Krypton: história, propriedades, estrutura, compras, riscos, usos

O crípton é um gás nobre, que é representado pelo símbolo Kr e localiza-se no grupo 18 da tabela periódica. É o gás que segue o argônio, e sua abundância é tão baixa que foi considerada oculta; De lá vem o nome dele. Não é encontrado quase em pedras minerais, mas em massas de gases naturais e quase dissolvido nos mares e oceanos.

Apenas seu nome evoca a imagem do Super-Homem, seu planeta Krypton e a famosa Kryptonita, uma pedra que enfraquece o super-herói e o priva de seus super poderes. Você também pode pensar em criptomoedas ou na cripta quando ouvir sobre ela, bem como em outros termos que são essencialmente desse gás.

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Frasco de Krypton excitado por um choque elétrico e brilhando com luz branca. Fonte: Imagens em Alta Resolução de Elementos Químicos [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

No entanto, esse gás nobre é menos extravagante e “oculto” em comparação com os números mencionados acima; embora sua falta de reatividade não elimine todo o interesse potencial que pode ser despertado em pesquisas voltadas para diferentes campos, especialmente o físico.

Ao contrário dos outros gases nobres, a luz emitida pelo criptônio quando excitada em um campo elétrico é branca (imagem acima). Por esse motivo, é utilizado para diversos usos na indústria de iluminação. Você pode substituir praticamente qualquer luz de neon e emitir a sua própria, que se distingue por ser verde amarelado.

Ocorre na natureza como uma mistura de seis isótopos estáveis, sem mencionar alguns radioisótopos destinados à medicina nuclear. Para obter esse gás, o ar que respiramos deve ser liquefeito e submeter o líquido resultante a uma destilação fracionada, onde o criptônio é então purificado e separado em seus isótopos constituintes.

Graças ao krypton, foi possível avançar nos estudos de fusão nuclear, bem como nas aplicações de lasers para fins cirúrgicos.

História

– Descoberta do elemento oculto

Em 1785, o químico e físico inglês Henry Cavendish descobriu que o ar continha uma pequena proporção de uma substância ainda menos ativa que o nitrogênio.

Um século depois, o físico inglês Lord Rayleigh isolou do ar um gás que ele pensava ser nitrogênio puro; mas então ele descobriu que era mais pesado.

Em 1894, o químico escocês Sir William Ramsey colaborou para isolar esse gás, que acabou sendo um novo elemento: o argônio. Um ano depois, ele isolou o gás hélio aquecendo o mineral cleveita.

O próprio Sir William Ramsey, junto com seu assistente, o químico inglês Morris Travers, descobriram o cripton em 30 de maio de 1898, em Londres.

Ramsey e Travers consideraram que havia um espaço na tabela periódica entre os elementos argônio e hélio, e um novo elemento deveria preencher esse espaço. Ramsey, um mês após a descoberta do Krypton, em junho de 1898, descobriu o néon; elemento que preencheu o espaço entre hélio e argônio.

Metodologia

Ramsey suspeitava da existência de um novo elemento escondido em sua descoberta anterior, a do argônio. Ramsey e Travers, para provar sua idéia, decidiram obter um grande volume de argônio do ar. Para isso, eles tiveram que produzir a liquefação do ar.

Em seguida, eles destilaram o ar líquido para separá-lo em frações e explorar nas frações mais leves a presença do elemento gasoso desejado. Mas eles cometeram um erro, aparentemente eles aqueceram excessivamente o ar liquefeito e evaporaram uma grande quantidade da amostra.

No final, eles tinham apenas 100 mL da amostra e Ramsey estava convencido de que a presença do elemento mais leve que o argônio naquele volume era improvável; mas decidiu explorar a possibilidade da existência de um elemento mais pesado que o argônio no volume residual da amostra.

Seguindo seu pensamento, ele removeu oxigênio e nitrogênio do gás usando cobre e magnésio em brasa. Em seguida, ele colocou uma amostra do gás restante em um tubo de vácuo, aplicando uma alta tensão para obter o espectro de gás.

Como esperado, o argônio estava presente, mas eles notaram o aparecimento no espectro de duas novas linhas brilhantes; um amarelo e o outro verde, que nunca haviam sido observados.

– Emergência de nome

Ramsey e Travers calcularam a relação entre o calor específico do gás a pressão constante e seu calor específico a volume constante, encontrando um valor de 1,66 para essa razão. Esse valor correspondia a um gás formado por átomos individuais, provando que não era um composto.

Portanto, eles estavam na presença de um novo gás e o krypton havia sido descoberto. Ramsey decidiu chamá-lo de Krypton, uma palavra derivada da palavra grega “krypto”, que significa “oculto”. William Ramsey recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1904 pela descoberta desses gases nobres.

Propriedades físicas e químicas

Aparência

É um gás incolor que exibe uma cor branca incandescente em um campo elétrico.

Peso atômico padrão

83.798 u

Número atômico (Z)

36.

Ponto de fusão

-157.37 ° C

Ponto de ebulição

153.415 ° C

Densidade

Sob condições padrão: 3.949 g / L

Estado líquido (ponto de ebulição): 2.413 g / cm 3

Densidade relativa do gás

2,9 em relação ao ar com valor = 1. Ou seja, o criptônio é três vezes mais denso que o ar.

Solubilidade em água

59,4 centímetros 3 /1.000 g a 20 ° C

Ponto triplo

115.775 K e 73,53 kPa

Ponto crítico

209,48 K e 5.525 MPa

Calor de fusão

1,64 kJ / mol

Calor de vaporização

9,08 kJ / mol

Capacidade de calorias molares

20,95 J / (molK)

Pressão de vapor

A uma temperatura de 84 K, tem uma pressão de 1 kPa.

Eletronegatividade

3.0 na escala de Pauling

Energia de ionização

Primeiro: 1.350,8 kJ / mol.

Segundo: 2.350,4 kJ / mol.

Terceiro: 3.565 kJ / mol.

Velocidade do som

Gás (23 ºC): 220 m / s

Líquido: 1.120 m / s

Condutividade térmica

9,4310 -3 W / (mK)

encomendar magnética

Diamagnetic

Número de oxidação

Krypton por ser um gás nobre não é muito reativo e não perde ou ganha elétrons. Se for alcançado forma de uma composição sólida definida, como com o Kr clatrato 8 (H 2 O) 46 ou hidreto de Cr (H 2 ) 4 , que é, então, dito de participar com um número ou estado de oxidação de 0 (Kr ) ; isto é, seus átomos neutros interagem com uma matriz de moléculas.

No entanto, o criptônio pode formalmente perder elétrons se se ligar ao elemento mais eletronegativo de todos: o flúor. No KrF 2, seu número de oxidação é +2; portanto, assume-se a existência do cátion divalente Kr 2+ (Kr 2+ F 2 ).

Reatividade

Em 1962, foi relatada a síntese do difluoreto de cripton (KrF 2 ). Este composto é um sólido cristalino, incolor, altamente volátil e decompõe-se lentamente à temperatura ambiente; mas é estável a -30 ° C. O fluoreto de cripton é um poderoso agente oxidante e fluoretante.

O krypton reage com o flúor quando combinado em um tubo de descarga elétrica a -183 ° C, formando KrF 2 . A reação também ocorre quando o cripton e o flúor são irradiados com luz ultravioleta a -196 ° C.

O KrF + e Cr 2 F 3 + são compostos formados pela reacção de KrF 2 com aceitadores fortes fluoretos. O criptônio é parte de um composto instável: K (OTeF 5 ) 2 , que possui uma ligação entre o criptônio e um oxigênio (Kr-O).

Uma ligação criptônio-nitrogênio é encontrada no cátion HCΞN-Kr-F. Os hidretos de kripton, KrH 2 , podem ser cultivados a pressões superiores a 5 GPa.

No início do século XX, todos esses compostos eram considerados impossíveis, dada a reatividade zero que foi concebida para esse gás nobre.

Estrutura e configuração eletrônicas

Krypton Atom

O criptônio sendo um gás nobre tem seu octeto completo de Valência; isto é, seus orbitais syp estão completamente cheios de elétrons, o que pode ser verificado em sua configuração eletrônica:

[Ar] 3d 10 4s 2 4p 6

É um gás monoatômico, independentemente (até o momento) das condições de pressão ou temperatura que operam nele. Portanto, seus três estados são definidos pelas interações interatômicas de seus átomos de Kr, que podem ser imaginados como se fossem bolas de gude.

Esses átomos de Kr, como seus congêneres (He, Ne, Ar, etc.), não são fáceis de polarizar, pois são relativamente pequenos e também têm uma alta densidade eletrônica; isto é, a superfície desses mármores não se deforma significativamente para gerar um dipolo instantâneo que induz outro em um mármore vizinho.

Interações interatômicas

É por esse motivo que a única força que mantém os átomos de Kr coesos são os da dispersão de Londres; mas eles são muito fracos no caso do cripton, portanto são necessárias temperaturas baixas para que seus átomos definam um líquido ou cristal.

No entanto, essas temperaturas (ponto de ebulição e derretimento, respectivamente) são maiores em comparação com as de argônio, néon e hélio. Isto é devido à maior massa atômica do cripton, equivalente a um raio atômico maior e, portanto, mais polarizável.

Por exemplo, o ponto de ebulição do criptônio é em torno de -153 ° C, enquanto os dos gases nobres argônio (-186 ° C), neon (-246 ° C) e hélio (-269 ° C) são mais baixos; ou seja, seus gases precisam de temperaturas mais baixas (próximas a -273,15 ° C ou 0 K) para poder condensar na fase líquida.

Aqui vemos como o tamanho de seus raios atômicos está diretamente relacionado às suas interações interatômicas. O mesmo acontece com seus respectivos pontos de fusão, temperatura na qual o criptônio finalmente cristaliza a -157 ° C.

Krypton Crystal

Quando a temperatura cai para -157 ° C, os átomos de Kr se aproximam lentamente o suficiente para coalescer ainda mais e definir um cristal branco com uma estrutura cúbica centrada na face (fcc). Assim, existe agora uma ordem estrutural governada por suas forças de dispersão.

Embora não exista muita informação, o vidro fcc do criptônio pode sofrer transições cristalinas para fases mais densas se submetido a pressões enormes; como o compacto hexagonal (hcp), no qual os átomos de Kr serão mais agrupados.

Além disso, sem deixar esse ponto de lado, os átomos de Kr podem ficar presos em gaiolas chamadas clatratos. Se a temperatura estiver baixa o suficiente, pode haver cristais mistos de água de cripton, com os átomos de Kr organizados e cercados por moléculas de água.

Onde você está e chegar

Atmosfera

Krypton está espalhado por toda a atmosfera, incapaz de escapar do campo gravitacional da Terra, diferentemente do hélio. No ar que respiramos, sua concentração é de cerca de 1 ppm, embora isso possa variar dependendo das emanações gasosas; Erupções vulcânicas, gêiseres, fontes termais ou talvez depósitos de gás natural.

Por ser pouco solúvel em água, é provável que sua concentração na hidrosfera seja insignificante. O mesmo vale para os minerais; Poucos átomos de kripton podem ficar presos dentro deles. Portanto, a única fonte desse gás nobre é o ar.

Liquefação e destilação fracionada

Para obtê-lo, o ar precisa passar por um processo de liquefação, para que todos os seus gases componentes se condensem e forme um líquido. Em seguida, esse líquido é aquecido aplicando uma destilação fracionada a baixas temperaturas.

Após a destilação do oxigênio, argônio e nitrogênio, o criptônio e o xenônio permanecem no líquido restante, que é adsorvido no carvão ativado ou sílica gel. Este líquido é aquecido a -153 ° C para poder destilar o cripton.

Finalmente, o criptônio coletado é purificado passando-o através de titânio metálico quente, o que elimina as impurezas gasosas.

Se a separação de seus isótopos é desejada, o gás é promovido por uma coluna de vidro onde sofre difusão térmica; Os isótopos mais leves subirão para o topo, enquanto os mais pesados ​​tenderão a permanecer no fundo. Assim, o isótopo 84 Kr e 86 Kr, por exemplo, são coletados separadamente na parte inferior.

O krypton pode ser armazenado em lâmpadas de vidro Pyrex à pressão ambiente ou em tanques de aço herméticos. Antes de embalar, ele é submetido ao controle de qualidade por espectroscopia, para certificar que seu espectro é único e não contém linhas de outros elementos.

Fissão nuclear

Outro método de obtenção de cripton está na fissão nuclear de urânio e plutônio, a partir da qual também é produzida uma mistura de seus isótopos radioativos.

Isótopos

Krypton se apresenta na natureza como seis isótopos estáveis. Estes, com sua abundância correspondente na Terra, são: 78 Kr (0,36%), 80 Kr (2,29%), 82 Kr (11,59%), 83 Kr (11,50%), 84 Kr (56,99%) e 86 Kr (17,28%). A 78 Kr é um isótopo radioactivo; mas sua meia-vida ( t 1/2 ) é tão grande (9,2 · 10 21 anos) que é praticamente considerada estável.

É por isso que sua massa atômica padrão (peso atômico) é 83.798 u, mais próxima de 84 u do isótopo 84 Kr.

Em quantidades vestigiais, há também o radioisótopo 81 Kr ( t 1/2 = 2,3 · 10 5 ), que ocorre quando 80 Kr recebe raios cósmicos. Além dos isótopos acima mencionados, existem dois radioisótopos sintéticos: 79 Kr ( t 1/2 = 35 horas) e 85 Kr ( t 1/2 = 11 anos); o último é o que é produzido como um produto da fissão nuclear de urânio e plutônio.

Riscos

O criptônio é um elemento não-tóxico, pois não reage em condições normais, nem representa risco de incêndio quando misturado com agentes oxidantes fortes. Um vazamento desse gás não representa perigo; a menos que você respire diretamente, substitua o oxigênio e cause asfixia.

Os átomos de Kr entram e são expulsos do corpo sem participar de nenhuma reação do metabolismo. No entanto, eles podem deslocar o oxigênio que deve atingir os pulmões e ser transportado pelo sangue, para que o indivíduo sofra de narcose ou hipóxia, além de outras condições.

De resto, respiramos constantemente krypton em cada respiração do ar. Agora, com relação a seus compostos, a história é diferente. Por exemplo, KrF 2 é um poderoso agente fluoretante; e, portanto, “dê” ânions F a qualquer molécula da matriz biológica com a qual é encontrada, sendo potencialmente perigosa.

Possivelmente, um clatrato de cripton (preso em uma gaiola de gelo) não é consideravelmente perigoso, a menos que haja certas impurezas que adicionam toxicidade.

Usos

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Os flashes das câmeras de alta velocidade são parcialmente devidos à excitação do krypton. Fonte: Mhoistion [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

O Krypton está presente em várias aplicações em dispositivos ou dispositivos projetados para iluminação. Por exemplo, faz parte das “luzes de neon” de cores verde amareladas. As luzes “legais” do krypton são brancas, pois seu espectro de emissão cobre todas as cores do espectro visível.

A luz branca do krypton foi realmente usada para fotografias, pois são muito intensas e rápidas, sendo perfeitas para flashes de câmera de alta velocidade ou flashes instantâneos nas pistas do aeroporto.

Da mesma forma, os tubos de descarga elétrica que emanam essa luz branca podem ser revestidos com papéis coloridos, dando o efeito de exibir luzes de várias cores sem a necessidade de excitar o uso de outros gases.

É adicionado às lâmpadas de filamento de tungstênio para aumentar sua vida útil e às lâmpadas fluorescentes de argônio com o mesmo objetivo, reduzindo sua intensidade e aumentando seus custos (por serem mais caros que o argônio).

Quando o criptônio compõe o enchimento gasoso de lâmpadas incandescentes, aumenta seu brilho e o torna mais azulado.

Lasers

Os lasers vermelhos vistos em mostras de luz são baseados nas linhas espectrais de criptônio, em vez da mistura hélio-néon.

Por outro lado, poderosos lasers de radiação ultravioleta podem ser fabricados com krypton: os do fluoreto de krypton (KrF). Este laser é usado para fotolitografia, cirurgias médicas, pesquisas no campo da fusão nuclear e micro-usinagem de materiais e compostos sólidos (modifique sua superfície por ação do laser).

Metro Definição

Entre os anos 1960 e 1983, foi utilizado o comprimento de onda da linha espectral vermelho-alaranjada do isótopo 86 Kr (multiplicado por 1.650.763,73), para definir o comprimento exato de um metro.

Detecção de armas nucleares

Como o radioisótopo 85 Kr é um dos produtos da atividade nuclear, onde é detectado, é uma indicação de que houve a detonação de uma arma nuclear ou de que atividades ilegais ou clandestinas dessa energia estão sendo realizadas.

Remédio

O Krypton tem sido utilizado na medicina como anestésico, absorvedor de raios-X, detector de anormalidades no coração e para cortar a retina do olho com seus lasers de maneira precisa e controlada.

Seus radioisótopos também têm aplicações na medicina nuclear, para estudar e escanear o fluxo de ar e sangue dentro dos pulmões e obter imagens de ressonância magnética nuclear das vias aéreas do paciente.

Referências

  1. Gary J. Schrobilgen. (28 de setembro de 2018). Krypton Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  2. Wikipedia (2019). Krypton Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Michael Pilgaard (16 de julho de 2016). Reações químicas de Krypton. Recuperado de: pilgaardelements.com
  4. Cristalografia365. (16 de novembro de 2014). Um material super legal – a estrutura cristalina do Krypton. Recuperado de: crystallography365.wordpress.com
  5. Dr. Doug Stewart. (2019). Fatos do elemento Krypton. Chemicool Recuperado de: chemicool.com
  6. Marques Miguel. (sf). Krypton Recuperado em: nautilus.fis.uc.pt
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  8. AZoOptics (25 de abril de 2014). Laser do excimer do fluoreto de Krypton – propriedades e aplicações. Recuperado de: azooptics.com

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