Criptón

El kriptón (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 traza en la atmósfera y se usa frecuentemente con otros gases nobles en lámparas fluorescentes . El kriptón es químicamente inerte .

El kriptón, al igual que los demás gases nobles, se utiliza en iluminación y fotografía . La luz de kriptón tiene muchas líneas espectrales , y el plasma de kriptón es útil en láseres de gas brillantes y de alta potencia ( láseres de iones y excímeros de kriptón ), cada uno de los cuales resuena y amplifica una única línea espectral. El fluoruro de kriptón también constituye un medio láser útil . Entre 1960 y 1983, la definición oficial del metro se basó en la longitud de onda de una línea espectral del kriptón-86, debido a la alta potencia y la relativa facilidad de operación de los tubos de descarga de kriptón .

El kriptón fue descubierto en Gran Bretaña en 1898 por William Ramsay , un químico escocés, y Morris Travers , un químico inglés, en los residuos que quedaron tras la evaporación de casi todos los componentes del aire líquido . El neón fue descubierto mediante un procedimiento similar por los mismos investigadores tan solo unas semanas después. ^{[ 13 ]} William Ramsay recibió el Premio Nobel de Química de 1904 por el descubrimiento de una serie de gases nobles , incluido el kriptón. ^{[ 14 ]}

En 1960, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas definió el metro como 1.650.763,73 longitudes de onda de luz emitidas en el vacío correspondientes a la transición entre los niveles 2p ₁₀ y 5d ₅ en el isótopo kriptón-86. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Este acuerdo reemplazó el prototipo internacional del metro de 1889 , que era una barra de metal ubicada en Sèvres . Esto también dejó obsoleta la definición de 1927 del angstrom basada en la línea espectral roja del cadmio , ^{[ 17 ]} reemplazándola con 1  Å = 10 ⁻¹⁰  m. La definición del kriptón-86 duró hasta la conferencia de octubre de 1983, que redefinió el metro como la distancia que viaja la luz en el vacío durante 1/299.792.458  s. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

El kriptón se caracteriza por varias líneas de emisión nítidas ( firmas espectrales ), siendo las más intensas las verdes y amarillas. ^{[ 21 ]} El kriptón es uno de los productos de la fisión del uranio . ^{[ 22 ]} El kriptón sólido es blanco y tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras , una propiedad común de todos los gases nobles (excepto el helio , que tiene una estructura cristalina hexagonal compacta). ^{[ 23 ]}

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 similar a la del bromo, elemento vecino , 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. ^{[ 28 ]}

Tras la primera síntesis exitosa de compuestos de xenón en 1962, se llevó a cabo la síntesis de difluoruro de kriptón ( KrF₂ ) fue reportado en 1963. En el mismo año,KrF₄ was reported by Grosse, et al.,^[29] but was subsequently shown to be a mistaken identification.^[30] Under extreme conditions, krypton reacts with fluorine to form KrF₂ according to the following equation:

Kr + F₂ → KrF₂

Krypton gas in a krypton fluoride laser absorbs energy from a source, causing the krypton to react with fluorine gas, producing the exciplex krypton fluoride, a temporary complex in an excited energy state:^[31]

2Kr + F₂ → 2KrF

The complex can undergo spontaneous or stimulated emission, reducing its energy state to a metastable, but highly repulsive ground state. The ground state complex quickly dissociates into unbound atoms:

2KrF → 2Kr + F₂

The result is an exciplex laser which radiates energy at 248 nm, near the ultraviolet portion of the spectrum, corresponding with the energy difference between the ground state and the excited state of the complex.^[32]

Compounds with krypton bonded to atoms other than fluorine have also been discovered. There are also unverified reports of a bariumsalt of a krypton oxoacid.^[34]ArKr⁺ and KrH⁺polyatomic ions have been investigated and there is evidence for KrXe or KrXe⁺.^[35]

The reaction of KrF₂ with B(OTeF₅)₃ produces an unstable compound, Kr(OTeF₅)₂, that contains a krypton-oxygen bond. A krypton-nitrogen bond is found in the cation [HC≡N–Kr–F]⁺, produced by the reaction of KrF₂ with [HC≡NH]⁺[AsF ⁻ ₆ ] por debajo de −50  °C. ^{[ 36 ] [ 37 ]} Se informó que HKrCN y HKrC≡CH (hidruro-cianuro de kriptón e hidrocriptoacetileno) eran estables hasta 40 K. ^{[ 28 ]}

Los cristales de hidruro de kriptón (Kr(H₂ ₎ ₄ ₎ pueden crecer a presiones superiores a 5  GPa. Tienen una estructura cúbica centrada en las caras donde los octaedros de kriptón están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas aleatoriamente. ^{[ 33 ]}

El ion kriptonio, KrH ⁺ , es un ion onio , compuesto por kriptón protonado. Se conoce la presencia de kriptonio en fase gaseosa diluida. ^{[ 38 ]} Si bien se sabe que existen sales del ion fluorokriptonio, KrF ⁺ , la existencia de sales de kriptonio no ha sido demostrada. ^{[ 39 ]}

En 1989, Bergman , Moore , Pimentel y colaboradores fotolizaron un complejo de rodio(I) , Cp*Rh(CO) ₂ (Cp* = pentametilciclopentadienilo ), utilizando un láser pulsado de XeCl (308 nm) en Kr líquido presurizado como disolvente a una temperatura entre −80 y −120 °C y observaron la formación de Cp*Rh(CO)(Kr), que fue identificado por espectroscopia infrarroja por su estiramiento metal-carbonilo a 1946 cm ⁻¹ . Esta especie se descompuso con una constante de velocidad de k = 5 × 10 ³ s ^{− 1} a −80 °C. El complejo análogo de Xe, con una señal infrarroja a 1943 cm ⁻¹ , fue más estable y pudo observarse a −30 °C en Xe líquido presurizado. La especie Cp*Rh(CO), altamente reactiva y transitoria, que se cree que se forma tras la fotólisis, también se coordina e inserta en los enlaces C–H del ciclohexano y otros alcanos (R–H) en estas condiciones para dar complejos σ de alcano Cp*Rh(CO)(R–H) y complejos de rodio(III) alquilo Cp*Rh(CO)(R)(H) tras la adición oxidativa . ^{[ 40 ] [ 41 ]}

Las múltiples líneas de emisión del kriptón hacen que las descargas de gas kriptón ionizado parezcan blanquecinas, lo que a su vez hace que las bombillas de kriptón sean útiles en fotografía como fuente de luz blanca. El kriptón se utiliza en algunos flashes fotográficos para fotografía de alta velocidad . El gas kriptón también se combina con mercurio para fabricar letreros luminosos que brillan con una luz verde azulada intensa. ^{[ 44 ]}

El kriptón se mezcla con argón en lámparas fluorescentes de bajo consumo, lo que reduce el consumo de energía, pero también disminuye la intensidad luminosa y aumenta el costo. ^{[ 45 ]} El kriptón cuesta aproximadamente 100 veces más que el argón. El kriptón (junto con el xenón) también se utiliza para rellenar lámparas incandescentes con el fin de reducir la evaporación del filamento y permitir temperaturas de funcionamiento más altas . ^{[ 46 ]}

La descarga blanca del kriptón se utiliza a veces como efecto artístico en tubos de descarga de gas tipo "neón". El kriptón produce una potencia lumínica 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 kriptón con espejos que seleccionan la línea espectral roja para la amplificación y emisión láser, en lugar de la variedad de helio-neón más conocida, que no podría alcanzar las mismas potencias multivatio. ^{[ 47 ]}

El láser de fluoruro de kriptón es importante en la investigación de la 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 pastilla en implosión. ^{[ 48 ]}

En física experimental de partículas , 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 aproximadamente 27 toneladas de criptón líquido. Este uso es poco común, ya que el argón líquido es menos costoso. La ventaja del criptón es un radio de Molière menor de 4,7  cm, lo que proporciona una excelente resolución espacial con poca superposición. Los otros parámetros relevantes para la calorimetría son: longitud de radiación de X₀ ₌ 4,7  cm y densidad de 2,4  g/ ^cm³ .

El criptón-83 tiene aplicaciones en la resonancia magnética (RM) para la obtención de imágenes de las vías respiratorias. En particular, permite al radiólogo distinguir entre superficies hidrofóbicas e hidrofílicas que contienen una vía respiratoria. ^{[ 49 ]}

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 respiratoria de 30% de xenón y 30% de kriptón es comparable en efectividad para TC a una fracción de 40% de xenón, al tiempo que evita los efectos no deseados de una alta presión parcial de gas xenón. ^{[ 50 ]} El isótopo metaestable kriptón-81m se utiliza en medicina nuclear para exploraciones de ventilación/perfusión pulmonar , donde se inhala y se obtiene una imagen con una gammacámara . ^{[ 51 ]} El kriptón-85 en la atmósfera se ha utilizado para detectar instalaciones clandestinas de reprocesamiento de combustible nuclear en Corea del Norte ^{[ 52 ]} y Pakistán . ^{[ 53 ]} Dichas instalaciones fueron detectadas a principios de la década de 2000 y se creía que producían plutonio apto para armas. El kriptón-85 es un producto de fisión de vida media y, por lo tanto, escapa del combustible gastado cuando se retira el revestimiento. ^{[ 54 ]}

El kriptón se utiliza ocasionalmente como gas aislante entre los cristales de las ventanas. ^{[ 55 ]} El sistema Starlink de SpaceX utiliza kriptón como propulsor para su sistema de propulsión eléctrica . ^{[ 56 ]}

El kriptón se considera un asfixiante no tóxico . ^{[ 57 ]} Al ser lipofílico , el kriptón tiene un efecto anestésico significativo (aunque el mecanismo de este fenómeno aún no está del todo claro , ^{[ 58 ]} hay buenas pruebas de que las dos propiedades están relacionadas mecánicamente), con una potencia narcótica siete veces mayor que la del aire, y respirar una atmósfera de 50 % de kriptón y 50 % de aire natural (como podría ocurrir en la zona de una fuga) provoca 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.  

• William P. Kirk, "Kriptón 85: una revisión de la literatura y un análisis de los riesgos de la radiación" , Agencia de Protección Ambiental, Oficina de Investigación y Monitoreo, Washington (1972).

• Kriptón en la tabla periódica de vídeos (Universidad de Nottingham)
• Láseres de fluoruro de kriptón , División de Física de Plasmas, Laboratorio de Investigación Naval