] Además, se conocen unos treinta isótopos e isómeros inestables . [19] Rastros de 81 Kr, un nucleido cosmogénico producido por el rayo cósmico.la irradiación de 80 Kr, también ocurre en la naturaleza: este isótopo es radiactivo con una vida media de 230.000 años. El criptón es muy volátil y no permanece en solución en el agua cercana a la superficie, pero se ha utilizado 81 Kr para fechar aguas subterráneas antiguas (50 000 a 800 000 años) . [20]

85 Kr es un gas noble radiactivo inerte con una vida media de 10,76 años. Es producido por la fisión de uranio y plutonio , como en las pruebas de bombas nucleares y reactores nucleares . Se liberan 85 Kr durante el reprocesamiento de barras de combustible de reactores nucleares. Las concentraciones en el Polo Norte son un 30% más altas que en el Polo Sur debido a la mezcla convectiva. [21]

Química

Se formaron sólidos de Kr (H 2 ) 4 y H 2 en una celda de yunque de diamante . [22]
Estructura de Kr (H 2 ) 4 . Los octaedros de criptón (verde) están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas al azar. [22]

Al igual que los otros gases nobles, el kriptón es químicamente muy poco reactivo. La química bastante restringida del criptón en el estado de oxidación +2 es paralela a la del elemento vecino bromo en el estado de oxidación +1; debido a la contracción del escandido , es difícil oxidar los elementos 4p a sus estados de oxidación grupal. Hasta la década de 1960 no se habían sintetizado compuestos de gases nobles. [23]

Sin embargo, tras la primera síntesis exitosa de compuestos de xenón en 1962, la síntesis de difluoruro de criptón ( KrF
2
) se informó en 1963. En el mismo año, KrF
4
fue informado por Grosse, et al. , [24] pero posteriormente se demostró que era una identificación errónea. [25] En condiciones extremas, el criptón reacciona con el flúor para formar KrF 2 de acuerdo con la siguiente ecuación:

Kr + F 2 → KrF 2

El gas de criptón en un láser de fluoruro de criptón absorbe energía de una fuente, lo que hace que el criptón reaccione con el gas de flúor, produciendo el fluoruro de criptón exciplex, un complejo temporal en un estado de energía excitada:

2 Kr + F
2
→ 2 KrF

El complejo puede sufrir una emisión espontánea o estimulada, reduciendo su estado energético a un estado fundamental metaestable, pero altamente repulsivo . El complejo del estado fundamental se disocia rápidamente en átomos no unidos:

2 KrF → 2 Kr + F
2

El resultado es un láser exciplex que irradia energía a 248 nm, cerca de la porción ultravioleta del espectro , correspondiente a la diferencia de energía entre el estado fundamental y el estado excitado del complejo.

También se han descubierto compuestos con criptón unido a átomos distintos del flúor . También hay informes no verificados de una sal de bario de un oxoácido de criptón . [26] Se han investigado los iones poliatómicos Ar Kr + y Kr H + y existe evidencia de Kr Xe o KrXe + . [27]

La reacción de KrF
2
con B (OTeF
5
)
3
produce un compuesto inestable, Kr (OTeF
5
)
2
, que contiene un enlace criptón- oxígeno . Un enlace criptón- nitrógeno se encuentra en el catión [HC≡N – Kr – F]+
, producido por la reacción de KrF
2
con [HC≡NH]+
[AsF-
6
] por debajo de -50 ° C. [28] [29] HKrCN y HKrC≡CH (criptón hidruro-cianuro y hydrokryptoacetylene) fueron reportados ser estable hasta 40 K . [23]

Los cristales de hidruro de criptón (Kr (H 2 ) 4 ) se pueden cultivar a presiones superiores a 5 GPa. Tienen una estructura cúbica centrada en la cara donde los octaedros de criptón están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas al azar. [22]

Ocurrencia natural

La Tierra ha retenido todos los gases nobles que estaban presentes en su formación, excepto el helio . La concentración de criptón en la atmósfera es de aproximadamente 1 ppm . Puede extraerse del aire líquido mediante destilación fraccionada . [30] La cantidad de criptón en el espacio es incierta, porque la medición se deriva de la actividad meteórica y los vientos solares. Las primeras mediciones sugieren una abundancia de criptón en el espacio. [31]

Aplicaciones

Tubo de descarga de gas de criptón

Las múltiples líneas de emisión de criptón hacen que las descargas de gas de criptón ionizado parezcan blanquecinas, lo que a su vez hace que las bombillas de criptón sean útiles en la fotografía como fuente de luz blanca. Kriptón se usa en algunos flashes fotográficos para alta velocidad de la fotografía . El gas kriptón también se combina con mercurio para crear signos luminosos que brillan con una luz azul verdosa brillante. [32]

El criptón se mezcla con argón en lámparas fluorescentes energéticamente eficientes, lo que reduce el consumo de energía, pero también reduce la salida de luz y aumenta el costo. [33] El criptón cuesta unas 100 veces más que el argón. El criptón (junto con el xenón) también se usa para llenar lámparas incandescentes para reducir la evaporación del filamento y permitir temperaturas de funcionamiento más altas . [34] Se obtiene una luz más brillante con más color azul que las lámparas incandescentes convencionales.

La descarga blanca de Krypton se usa a veces como un efecto artístico en los tubos de "neón" de descarga de gas. El criptón produce una potencia de luz mucho mayor que el neón en la región de la línea espectral roja, y por esta razón, los láseres rojos para espectáculos de luz láser de alta potencia son a menudo láseres de criptón con espejos que seleccionan la línea espectral roja para la amplificación y emisión del láser, en lugar de la variedad más familiar de helio-neón, que no podía lograr las mismas salidas de varios vatios. [35]

El láser de fluoruro de criptón es importante en la investigación de la energía de fusión nuclear en experimentos de confinamiento. El láser tiene uniformidad de haz alto, longitud de onda corta y el tamaño del punto se puede variar para rastrear un gránulo que implosiona. [36]

En física de partículas experimental , el criptón líquido se utiliza para construir calorímetros electromagnéticos casi homogéneos . Un ejemplo notable es el calorímetro del experimento NA48 en el CERN que contiene aproximadamente 27 toneladas de criptón líquido. Este uso es poco común, ya que el argón líquido es menos costoso. La ventaja del criptón es un radio de Molière más pequeño de 4,7 cm, que proporciona una excelente resolución espacial con poca superposición. Los otros parámetros relevantes para la calorimetría son: longitud de radiación de X 0 = 4,7 cm y densidad de 2,4 g / cm 3 .

Los conjuntos sellados de descarga de chispas en los excitadores de encendido de algunos motores a reacción más antiguos contienen una pequeña cantidad de kriptón-85 para producir niveles de ionización consistentes y un funcionamiento uniforme.

Krypton-83 tiene aplicación en imágenes por resonancia magnética (MRI) para obtener imágenes de las vías respiratorias. En particular, permite al radiólogo distinguir entre superficies hidrófobas e hidrófilas que contienen una vía respiratoria. [37]

Aunque el xenón tiene potencial para usarse en tomografía computarizada (TC) para evaluar la ventilación regional, sus propiedades anestésicas limitan su fracción en el gas respiratorio al 35%. Una mezcla de respiración de 30% de xenón y 30% de criptón es comparable en efectividad para CT a una fracción de 40% de xenón, mientras que evita los efectos no deseados de una alta presión parcial de gas xenón. [38]

El isótopo kriptón-81m metaestable se utiliza en medicina nuclear para exploraciones de ventilación / perfusión pulmonar , donde se inhala y se obtienen imágenes con una cámara gamma . [39]

El criptón-85 en la atmósfera se ha utilizado para detectar instalaciones clandestinas de reprocesamiento de combustible nuclear en Corea del Norte [40] y Pakistán . [41] Esas instalaciones se detectaron a principios de la década de 2000 y se creía que producían plutonio apto para armas.

El criptón se utiliza ocasionalmente como gas aislante entre los cristales de las ventanas. [42]

SpaceX Starlink usa criptón como propulsor para su sistema de propulsión eléctrica . [43]

Precauciones

El criptón se considera un asfixiante no tóxico . [44] El kriptón tiene una potencia narcótica siete veces mayor que el aire, y respirar una atmósfera de 50% de kriptón y 50% de aire natural (como podría suceder en la localidad de una fuga) causa narcosis en humanos similar a respirar aire cuatro veces más atmosférico. presión. Esto es comparable al buceo a una profundidad de 30 m (100 pies) (ver narcosis por nitrógeno ) y podría afectar a cualquiera que lo respire. Al mismo tiempo, esa mezcla contendría solo un 10% de oxígeno (en lugar del 20% normal) y la hipoxia sería una preocupación mayor.

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

  • William P. Kirk "Krypton 85: a Review of the Literature and an Analysis of Radiation Hazards" , Agencia de Protección Ambiental, Oficina de Investigación y Monitoreo, Washington (1972)

enlaces externos

  • Krypton en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
  • Láseres de fluoruro de criptón , laboratorio de investigación naval de la división de física del plasma