HISTOIRE DE KRIPTON, propriétés, structure, obtention, risques, utilisations

Il Kripton C'est un gaz noble représenté par le symbole KR et qui est situé dans le groupe 18 du tableau périodique. C'est le gaz qui suit l'argon, et son abondance est si faible qu'elle était considérée comme cachée; De là vient votre nom. Ce n'est pas presque dans les pierres minérales, mais dans des masses de gaz naturel et à peine dissoutes dans les mers et les océans.

Son nom seul évoque l'image de Superman, sa planète Kripton et la célèbre Kriptonite, une pierre qui affaiblit le super-héros et le prive de ses super pouvoirs. Vous pouvez également penser aux crypto-monnaies ou à la crypte lorsque vous en avez entendu parler, ainsi que dans d'autres termes qui sont loin dans son essence de ce gaz.

Flacon avec Kripton excité par un choc électrique et brillant avec une lumière blanche. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Cependant, ce gaz noble est moins extravagant et "caché" par rapport aux chiffres mentionnés ci-dessus; Bien que son manque de réactivité n'enlève pas tout l'intérêt potentiel qu'il peut susciter dans la recherche axé sur différents domaines, en particulier le physicien.

Contrairement aux autres gaz nobles, la lumière qui dit au revoir au Kripton lorsqu'elle est excitée dans un champ électrique est blanche (image supérieure). Pour cette raison, il est utilisé pour diverses utilisations dans l'industrie de l'éclairage. Vous pouvez pratiquement remplacer n'importe quel voyant néon et émettre le vôtre, qui se distingue par le vert jaunâtre.

Il est présenté dans la nature comme un mélange de six isotopes stables, sans parler de certains radio-isotopes destinés à la médecine nucléaire. Pour obtenir ce gaz, l'air que nous respirons doit mélanger, et soumettre à son liquide résultant à une distillation fractionnée, où le Kripton est plus tard purifié et séparé en ses isotopes constitutifs.

Grâce au Kripton, il a été possible d'avancer dans les études de fusion nucléaire, ainsi que dans les applications des lasers à des fins chirurgicales.

Histoire

- Découverte de l'élément caché

En 1785, le chimiste anglais et le physique Henry Cavendish découvert que l'air contenait une petite proportion d'une substance encore moins active que l'azote.

Un siècle plus tard, le physicien anglais Lord Rayleight, a été lâché de l'air un gaz qui pensait que c'était de l'azote pur; Mais ensuite il a découvert qu'il était plus lourd.

En 1894, le chimiste écossais, Sir William Ramsey, a collaboré pour isoler ce gaz, qui s'est avéré être un nouvel élément: Argon. Un an plus tard, il a isolé l'hélium gazier en chauffant le minéral de Cleveíta.

Sir William Ramsey lui-même, avec son assistant, le chimiste anglais Morris Travers, a découvert le Kripton le 30 mai 1898 à Londres.

Ramsey et Travers considéraient qu'il y avait un espace dans le tableau périodique entre les éléments de l'argon et de l'hélium, et un nouvel élément devait remplir cet espace. Ramsey, un mois après la découverte du Kripton, juin 1898, a découvert le néon; élément qui a rempli l'espace entre l'hélium et l'argon.

Méthodologie

Ramsey soupçonnait l'existence d'un nouvel élément caché dans sa découverte précédente, celle de l'argon. Ramsey et Travers, pour vérifier leur idée, ont décidé d'obtenir un grand volume d'argon aérien. Pour cela, ils ont dû produire de la liquéfaction d'air.

Ensuite, ils ont distillé l'air liquide pour le séparer en fractions et explorer dans les fractions plus légères la présence de l'élément gazeux souhaité. Mais ils ont fait une erreur, apparemment, ils se réchauffaient excessivement de l'air liquéfié et évaporent une grande partie de l'échantillon.

En fin de compte, ils n'avaient que 100 ml de l'échantillon et Ramsey était convaincu que la présence de l'élément plus léger que l'argon dans ce volume était peu probable; Mais il a décidé d'explorer la possibilité de l'existence d'un élément plus lourd que l'argon dans le volume d'échantillon résiduel.

Suite à sa pensée, il a éliminé l'oxygène et l'azote à gaz à l'aide de cuivre rouge et de magnésium. Puis placé un échantillon du gaz restant dans un tube à vide, en appliquant une haute tension pour obtenir le spectre de gaz.

Comme prévu, l'argon était présent, mais ils ont remarqué l'apparition dans le spectre de deux nouvelles lignes lumineuses; un jaune et l'autre vert, qui n'avait jamais été observé.

- Émergence du nom

Ramsey et Travers ont calculé la relation entre la chaleur spécifique du gaz à une pression constante, et sa chaleur spécifique à un volume constant, trouvant une valeur de 1,66 pour ce rapport. Cette valeur correspondait à un gaz formé par des atomes individuels, démontrant qu'il ne s'agissait pas d'un composé.

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Par conséquent, ils étaient en présence d'un nouveau gaz et Kripton avait été découvert. Ramsey a décidé de l'appeler Krypton, un mot dérivé du mot grec "krypto" qui signifie "caché". William Ramsey a reçu le prix Nobel de chimie en 1904 pour la découverte de ces gaz nobles.

Proprietes physiques et chimiques

Apparence

C'est un gaz incolore qui présente une couleur blanche à incandescence dans un champ électrique.

Poids atomique standard

83 798 U

Numéro atomique (z)

36

Point de fusion

-157.37 ºC

Point d'ébullition

153 415 ºC

Densité

Dans des conditions standard: 3 949 g / L

État liquide (point d'ébullition): 2 413 g / cm³

Densité de gaz relative

2,9 avec une relation de valeur avec valeur = 1. C'est-à-dire que le Kripton est trois fois plus dense que l'air.

Solubilité dans l'eau

59,4 cm³/1.000 g à 20 ºC

Point triple

115 775 K et 73,53 kPa

Point critique

209,48 K et 5 525 MPa

Chaleur de fusion

1,64 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

9.08 kJ / mol

Capacité calorique molaire

20,95 J / (mol · k)

La pression de vapeur

À une température de 84 K, une pression de 1 kPa.

Électronégativité

3.0 sur l'échelle Pauling

Énergie d'ionisation

Premièrement: 1.350,8 kJ / mol.

Deuxième: 2.350,4 kJ / mol.

Troisième: 3.565 kJ / mol.

Vitesse du son

Gaz (23 ºC): 220 m / s

Liquide: 1.120 m / s

Conductivité thermique

9,43 · 10^-3 W / (m · k)

Commande Magnétique

Diamagnétique

Numéro d'oxydation

Le Kripton car il s'agit d'un noble gaz n'est pas très réactif et ne perd ni ne gagne ou ne gagne pas d'électrons. Si vous parvenez à former un solide de composition définie, comme avec le Kr Clatrato₈(H₂SOIT)₄₆ ou son hydrure kr (h₂)₄, On dit alors qui participe à un nombre ou un statut d'oxydation de 0 (kr⁰)); c'est-à-dire que leurs atomes neutres interagissent avec une matrice de molécules.

Cependant, le Kripton peut officiellement perdre des électrons s'il forme des liens vers l'élément le plus électronégatif de tous: le fluor. Dans le KRF₂ Son numéro d'oxydation est +2, donc l'existence du cation divalent kr est supposée²⁺ (Kr²⁺F₂^-).

Réactivité

En 1962, la synthèse du diffluoride de Kripton (KRF₂). Ce composé est un solide cristallin, incolore, très volatile et se décompose lentement à température ambiante; Mais c'est stable à -30 ºC. Le fluorure de krypton est un puissant agent oxydant et fluorage.

Le Kripton réagit avec le fluorure lorsqu'il est combiné dans un tube de choc électrique à -183 ºC, formant le KRF₂. La réaction est également produite lorsque le krypton et le fluorure avec une lumière ultraviolette à -196 ºC sont rayonnés.

Le krf⁺ et Kr₂F₃⁺ Ce sont des composés formés par la réaction KRF₂ Avec de forts accepteurs de fluorure. Le Kripton fait partie d'un composé instable: K (OTEF₅)₂, qui présente un lien entre le crypton et un oxygène (KR-O).

Une liaison crypton-nitrogen se trouve dans le cation HCξn-Kr-F. Kripton Hydrates, KRH₂, Des pressions supérieures à 5 GPA peuvent être cultivées.

Au début du XXe siècle, tous ces composés étaient considérés comme impossibles étant donné la réactivité nulle qui a été conçue à ce noble gaz.

Structure et configuration électroniques

Kripton Atom

Le Kripton étant un gaz noble a son octet de Valence complet; C'est-à-dire que leurs orbitales S et P sont complètement pleines d'électrons, qui peuvent être trouvés dans leur configuration électronique:

[Ar] 3d^dix 4s² 4p⁶

Il s'agit d'un gaz monoatomique indépendamment (à ce jour) les conditions de pression ou de température qui fonctionnent dessus. Par conséquent, ses trois états sont définis par les interactions interatomiques de leurs atomes KR, qui peuvent être imaginés comme s'ils étaient des billes.

Ces atomes KR, comme leurs pairs (lui, ne, ar, etc.), ne sont pas faciles à polariser, car ils sont relativement petits et ont également une densité électronique élevée; c'est-à-dire que la surface de ces billes ne est pas retardée avec appréciation de générer un dipôle instantané qui induit un autre dans un marbre voisin.

Interactions interatomiques

C'est pour cette raison que la seule force que les atomes KR sont cohérentes sont la dispersion de Londres; Mais ils sont très faibles dans le cas du Kripton, donc il nécessite de basses températures pour que leurs atomes définissent un liquide ou un verre.

Cependant, ces températures (point d'ébullition et de fusion, respectivement) sont plus élevées par rapport à celles de l'argon, du néon et de l'hélium. Cela est dû à la plus grande masse atomique du Kripton, équivalent à un rayon atomique plus grand et, par conséquent, plus polarisable.

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Par exemple, le point d'ébullition du Kripton est d'environ -153 ºC, tandis que ceux de l'argon de gaz nobles (-186 ºC), de néon (-246 ºC) et d'hélio (-269 ºC), sont plus bas; C'est-à-dire que leurs gaz ont besoin de températures plus froides (plus proches de -273,15 ºC ou 0 K) pour pouvoir se condenser à la phase liquide.

Ici, nous voyons comment la taille de ses radios atomiques est directement liée à ses interactions interatomiques. Il en va de même pour leurs points de fusion respectifs, une température à laquelle le Kripton se cristallise enfin à -157 ºC.

Kripton Crystal

Lorsque la température descend à -157 ºC, les atomes de KR s'approchent suffisamment pour cohésive encore plus et définissent un cristal blanc de structure cubique centrée sur les faces (FCC). Ainsi, il y a maintenant un ordre structurel régi par ses forces de dispersion.

Bien qu'il n'y ait pas beaucoup d'informations à ce sujet, le cristal FCC de Kripton peut subir des transitions cristallines vers des phases plus denses si elle est soumise à d'énormes pressions; Comme l'hexagonal compact (HCP), dans lequel les atomes KR seront plus regroupés.

De même, sans quitter ce point de côté, les atomes KR peuvent être piégés dans des cages de glace appelés cloratos. Si la température est suffisamment basse, il peut y avoir des cristaux mixtes de Kripton-Agua, avec les atomes KR commandés et entourés de molécules d'eau.

Où est-il et obtenez

Atmosphère

Le Kripton est diffusé dans toute l'atmosphère, sans pouvoir s'échapper du champ gravitationnel de la terre contrairement à l'hélium. Dans les airs que nous respirons, sa concentration est d'environ 1 ppm, bien qu'elle puisse varier en fonction des émanations gazeuses; Soit des éruptions volcaniques, des geaires, des sources chaudes ou peut-être des dépôts de gaz naturel.

Parce qu'il est peu soluble dans l'eau, sa concentration dans l'hydrosphère est probablement méprisable. Il en va de même pour les minéraux; Il y a peu d'atomes de Kripton qui peuvent être piégés à l'intérieur. Par conséquent, la seule source de ce noble gaz est l'air.

Liquéfaction fractionnaire et distillation

Pour l'obtenir, l'air doit passer par un processus de liquéfaction, de sorte que tous ses gaz de composante se condensent et forment un liquide. Ensuite, ce liquide est chauffé en appliquant une distillation fractionnée à basse température.

Une fois que l'oxygène, l'argon et l'azote ont été distillés, le Kripton et le xénon restent dans le liquide restant, qui a adsorné sur du carbone ou du gel de silice activé. Ce liquide est chauffé à -153 ºC pour pouvoir distiller le Kripton.

Enfin, le Kripton collecté est purifié en le faisant en traversant le titane en métal chaud, ce qui élimine les boissons gazeuses.

Si la séparation de ses isotopes est souhaitée, le gaz est monté par une colonne en verre où la diffusion thermique souffre; Les isotopes plus légers s'élèveront au sommet, tandis que le plus lourd aura tendance à rester en bas. Ainsi, l'isotope ⁸⁴Kr et ⁸⁶Kr, par exemple, sont collectés séparément en arrière-plan.

Le Kripton peut être stocké dans des ampoules en verre pyrex ambiant, ou dans des réservoirs hermétiques en acier. Avant de l'emballer, il est soumis à un contrôle de qualité par spectroscopie, pour certifier que votre spectre est unique et ne contient pas de lignes d'autres éléments.

Fision nucléaire

Une autre méthode pour obtenir le Kripton réside dans la fission nucléaire de l'uranium et du plutonium, dont il existe également un mélange de ses isotopes radioactifs.

Isotopes

Kripton est présenté dans la nature comme six isotopes stables. Ceux-ci, avec leurs abondances correspondantes sur Terre, sont: ⁷⁸KR (0,36%), ⁸⁰KR (2,29%), ⁸²KR (11,59%), ⁸³KR (11,50%), ⁸⁴Kr (56,99%) et ⁸⁶KR (17,28%). Il ⁷⁸KR est un isotope radioactif; Mais votre demi-vie (t_1/2) est tellement génial (9.2 · 10^vingt-et-un ans) qui est pratiquement considéré comme stable.

C'est pourquoi sa masse atomique standard (poids atomique) est de 83 798 U, plus près de 84 U de l'isotope ⁸⁴Krot.

En traces, les quantités sont également le radio-isotope ⁸¹Kr (t_1/2= 2,3 · 10⁵), qui se produit lorsque le ⁸⁰Kr reçoit des rayons cosmiques. En plus des isotopes susmentionnés, il existe deux radio-isotopes synthétiques: le ⁷⁹Kr (t_1/2= 35 heures) et ⁸⁵Kr (t_1/2= 11 ans); Ce dernier est celui qui se produit comme produit de la fission nucléaire de l'uranium et du plutonium.

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Des risques

Kripton est un élément non toxique, car il ne réagit pas dans des conditions normales, ni ne représente le risque de feu lorsqu'il est mélangé avec de forts agents oxydants. Une fuite de ce gaz n'est pas un danger; Sauf si vous respirez directement, jusqu'à ce que vous déplaciez l'oxygène et que vous provoquez de la suffocation.

Les atomes KR entrent et sont expulsés du corps sans participer à aucune réaction de métabolisme. Cependant, ils peuvent déplacer l'oxygène qui devrait atteindre les poumons et transporter dans le sang, afin que l'individu puisse souffrir de narcose ou d'hypoxie, en plus d'autres conditions.

Pour le reste, nous respirons constamment Kripton dans chaque espace d'air. Maintenant, en ce qui concerne ses composés, l'histoire est une autre. Par exemple, le KRF₂ C'est un puissant agent fluorante; Et donc, "donnera" les anions f^- à toute molécule de la matrice biologique avec laquelle on trouve, étant potentiellement dangereux.

Peut-être un kripton clatrat (pris dans une cage de glace) n'est pas considérablement dangereux, à moins qu'il y ait certaines impuretés que la toxicité donne.

Applications

Les clignotants de caméras à vitesse haute sont dus à l'excitation de Kripton. Source: Mhoistion [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le Kripton est présent dans diverses applications autour des artefacts ou des appareils conçus pour l'éclairage. Par exemple, il fait partie des "néons" des couleurs vert jaunâtre. Les lumières "juridiques" du Kripton sont blanches, car leur spectre d'émission couvre toutes les couleurs du spectre visible.

La lumière blanche du Kripton a été utilisée pour des photographies, car elles sont très intenses et rapides, étant parfaites pour les clignols de caméras à grande vitesse, ou pour des éclairs instantanés sur les pistes aéroportuaires.

De même, les tubes d'amortissement électriques émanant de cette lumière blanche peuvent être enduites de papiers colorés, donnant l'effet de l'affichage des lumières de nombreuses couleurs sans utiliser d'autres gaz.

Il est ajouté aux ampoules de filament de tungstène pour augmenter sa durée de vie utile, et aux lampes argon fluorescentes à ce même but, réduisant également son intensité et augmentant ses coûts (car il est plus cher que l'argon).

Lorsque le Kripton compose la garniture gazeuse des ampoules à incandescence, elle augmente sa luminosité et en fait la plus bleuâtre.

Lasers

Les lasers rouges vus dans les émissions de lumière sont basés sur les lignes spectrales du Kripton au lieu du mélange d'hélium-neon.

D'un autre côté, avec le Kripton, de puissants lasers de rayonnement ultraviolet peuvent être fabriqués: ceux du fluorure Kripton (KRF). Ce laser utilise pour la photolithographie, les chirurgies médicales, la recherche dans le domaine de la fusion nucléaire et les micromaquinados des matériaux et composés solides (modifiant sa surface par l'action du laser).

Définition du métro

Entre les années 1960 et 1983 ⁸⁶Kr (multiplié par 1.650.763.73), afin de définir la longueur exacte d'un mètre.

Détection d'armement nucléaire

Parce que le radio-isotope ⁸⁵KR est l'un des produits de l'activité nucléaire, où il est détecté est un indicatif qu'il y avait la détonation d'une arme nucléaire, ou que des activités illégales ou clandestines de cette énergie sont en cours.

Médecine

Le Kripton a été utilisé en médecine comme anesthésique, absorbant X-Ray, détecteur d'anomalies cardiaques, et pour couper la rétine des yeux avec une manière précise et contrôlée avec leurs lasers.

Leurs radio-isotopes ont également des applications en médecine nucléaire, pour étudier et scanner le flux d'air et de sang à l'intérieur des poumons, et obtenir des images par résonance magnétique nucléaire des voies respiratoires du patient.

Les références

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