KRYPTON: SEJARAH, PROPERTI, STRUKTUR, PEROLEHAN, RISIKO, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The kripton adalah gas mulia yang diwakili oleh simbol Kr dan terletak di kelompok 18 dari tabel periodik. Ini adalah gas yang mengikuti argon, dan kelimpahannya sangat rendah sehingga dianggap tersembunyi; dari sanalah namanya berasal. Ia tidak ditemukan hampir di batu mineral, tetapi dalam massa gas alam dan hampir tidak larut di laut dan samudera.

Namanya sendiri membangkitkan citra Superman, planetnya Krypton dan kryptonite terkenal, sebuah batu yang melemahkan pahlawan super dan merampas kekuatan supernya. Anda juga dapat memikirkan cryptocurrency atau crypto ketika Anda mendengarnya, serta istilah lain yang jauh dari gas ini pada intinya.

Botol dengan kripton dieksitasi oleh pelepasan listrik dan bersinar dengan cahaya putih. Sumber: Gambar Elemen Kimia Resolusi Tinggi

Namun, gas mulia ini kurang boros dan "tersembunyi" dibandingkan dengan angka-angka yang disebutkan di atas; meskipun kurangnya reaktivitas tidak menghilangkan semua potensi minat yang dapat muncul dalam penelitian yang difokuskan pada berbagai bidang, terutama bidang fisik.

Berbeda dengan gas mulia lainnya, cahaya yang dipancarkan oleh kripton saat dieksitasi di medan listrik berwarna putih (gambar atas). Karena itu, ini digunakan untuk berbagai kegunaan dalam industri pencahayaan. Ini dapat menggantikan hampir semua lampu neon dan memancarkan sendiri, yang dibedakan dengan hijau kekuningan.

Itu terjadi di alam sebagai campuran enam isotop stabil, belum lagi beberapa radioisotop yang ditujukan untuk kedokteran nuklir. Untuk memperoleh gas ini, udara yang kita hirup harus dicairkan, dan cairan yang dihasilkannya mengalami distilasi fraksional, di mana kripton kemudian dimurnikan dan dipisahkan menjadi isotop penyusunnya.

Berkat kripton, telah dimungkinkan untuk memajukan studi fusi nuklir, serta dalam aplikasi laser untuk keperluan bedah.

Sejarah

- Penemuan elemen tersembunyi

Pada tahun 1785, ahli kimia dan fisikawan Inggris Henry Cavendish menemukan bahwa udara mengandung sebagian kecil zat yang bahkan kurang aktif daripada nitrogen.

Seabad kemudian, fisikawan Inggris Lord Rayleigh, mengisolasi dari udara sebuah gas yang dia pikir adalah nitrogen murni; tetapi kemudian dia menemukan bahwa itu lebih berat.

Pada tahun 1894, ahli kimia Skotlandia, Sir William Ramsey, bekerja sama untuk mengisolasi gas ini, yang ternyata merupakan unsur baru: argon. Setahun kemudian, dia mengisolasi gas helium dengan memanaskan mineral cleveite.

Sir William Ramsey sendiri, bersama dengan asistennya, ahli kimia Inggris Morris Travers, menemukan krypton pada tanggal 30 Mei 1898 di London.

Ramsey dan Travers percaya bahwa ada ruang dalam tabel periodik antara unsur argon dan helium, dan unsur baru harus mengisi ruang tersebut. Ramsey, sebulan setelah penemuan kripton, Juni 1898, menemukan neon; elemen yang mengisi ruang antara helium dan argon.

Metodologi

Ramsey mencurigai adanya elemen baru yang tersembunyi dalam penemuan sebelumnya, yaitu argon. Ramsey dan Travers, untuk menguji ide mereka, memutuskan untuk mengeluarkan sejumlah besar argon dari udara. Untuk ini mereka harus menghasilkan pencairan udara.

Kemudian, mereka mendistilasi udara cair untuk memisahkannya menjadi beberapa fraksi dan mengeksplorasi fraksi yang lebih ringan untuk mengetahui keberadaan elemen gas yang diinginkan. Tapi mereka melakukan kesalahan, ternyata mereka terlalu memanaskan udara yang dicairkan dan menguapkan banyak sampel.

Pada akhirnya mereka hanya memiliki 100 mL sampel dan Ramsey yakin bahwa kehadiran unsur yang lebih ringan dari argon dalam volume tersebut tidak mungkin; tetapi dia memutuskan untuk mengeksplorasi kemungkinan adanya unsur yang lebih berat daripada argon dalam volume sampel sisa.

Mengikuti pemikirannya, dia menghilangkan oksigen dan nitrogen dari gas menggunakan tembaga dan magnesium yang sangat panas. Dia kemudian menempatkan sampel gas yang tersisa dalam tabung vakum, menerapkan tegangan tinggi untuk mendapatkan spektrum gas.

Seperti yang diharapkan, argon memang ada, tetapi mereka memperhatikan munculnya dua garis terang baru dalam spektrum; satu kuning dan hijau lainnya, keduanya belum pernah diamati.

- Munculnya nama

Ramsey dan Travers menghitung hubungan antara panas jenis gas pada tekanan konstan dan panas jenis pada volume konstan, menemukan nilai 1,66 untuk hubungan tersebut. Nilai ini sesuai dengan gas yang dibentuk oleh atom-atom individu, yang menunjukkan bahwa itu bukan senyawa.

Oleh karena itu, mereka berada di hadapan gas baru dan kripton telah ditemukan. Ramsey memutuskan untuk menamainya Krypton, kata yang berasal dari kata Yunani "krypto" yang berarti "tersembunyi". William Ramsey menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1904 untuk penemuan gas mulia ini.

Sifat fisik dan kimia

Penampilan

Ini adalah gas tak bewarna yang menunjukkan warna putih pijar dalam medan listrik.

Berat atom standar

83,798 u

Nomor atom (Z)

36

Titik lebur

-157,37 ºC

Titik didih

153.415 ºC

Massa jenis

Dalam kondisi standar: 3,949 g / L

Keadaan cair (titik didih): 2,413 g / cm ³

Kepadatan gas relatif

2.9 dalam hubungannya dengan udara dengan nilai = 1. Artinya, kripton tiga kali lebih padat dari udara.

Kelarutan air

59,4 cm ³ / 1.000 g pada 20 ºC

Tiga poin

115,775 K dan 73,53 kPa

Titik kritis

209,48 K dan 5,525 MPa

Panas fusi

1,64 kJ / mol

Panas penguapan

9,08 kJ / mol

Kapasitas kalori molar

20,95 J / (mol K)

Tekanan uap

Pada suhu 84 K memiliki tekanan 1 kPa.

Elektronegativitas

3.0 pada skala Pauling

Energi ionisasi

Pertama: 1.350,8 kJ / mol.

Kedua: 2.350,4 kJ / mol.

Ketiga: 3.565 kJ / mol.

Kecepatan suara

Gas (23 ºC): 220 m / s

Cairan: 1.120 m / s

Konduktivitas termal

9,43 · 10 ^-3 W / (m · K)

Memesan

Diamagnetik

Bilangan oksidasi

Kripton, sebagai gas mulia, tidak terlalu reaktif dan tidak kehilangan atau memperoleh elektron. Jika berhasil membentuk padatan dengan komposisi tertentu, seperti yang terjadi dengan klatrat Kr ₈ (H ₂ O) ₄₆ atau hidrida Kr (H ₂ ) ₄ , maka dikatakan bahwa ia berpartisipasi dengan bilangan atau bilangan oksidasi 0 (Kr ⁰ ) ; artinya, atom netralnya berinteraksi dengan matriks molekul.

Namun, kripton secara formal dapat kehilangan elektron jika ia membentuk ikatan dengan unsur paling elektronegatif: fluor. Dalam KrF ₂ bilangan oksidasinya adalah +2, sehingga diasumsikan adanya kation divalen Kr ²⁺ (Kr ²⁺ F ₂ ^- ).

Reaktivitas

Pada tahun 1962, sintesis kripton difluorida (KrF ₂ ) dilaporkan. Senyawa ini adalah padatan kristal yang sangat mudah menguap, tidak berwarna, dan terurai perlahan pada suhu kamar; tetapi stabil pada suhu -30 ºC. Krypton Fluoride adalah agen pengoksidasi dan fluorinasi yang kuat.

Krypton bereaksi dengan fluor ketika digabungkan dalam tabung pelepasan listrik pada -183 ° C, membentuk KrF ₂ . Reaksi juga terjadi ketika kripton dan fluor diiradiasi dengan sinar ultraviolet pada -196 ° C.

KrF ⁺ dan Kr ₂ F ₃ ⁺ adalah senyawa yang terbentuk dari reaksi KrF ₂ dengan akseptor fluorida yang kuat. Kripton adalah bagian dari senyawa tidak stabil: K (OTeF ₅ ) ₂ , yang memiliki ikatan antara kripton dan oksigen (Kr-O).

Ikatan kripton-nitrogen ditemukan dalam kation HCΞN-Kr-F. Kripton hidrida, KrH ₂ , dapat ditanam pada tekanan lebih dari 5 GPa.

Pada permulaan abad ke-20, semua senyawa ini dianggap tidak mungkin mengingat reaktivitas nol yang terkandung dalam gas mulia ini.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Atom Krypton

Kripton, sebagai gas mulia, memiliki seluruh oktet valensinya; yaitu, orbital s dan p terisi penuh dengan elektron, yang dapat diverifikasi dalam konfigurasi elektroniknya:

3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

Ini adalah gas monatomik terlepas dari (hingga saat ini) kondisi tekanan atau suhu yang beroperasi di atasnya. Oleh karena itu, ketiga keadaannya ditentukan oleh interaksi antar atom Krnya, yang dapat dibayangkan sebagai kelereng.

Atom Kr ini, seperti penyusunnya (He, Ne, Ar, dll.), Tidak mudah terpolarisasi, karena relatif kecil dan juga memiliki kerapatan elektron yang tinggi; Artinya, permukaan kelereng ini tidak mengalami deformasi yang berarti untuk menghasilkan dipol seketika yang menginduksi kelereng lain di sekitarnya.

Interaksi interaksi

Karena alasan inilah satu-satunya gaya yang mengikat atom Kr adalah gaya hamburan London; tetapi mereka sangat lemah dalam kasus kripton, sehingga dibutuhkan suhu rendah untuk atomnya untuk menentukan cairan atau kristal.

Namun, suhu ini (masing-masing titik didih dan titik leleh) lebih tinggi dibandingkan dengan argon, neon, dan helium. Hal ini disebabkan oleh massa atom kripton yang lebih besar, setara dengan jari-jari atom yang lebih besar, dan karenanya lebih terpolarisasi.

Sebagai contoh, titik didih kripton sekitar -153 ºC, sedangkan pada gas mulia argon (-186 ºC), neon (-246 ºC) dan helium (-269 ºC) lebih rendah; Artinya, gasnya membutuhkan suhu yang lebih dingin (mendekati -273,15 ºC atau 0 K) untuk dapat mengembun menjadi fasa cair.

Di sini kita melihat bagaimana ukuran jari-jari atom mereka berhubungan langsung dengan interaksi mereka. Hal yang sama terjadi pada titik leleh masing-masing, suhu di mana kripton akhirnya mengkristal pada -157 ºC.

Kristal Krypton

Ketika suhu turun menjadi -157 ° C, atom Kr mendekati cukup lambat untuk bergabung lebih jauh dan membentuk kristal putih dengan struktur kubik berpusat muka (fcc). Jadi, sekarang ada tatanan struktural yang diatur oleh gaya-gaya penyebarannya.

Meskipun tidak banyak informasi tentangnya, kristal kripton fcc dapat mengalami transisi kristal ke fase yang lebih padat jika mengalami tekanan yang sangat besar; seperti compact hexagonal (hcp), dimana atom Kr akan lebih banyak dikelompokkan.

Selain itu, tanpa mengesampingkan hal ini, atom Kr dapat terperangkap dalam sangkar es yang disebut klatrat. Jika suhunya cukup rendah, mungkin ada kristal kripton-air tercampur, dengan atom Kr tersusun dan dikelilingi oleh molekul air.

Di mana menemukan dan memperoleh

Suasana

Kripton menyebar ke seluruh atmosfer, tidak dapat melepaskan diri dari medan gravitasi Bumi tidak seperti helium. Di udara yang kita hirup, konsentrasinya sekitar 1 ppm, walaupun hal ini dapat bervariasi tergantung pada emisi gasnya; baik itu letusan gunung berapi, geyser, mata air panas, atau mungkin deposit gas alam.

Karena sulit larut dalam air, konsentrasinya di hidrosfer kemungkinan besar dapat diabaikan. Hal yang sama terjadi dengan mineral; beberapa atom kripton dapat terperangkap di dalamnya. Oleh karena itu, satu-satunya sumber gas mulia ini adalah udara.

Pencairan dan distilasi fraksional

Untuk memperolehnya, udara harus melalui proses likuifaksi, sehingga seluruh komponen gasnya mengembun dan membentuk cairan. Cairan ini kemudian dipanaskan dengan menerapkan distilasi fraksional pada suhu rendah.

Setelah oksigen, argon, dan nitrogen didistilasi, kripton dan xenon tetap berada dalam cairan yang tersisa, yang teradsorpsi pada karbon aktif atau silika gel. Cairan ini dipanaskan hingga -153 ºC untuk mendistilasi kripton.

Akhirnya, kripton yang terkumpul dimurnikan dengan melewati titanium logam panas, yang menghilangkan kotoran gas.

Jika diinginkan pemisahan isotopnya, gas dibuat naik melalui kolom kaca di mana ia mengalami difusi termal; isotop yang lebih ringan akan naik ke atas, sedangkan isotop yang lebih berat akan cenderung tetap di bawah. Jadi, isotop ⁸⁴ Kr dan ⁸⁶ Kr, misalnya, berkumpul secara terpisah di bagian bawah.

Kripton dapat disimpan dalam bola lampu kaca Pyrex pada tekanan sekitar, atau dalam tangki baja kedap udara. Sebelum pengemasan dilakukan kontrol kualitas dengan spektroskopi, untuk menyatakan bahwa spektrumnya unik dan tidak mengandung garis elemen lain.

Fisi nuklir

Metode lain untuk mendapatkan kripton terletak pada fisi nuklir uranium dan plutonium, dari mana campuran isotop radioaktifnya juga dihasilkan.

Isotop

Kripton terjadi di alam sebagai enam isotop stabil. Ini, dengan kelimpahan yang sesuai di Bumi, adalah: ⁷⁸ Kr (0,36%), ⁸⁰ Kr (2,29%), ⁸² Kr (11,59%), ⁸³ Kr (11,50%), ⁸⁴ Kr (56,99%) dan ⁸⁶ Kr (17,28%). The ⁷⁸ Kr adalah isotop radioaktif; tetapi waktu paruhnya (t _1/2 ) sangat lama (9,2 · 10 ²¹ tahun) sehingga secara praktis dianggap stabil.

Inilah sebabnya mengapa massa atom standar (berat atom) adalah 83,798 u, lebih dekat dengan 84 u isotop ⁸⁴ Kr.

Radioisotop ⁸¹ Kr (t _1/2 = 2,3 · 10 ⁵ ) juga ditemukan dalam jumlah jejak , yang dihasilkan ketika ⁸⁰ Kr menerima sinar kosmik. Selain isotop yang telah disebutkan, ada dua radioisotop sintetik: ⁷⁹ Kr (t _1/2 = 35 jam) dan ⁸⁵ Kr (t _1/2 = 11 tahun); yang terakhir adalah apa yang dihasilkan sebagai produk dari fisi nuklir uranium dan plutonium.

Resiko

Kripton adalah elemen non-toksik, karena tidak bereaksi dalam kondisi normal, juga tidak mewakili risiko kebakaran bila dicampur dengan oksidator kuat. Kebocoran gas ini tidak menimbulkan bahaya; kecuali Anda bernapas secara langsung, menggusur oksigen dan menyebabkan mati lemas.

Atom Kr masuk dan dikeluarkan dari tubuh tanpa berpartisipasi dalam reaksi metabolisme apa pun. Namun, mereka dapat menggantikan oksigen yang seharusnya mencapai paru-paru dan diangkut melalui darah, sehingga individu tersebut dapat menderita narkosis atau hipoksia, serta kondisi lainnya.

Jika tidak, kita terus-menerus menghirup kripton di setiap hembusan udara. Sekarang, sehubungan dengan senyawanya, ceritanya berbeda. Misalnya, KrF ₂ adalah agen fluorinasi yang ampuh; dan oleh karena itu, ia akan “memberikan” anion F ^- ke setiap molekul dari matriks biologis yang ditemuinya, berpotensi berbahaya.

Mungkin klatrat kripton (terperangkap di dalam sangkar es) tidak terlalu berbahaya, kecuali ada kotoran tertentu yang menambah toksisitas.

Aplikasi

Kilatan dari kamera berkecepatan tinggi sebagian disebabkan oleh eksitasi kripton. Sumber: Mhoistion

Krypton hadir dalam berbagai aplikasi seputar artefak atau perangkat yang dirancang untuk penerangan. Misalnya, itu adalah bagian dari "lampu neon" dengan warna hijau kekuningan. Lampu "legal" Krypton berwarna putih, karena spektrum emisi mereka mencakup semua warna dalam spektrum tampak.

Cahaya putih kripton sebenarnya telah digunakan untuk foto, karena sangat intens dan cepat, sempurna untuk flash kamera berkecepatan tinggi, atau untuk flash seketika di landasan pacu bandara.

Demikian pula tabung pelepasan listrik yang memancarkan cahaya putih ini dapat ditutup dengan kertas warna-warni, memberikan efek menampilkan lampu dengan berbagai warna tanpa perlu menggairahkan menggunakan gas lain.

Ini ditambahkan ke bohlam filamen tungsten untuk meningkatkan masa pakainya, dan ke lampu fluoresen argon untuk tujuan yang sama, juga mengurangi intensitasnya dan meningkatkan biayanya (karena lebih mahal daripada argon).

Ketika kripton membuat isi gas dalam bola lampu pijar, ia meningkatkan kecerahannya dan membuatnya lebih kebiruan.

Laser

Laser merah yang terlihat dalam pertunjukan cahaya didasarkan pada garis spektral kripton daripada campuran helium-neon.

Di sisi lain, laser radiasi ultraviolet yang kuat dapat dibuat dengan kripton: laser kripton fluorida (KrF). Laser ini digunakan untuk fotolitografi, bedah medis, penelitian di bidang fusi nuklir, dan pemesinan mikro bahan padat dan senyawa (memodifikasi permukaannya melalui aksi laser).

Definisi meteran

Antara 1960 dan 1983, panjang gelombang garis spektrum merah-oranye dari isotop ⁸⁶ Kr (dikalikan dengan 1.650.763.73) digunakan, untuk menentukan panjang yang tepat dari satu meter.

Deteksi senjata nuklir

Karena radioisotop ⁸⁵ Kr merupakan salah satu produk kegiatan nuklir, maka terdeteksi adanya indikasi adanya ledakan senjata nuklir, atau sedang dilakukan kegiatan ilegal atau klandestin energi tersebut.

Obat

Krypton telah digunakan dalam pengobatan sebagai anestesi, penyerap sinar-X, pendeteksi kelainan jantung, dan untuk memotong retina mata dengan lasernya secara tepat dan terkontrol.

Radioisotopnya juga memiliki aplikasi dalam kedokteran nuklir, untuk mempelajari dan memindai aliran udara dan darah di dalam paru-paru, dan untuk mendapatkan gambar resonansi magnetik nuklir dari saluran udara pasien.

Referensi

1. Gary J. Schrobilgen. (28 September 2018). Krypton. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
2. Wikipedia. (2019). Krypton. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16 Juli). Reaksi Kimia Krypton. Diperoleh dari: pilgaardelements.com
4. Kristalografi 365. (16 November 2014). Bahan yang sangat keren - struktur kristal Krypton. Diperoleh dari: crystallography365.wordpress.com
5. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Krypton. Chemicool. Diperoleh dari: chemicool.com
6. Marques Miguel. (sf). Krypton. Diperoleh dari: nautilus.fis.uc.pt
7. Advameg. (2019). Krypton. Bagaimana produk dibuat. Diperoleh dari: madehow.com
8. AZoOptics. (25 April 2014). Krypton Fluoride Excimer Laser - Properti dan Aplikasi. Diperoleh dari: azooptics.com