Krypton

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Krypton,  36 Kr
Krypton descarga tube.jpg
Um tubo de descarga cheio de criptônio brilhando em branco
Krypton
Pronúncia/ k r ɪ p t ɒ n / ​( KRIPT -on )
Aparênciagás incolor, exibindo um brilho esbranquiçado em um campo elétrico
Peso atômico padrão A r, std (Kr) 83.798(2) [1]
Krypton na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio
Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Curium Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Lourenço Rutherfordium Dúbnio Seaborgium Bohrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson
Ar

Kr

Xe
bromocriptôniorubídio
Número atômico ( Z )36
Grupogrupo 18 (gases nobres)
Períodoperíodo 4
Quadra  p-bloco
Configuração eletrônica[ Ar ] 3d 10 4s 2 4p 6
Elétrons por camada2, 8, 18, 8
Propriedades físicas
Fase em  STPgás
Ponto de fusão115,78  K (-157,37 °C, -251,27 °F)
Ponto de ebulição119,93 K (-153,415 °C, -244,147 °F)
Densidade (em STP)3,749 g/L
quando líquido (em  bp )2,413 g/cm3 [ 2 ]
Ponto Triplo115,775 K, 73,53 kPa [3] [4]
Ponto crítico209,48 K, 5,525 MPa [4]
Calor de fusão1,64  kJ/mol
Calor da vaporização9,08 kJ/mol
Capacidade de calor molar20,95 [5]  J/(mol·K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1k 10 mil 100 mil
em  T  (K) 59 65 74 84 99 120
Propriedades atômicas
Estados de oxidação0 , +1, +2 (raramente mais de 0; óxido é desconhecido)
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 3,00
Energias de ionização
  • 1º: 1350,8 kJ/mol
  • 2º: 2350,4 kJ/mol
  • 3º: 3565 kJ/mol
Raio covalente116±4  da tarde
Raio de Van der Waals202 horas
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de criptônio
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalcúbica de face (fcc)
Estrutura cristalina cúbica de face centrada para criptônio
Velocidade do som(gás, 20°C) 221 m·s- 1
(líquido) 1120 m/s
Condutividade térmica9,43×10 −3   W/(m⋅K)
Pedido magnéticodiamagnético [6]
Suscetibilidade magnética molar−28,8 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K) [7]
Número CAS7439-90-9
História
Descoberta e primeiro isolamentoWilliam Ramsay e Morris Travers (1898)
Principais isótopos de criptônio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
78 milhões 0,36% 9,2×10 21  anos [8] εε 78
79 milhões sin 35 horas ε 79 Br
+ _ 79 Br
γ
80 milhões 2,29% estábulo
81 coroas vestígio 2,3 × 10 5  anos ε 81 Br
γ
82 milhões 11,59% estábulo
83 milhões 11,50% estábulo
84 milhões 56,99% estábulo
85 milhões sin 11 anos β- _ 85 Rb
86 coroas 17,28% estábulo
 Categoria: Krypton
| referências

Krypton (do grego antigo : κρυπτός , romanizadokryptos 'o oculto') é um elemento químico com o símbolo  Kr e número atômico  36. É um gás nobre incolor, inodoro e insípido que ocorre em pequenas quantidades na atmosfera e é frequentemente usado com outros gases raros em lâmpadas fluorescentes . Com raras exceções, o criptônio é quimicamente inerte .

O criptônio, como os demais gases nobres, é usado em iluminação e fotografia . A luz de criptônio tem muitas linhas espectrais , e o plasma de criptônio é útil em lasers de gás brilhantes e de alta potência (lasers de íons de criptônio e excimer ), cada um dos quais ressoa e amplifica uma única linha espectral. O fluoreto de criptônio também é um meio de laser útil . De 1960 a 1983, a definição oficial de medidor foi baseada no comprimento de onda de uma linha espectral de criptônio-86, devido à alta potência e relativa facilidade de operação dos tubos de descarga de criptônio .

História

Sir William Ramsay , o descobridor do criptônio

Krypton foi descoberto na Grã- Bretanha em 1898 por William Ramsay , um químico escocês, e Morris Travers , um químico inglês, em resíduos deixados pela evaporação de quase todos os componentes do ar líquido . O néon foi descoberto por um procedimento semelhante pelos mesmos trabalhadores apenas algumas semanas depois. [9] William Ramsay recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1904 pela descoberta de uma série de gases nobres , incluindo o criptônio.

Em 1960, o Bureau Internacional de Pesos e Medidas definiu o metro como 1.650.763,73 comprimentos de onda de luz emitida no vácuo correspondente à transição entre os níveis 2p 10 e 5d 5 do isótopo criptônio-86 . [10] [11] Este acordo substituiu o medidor protótipo internacional de 1889 , que era uma barra de metal localizada em Sèvres . Isso também tornou obsoleta a definição de 1927 do ångström com base na linha espectral de cádmio vermelho , [12] substituindo-a por 1 Å = 10 −10 m. A definição do criptônio-86 durou até a conferência de outubro de 1983, que redefiniu o metro como a distância que a luz percorre no vácuo durante 1/299.792.458 s. [13] [14] [15]

Características

Krypton é caracterizado por várias linhas de emissão nítidas ( assinaturas espectrais ), sendo as mais fortes o verde e o amarelo. [16] O criptônio é um dos produtos da fissão do urânio . [17] O criptônio sólido é branco e tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada , que é uma propriedade comum a todos os gases nobres (exceto hélio , que tem uma estrutura cristalina hexagonal compacta).

Isótopos

O criptônio que ocorre naturalmente na atmosfera da Terra é composto por cinco isótopos estáveis , mais um isótopo ( 78 Kr) com uma meia-vida tão longa (9,2 × 10 21  anos) que pode ser considerado estável. (Este isótopo tem a segunda meia-vida mais longa conhecida entre todos os isótopos para os quais o decaimento foi observado; sofre dupla captura de elétrons para 78 Se ). [8] [18] Além disso, cerca de trinta isótopos e isômeros instáveis são conhecidos. [19] Vestígios de 81 Kr, um nuclídeo cosmogênico produzido pelo raio cósmicoirradiação de 80 Kr, também ocorrem na natureza: este isótopo é radioativo com meia-vida de 230.000 anos. O criptônio é altamente volátil e não fica em solução em águas próximas à superfície, mas 81 Kr tem sido usado para datar águas subterrâneas antigas (50.000 a 800.000 anos) . [20]

O 85 Kr é um gás nobre radioativo inerte com meia-vida de 10,76 anos. É produzido pela fissão de urânio e plutônio , como em testes de bombas nucleares e reatores nucleares . O 85 Kr é liberado durante o reprocessamento de barras de combustível de reatores nucleares. As concentrações no Pólo Norte são 30% mais altas do que no Pólo Sul devido à mistura convectiva. [21]

Estados de oxidação

O criptônio é geralmente encontrado no estado de oxidação +0, típico dos gases nobres . No entanto, Krypton pode se formar no +1 e +2, embora isso raramente seja encontrado. Como os estados de oxidação +0 não podem formar compostos, os compostos de Krypton, como o KrF 2 , são geralmente encontrados no estado de oxidação +2.

Química

Sólidos de Kr(H 2 ) 4 e H 2 formados em uma bigorna de diamante . [22]
Estrutura de Kr(H 2 ) 4 . Krypton octaedros (verde) são cercados por moléculas de hidrogênio orientadas aleatoriamente. [22]

Como os outros gases nobres, o criptônio é quimicamente altamente não reativo. A química bastante restrita do criptônio no estado de oxidação +2 é paralela à do elemento vizinho bromo no estado de oxidação +1; devido à contração do escandídeo é difícil oxidar os elementos 4p aos seus estados de oxidação de grupo. Até a década de 1960, nenhum composto de gás nobre havia sido sintetizado. [23]

Após a primeira síntese bem sucedida de compostos de xenônio em 1962, a síntese de difluoreto de criptônio ( KrF
2
) foi relatado em 1963. No mesmo ano, KrF
4
foi relatado por Grosse, et al. , [24] mas foi posteriormente demonstrado ser uma identificação equivocada. [25] Sob condições extremas, o criptônio reage com o flúor para formar KrF 2 de acordo com a seguinte equação:

Kr + F 2 → KrF 2

O gás de criptônio em um laser de fluoreto de criptônio absorve energia de uma fonte, fazendo com que o criptônio reaja com o gás de flúor, produzindo o exciplex fluoreto de criptônio, um complexo temporário em estado de energia excitado:

2 Kr + F
2
→ 2 KrF

O complexo pode sofrer emissão espontânea ou estimulada, reduzindo seu estado de energia a um estado fundamental metaestável, mas altamente repulsivo . O complexo do estado fundamental se dissocia rapidamente em átomos não ligados:

2 KrF → 2 Kr + F
2

O resultado é um laser exciplex que irradia energia em 248 nm, próximo à porção ultravioleta do espectro , correspondendo à diferença de energia entre o estado fundamental e o estado excitado do complexo.

Compostos com criptônio ligado a outros átomos que não o flúor também foram descobertos. Há também relatos não verificados de um sal de bário de um oxoácido de criptônio . [26] Os íons poliatômicos Ar Kr + e Kr H + foram investigados e há evidências de Kr Xe ou KrXe + . [27]

A reação de KrF
2
com B(OTeF
5
)
3
produz um composto instável, Kr(OTeF
5
)
2
, que contém uma ligação criptônio- oxigênio . Uma ligação criptônio- nitrogênio é encontrada no cátion [HC≡N–Kr–F]+
, produzido pela reação de KrF
2
com [HC≡NH]+
[AsF-
6
] abaixo de -50 °C. [28] [29] HKrCN e HKrC≡CH (hidreto de criptônio-cianeto e hidrocriptoacetileno) foram relatados como estáveis ​​até 40 K . [23]

Cristais de hidreto de criptônio (Kr(H 2 ) 4 ) podem crescer a pressões acima de 5 GPa. Eles têm uma estrutura cúbica de face centrada onde os octaedros de criptônio são cercados por moléculas de hidrogênio orientadas aleatoriamente. [22]

Ocorrência natural

A Terra reteve todos os gases nobres que estavam presentes em sua formação, exceto o hélio . A concentração de Krypton na atmosfera é de cerca de 1 ppm . Pode ser extraído do ar líquido por destilação fracionada . [30] A quantidade de criptônio no espaço é incerta, porque a medição é derivada da atividade meteórica e dos ventos solares. As primeiras medições sugerem uma abundância de criptônio no espaço. [31]

Formulários

Tubo de descarga de gás Krypton

As múltiplas linhas de emissão de Krypton fazem com que as descargas de gás de krypton ionizado pareçam esbranquiçadas, o que, por sua vez, torna as lâmpadas à base de krypton úteis na fotografia como fonte de luz branca. Krypton é usado em alguns flashes fotográficos para fotografia de alta velocidade . O gás criptônio também é combinado com mercúrio para fazer sinais luminosos que brilham com uma luz azul-esverdeada brilhante. [32]

O criptônio é misturado com argônio em lâmpadas fluorescentes energeticamente eficientes, reduzindo o consumo de energia, mas também reduzindo a saída de luz e aumentando o custo. [33] O Krypton custa cerca de 100 vezes mais que o argônio. O criptônio (junto com o xenônio) também é usado para encher lâmpadas incandescentes para reduzir a evaporação do filamento e permitir temperaturas de operação mais altas . [34] Uma luz mais brilhante resulta em mais cor azul do que as lâmpadas incandescentes convencionais.

A descarga branca de Krypton às vezes é usada como um efeito artístico em tubos "neon" de descarga de gás. O krypton produz uma potência de luz muito maior do que o neon na região da linha espectral vermelha e, por esse motivo, os lasers vermelhos para shows de luz de laser de alta potência geralmente são lasers de krypton com espelhos que selecionam a linha espectral vermelha para amplificação e emissão de laser, em vez de a variedade mais familiar de hélio-neon, que não conseguia alcançar as mesmas saídas de vários watts. [35]

O laser de fluoreto de criptônio é importante na pesquisa de energia de fusão nuclear em experimentos de confinamento. O laser tem alta uniformidade de feixe, comprimento de onda curto e o tamanho do ponto pode ser variado para rastrear um pellet implodindo. [36]

Na física de partículas experimental , o criptônio líquido é usado para construir calorímetros eletromagnéticos quase homogêneos . Um exemplo notável é o calorímetro do experimento NA48 no CERN contendo cerca de 27 toneladas de criptônio líquido. Esse uso é raro, pois o argônio líquido é mais barato. A vantagem do criptônio é um raio de Molière menor de 4,7 cm, que proporciona excelente resolução espacial com pouca sobreposição. Os outros parâmetros relevantes para a calorimetria são: comprimento de radiação de X 0 = 4,7 cm e densidade de 2,4 g/cm 3 .

Os conjuntos de centelhadores selados em excitadores de ignição em alguns motores a jato mais antigos contêm uma pequena quantidade de criptônio-85 para produzir níveis de ionização consistentes e operação uniforme.

Krypton-83 tem aplicação em ressonância magnética (MRI) para imagens de vias aéreas. Em particular, permite ao radiologista distinguir entre superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas contendo uma via aérea. [37]

Embora o xenônio tenha potencial para uso em tomografia computadorizada (TC) para avaliar a ventilação regional, suas propriedades anestésicas limitam sua fração no gás respiratório a 35%. Uma mistura respiratória de 30% de xenônio e 30% de criptônio é comparável em eficácia para CT a uma fração de xenônio de 40%, evitando os efeitos indesejados de uma alta pressão parcial de gás xenônio. [38]

O isótopo metaestável krypton-81m é usado em medicina nuclear para varreduras de ventilação/perfusão pulmonar , onde é inalado e fotografado com uma câmera gama . [39]

Krypton-85 na atmosfera tem sido usado para detectar instalações clandestinas de reprocessamento de combustível nuclear na Coreia do Norte [40] e no Paquistão . [41] Essas instalações foram detectadas no início dos anos 2000 e acreditava-se que produziam plutônio para armas.

Krypton é usado ocasionalmente como um gás isolante entre os vidros das janelas. [42]

SpaceX Starlink usa criptônio como propulsor para seu sistema de propulsão elétrica . [43]

Precauções

Krypton é considerado um asfixiante não tóxico . [44] Krypton tem uma potência narcótica sete vezes maior que o ar, e respirar uma atmosfera de 50% de krypton e 50% de ar natural (como pode acontecer no local de um vazamento) causa narcose em humanos semelhante a respirar ar quatro vezes atmosférico. pressão. Isso é comparável ao mergulho a uma profundidade de 30 m (100 pés) (veja narcose por nitrogênio ) e pode afetar qualquer pessoa que o respire. Ao mesmo tempo, essa mistura conteria apenas 10% de oxigênio (em vez dos 20% normais) e a hipóxia seria uma preocupação maior.

Veja também

Referências

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Leitura adicional

links externos