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Criptón

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

El criptón, al igual que otros gases nobles, se utiliza en iluminación y fotografía . La luz del 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 láseres excimer ), 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 definición oficial del metro se basó en la longitud de onda de una línea espectral del criptón-86, debido a la alta potencia y la relativa facilidad de operación de los tubos de descarga de criptón .

Historia

Sir William Ramsay , el descubridor del criptón

El criptón fue descubierto en Gran Bretaña en 1898 por William Ramsay , un químico escocés, y Morris Travers , un químico inglés, en un residuo que quedó de la evaporación de casi todos los componentes del aire líquido . El neón fue descubierto por los mismos trabajadores mediante un procedimiento similar unas semanas más tarde. [12] William Ramsay recibió el Premio Nobel de Química de 1904 por el descubrimiento de una serie de gases nobles , entre ellos el criptón. [13]

En 1960, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas definió el metro como 1.650.763,73 longitudes de onda de luz emitida en el vacío correspondientes a la transición entre los niveles 2p 10 y 5d 5 en el isótopo criptón-86. [14] [15] Este acuerdo reemplazó al prototipo de metro internacional de 1889 , que era una barra de metal ubicada en Sèvres . Esto también hizo obsoleta la definición de 1927 del ångström basada en la línea espectral roja del cadmio , [16] reemplazándola por 1 Å = 10 −10  m. La definición del 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. [17] [18] [19]

Características

El criptón se caracteriza por varias líneas de emisión nítidas ( firmas espectrales ), siendo las más fuertes las verdes y amarillas. [20] El criptón es uno de los productos de la fisión del uranio . [21] El criptón sólido es blanco y tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras , que es una propiedad común de todos los gases nobles (excepto el helio , que tiene una estructura cristalina compacta hexagonal). [22]

Isótopos

El kriptón que se encuentra de forma natural en la atmósfera terrestre se compone de 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 tercera vida media más larga conocida entre todos los isótopos para los que se ha observado la desintegración; sufre una doble captura de electrones a 78 Se ). [11] [23] Además, se conocen unos treinta isótopos e isómeros inestables. [24] También se encuentran en la naturaleza trazas de 81 Kr, un nucleido cosmogénico producido por la irradiación de rayos cósmicos de 80 Kr: este isótopo es radiactivo con una vida media de 230.000 años. El criptón es altamente volátil y no permanece en solución en aguas cercanas a la superficie, pero se ha utilizado 81 Kr para datar aguas subterráneas antiguas (50.000–800.000 años) . [25]

El 85 Kr es un gas noble radiactivo inerte con una vida media de 10,76 años. Se produce por la fisión de uranio y plutonio , como en las pruebas de bombas nucleares y reactores nucleares . El 85 Kr se libera durante el reprocesamiento de las barras de combustible de los reactores nucleares. Las concentraciones en el Polo Norte son un 30% más altas que en el Polo Sur debido a la mezcla convectiva. [26]

Química

Al igual que los demás gases nobles, el criptón 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 escandida, es difícil oxidar los elementos 4p a sus estados de oxidación de grupo. Hasta la década de 1960 no se había sintetizado ningún compuesto de gas noble. [27]

Tras la primera síntesis exitosa de compuestos de xenón en 1962, se inició la síntesis de difluoruro de criptón ( KrF
2) se informó en 1963. En el mismo año, KrF
4Grosse et al. informaron sobre esto [28] , pero posteriormente se demostró que era una identificación errónea. [29] En condiciones extremas, el criptón reacciona con flúor para formar KrF 2 de acuerdo con la siguiente ecuación:

El gas criptón en un láser de fluoruro de criptón absorbe energía de una fuente, lo que hace que el criptón reaccione con el gas flúor, produciendo el exciplex fluoruro de criptón, un complejo temporal en un estado de energía excitado: [30]

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

El resultado es un láser exciplex que irradia energía a 248 nm, cerca de la porción ultravioleta del espectro , que corresponde a la diferencia de energía entre el estado fundamental y el estado excitado del complejo. [31]

Sólidos de Kr(H 2 ) 4 y H 2 formados en una celda de yunque de diamante [32]
Estructura de Kr(H 2 ) 4 . Los octaedros de criptón (verdes) están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas aleatoriamente. [32]

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 . [33] Se han investigado los iones poliatómicos Ar Kr + y Kr H + y hay evidencia de Kr Xe o KrXe + . [34]

La reacción de KrF
2con B(OTeF
5)
3produce un compuesto inestable, Kr(OTeF
5)
2, que contiene un enlace kriptón- oxígeno . Un enlace kriptón- nitrógeno se encuentra en el catión [HC≡N–Kr–F]+
, producido por la reacción de KrF
2con [HC≡NH]+
[AsF−
6] por debajo de -50 °C. [35] [ 36] Se informó que HKrCN y HKrC≡CH (hidruro-cianuro de criptón e hidrocriptoacetileno) eran estables hasta 40 K. [27]

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 las caras donde los octaedros de criptón están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas aleatoriamente. [32]

Ocurrencia natural

La Tierra ha conservado 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 . Se puede extraer del aire líquido mediante destilación fraccionada . [37] 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. [38]

Aplicaciones

Tubo de descarga de gas criptón

Las múltiples líneas de emisión del criptón hacen que las descargas de gas criptón ionizado parezcan blanquecinas, lo que a su vez hace que las bombillas basadas en criptón sean útiles en fotografía como fuente de luz blanca. El criptón se utiliza en algunos flashes fotográficos para fotografías de alta velocidad . El gas criptón también se combina con mercurio para hacer señales luminosas que brillan con una luz azul verdosa brillante. [39]

El criptón se mezcla con argón en lámparas fluorescentes de bajo consumo, lo que reduce el consumo de energía, pero también reduce la salida de luz y aumenta el costo. [40] El criptón cuesta aproximadamente 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 . [41]

La descarga blanca del criptón se utiliza a veces como efecto artístico en los tubos de "neón" de descarga de gas. El criptón produce una potencia luminosa mucho mayor que el neón en la región de la línea espectral roja y, por este motivo, los láseres rojos para espectáculos de luz láser de alta potencia suelen ser láseres de criptón con espejos que seleccionan la línea espectral roja para la amplificación y emisión del láser, en lugar de la variedad más conocida de helio-neón, que no podía alcanzar las mismas salidas de varios vatios. [42]

El láser de fluoruro de criptón es importante en la investigación de la energía de fusión nuclear en experimentos de confinamiento. El láser tiene una gran uniformidad de haz, una longitud de onda corta y el tamaño del punto se puede variar para rastrear una pastilla que implosiona. [43]

En física de partículas experimental, el criptón líquido se utiliza para construir calorímetros electromagnéticos cuasi homogéneos . Un ejemplo notable es el calorímetro del experimento NA48 en el CERN que contiene alrededor de 27 toneladas de criptón líquido. Este uso es poco frecuente, 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 .

El kriptón-83 tiene aplicaciones en la resonancia magnética para obtener imágenes de las vías respiratorias. En particular, permite al radiólogo distinguir entre superficies hidrófobas e hidrófilas que contienen una vía respiratoria. [44]

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 respirable al 35%. Una mezcla respirable de 30% de xenón y 30% de criptón es comparable en efectividad para la TC a una fracción de xenón del 40%, al tiempo que evita los efectos no deseados de una alta presión parcial de gas xenón. [45] El isótopo metaestable criptón-81m se utiliza en medicina nuclear para exploraciones de ventilación/perfusión pulmonar , donde se inhala y se obtienen imágenes con una cámara gamma . [46] El criptón-85 en la atmósfera se ha utilizado para detectar instalaciones clandestinas de reprocesamiento de combustible nuclear en Corea del Norte [47] y Pakistán . [48] Esas instalaciones se detectaron a principios de la década de 2000 y se creía que estaban produciendo plutonio de grado armamentístico. El criptón-85 es un producto de fisión de vida media y, por lo tanto, se escapa del combustible gastado cuando se retira el revestimiento. [49]

El criptón se utiliza ocasionalmente como gas aislante entre los cristales de las ventanas. [50] SpaceX Starlink utiliza criptón como propulsor para su sistema de propulsión eléctrica . [51]

Precauciones

Kriptón comparado con otros gases anestésicos (la concentración alveolar mínima es un indicador inverso de potencia)

El criptón se considera un asfixiante no tóxico . [52] Al ser lipofílico , el criptón tiene un efecto anestésico significativo (aunque el mecanismo de este fenómeno aún no está completamente claro , [53] hay buena evidencia de que las dos propiedades están relacionadas mecánicamente), con una potencia narcótica siete veces mayor que el aire, y respirar una atmósfera de 50% de criptón y 50% de aire natural (como podría suceder en la localidad de una fuga) causa narcosis en humanos similar a respirar aire a cuatro veces la presión atmosférica. Esto es comparable a bucear a una profundidad de 30 m (100 pies) y podría afectar a cualquiera que lo respire.

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Lectura adicional

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