Criptón

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

El criptón, al igual que los demás 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 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 de metro se basó en la longitud de onda de una línea espectral de criptón-86, debido a la alta potencia y la relativa facilidad de operación de los tubos de descarga de criptón.

Historia

El criptón fue descubierto en Gran Bretaña en 1898 por William Ramsay, un químico escocés, y Morris Travers, un químico inglés, en los residuos que quedaron de la evaporación de casi todos los componentes del aire líquido. Neon fue descubierto por un procedimiento similar por los mismos trabajadores solo unas semanas después. William Ramsay recibió 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 metro como 1.650.763,73 longitudes de onda de luz emitida en el vacío correspondiente a la transición entre los niveles 2p ₁₀ y 5d ₅ del isótopo criptón-86. Este acuerdo reemplazó al medidor prototipo 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 roja de cadmio, reemplazándola con 1 Å = 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.

Características

Krypton se caracteriza por varias líneas de emisión nítidas (firmas espectrales), siendo las más fuertes el verde y el amarillo. El criptón es uno de los productos de la fisión del uranio. 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).

Isótopos

El criptón natural en la atmósfera de la Tierra está compuesto por cinco isótopos estables, más un isótopo (Kr) con una vida media tan larga (9,2 × 10 años) que puede considerarse estable. (Este isótopo tiene la segunda vida media conocida más larga entre todos los isótopos para los que se ha observado la descomposición; sufre una captura de doble electrón a Se). Además, se conocen una treintena de isótopos e isómeros inestables. Trazas de Kr, un nucleido cosmogénico producido por la irradiación de rayos cósmicos de Kr, también ocurren 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 el Kr se ha utilizado para fechar aguas subterráneas antiguas (50 000 a 800 000 años).

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. 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.

Estados de oxidación

El criptón suele encontrarse en el estado de oxidación +0, típico de los gases nobles. Sin embargo, Krypton puede formarse en el +1 y el +2, aunque esto rara vez se encuentra. Como los estados de oxidación +0 no pueden formar compuestos, los compuestos de Krypton, como el KrF ₂, generalmente se encuentran en el estado de oxidación +2.

Química

Al igual que los otros gases nobles, el criptón es químicamente 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 de grupo. Hasta la década de 1960 no se habían sintetizado compuestos de gases nobles.

Tras la primera síntesis exitosa de compuestos de xenón en 1962, la síntesis de difluoruro de criptón (KrF₂) se informó en 1963. En el mismo año, KrF₄fue informado por Grosse, et al. , pero posteriormente se demostró que era una identificación errónea. En condiciones extremas, el criptón reacciona con el 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 fluoruro de criptón exciplex, un complejo temporal en un estado de energía excitado:

El complejo puede sufrir una emisión espontánea o estimulada, reduciendo su estado de energía a un estado fundamental metaestable, pero altamente repulsivo. El complejo del estado fundamental se disocia rápidamente en átomos libres:

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. Se han investigado los iones poliatómicos ArKr y KrH y hay evidencia de KrXe o KrXe.

La reacción de KrF₂con B(OTeF₅)₃produce un compuesto inestable, Kr(OTeF₅)₂, que contiene un enlace criptón-oxígeno. Se encuentra un enlace criptón-nitrógeno en el catión [HC≡N–Kr–F], producido por la reacción de KrF₂con [HC≡NH][AsF₆] por debajo de -50 °C. Se informó que HKrCN y HKrC≡CH (krypton hydride-cyanide and hydrokryptoacetylene) son estables hasta 40 K.

Los cristales de hidruro de criptón (Kr(H ₂) ₄) pueden crecer 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 al azar.

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. Se puede extraer del aire líquido por destilación fraccionada. 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.

Aplicaciones

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

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. 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. Una luz más brillante da como resultado un color más 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 luces 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 de helio-neón más familiar, que no podía lograr las mismas salidas de varios vatios.

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

En la 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 alrededor de 27 toneladas de criptón líquido. Este uso es raro, 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.

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

Krypton-83 tiene aplicación en imágenes por resonancia magnética (IRM) para obtener imágenes de las vías respiratorias. En particular, permite al radiólogo distinguir entre superficies hidrofóbicas e hidrofílicas que contienen una vía aérea.

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

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.

El criptón-85 en la atmósfera se ha utilizado para detectar instalaciones clandestinas de reprocesamiento de combustible nuclear en Corea del Norte y Pakistán. Esas instalaciones se detectaron a principios de la década de 2000 y se creía que producían plutonio apto para armas. Krypton-85 es un producto de fisión de vida media y, por lo tanto, se escapa del combustible gastado cuando se retira el revestimiento. Esta liberación no suele ser peligrosa ya que el criptón es químicamente inerte y se dispersa ampliamente en la atmósfera, pero puede detectarse con equipos suficientemente sensibles.

El criptón se usa ocasionalmente como gas aislante entre los cristales de las ventanas.

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

Precauciones

El criptón se considera un asfixiante no tóxico.

Al ser lipofílico, Krypton tiene un efecto anestésico significativo (aunque el mecanismo de este fenómeno aún no está del todo claro, hay buena evidencia de que las dos propiedades están mecánicamente relacionadas), con una potencia narcótica siete veces mayor que el aire y respirando una atmósfera del 50%. El criptón y el 50% de aire natural (como podría ocurrir en el lugar de una fuga) causan narcosis en los humanos de forma similar a respirar aire a cuatro veces la presión atmosférica. Esto es comparable al buceo a una profundidad de 30 m (100 pies) 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.