Note : Cet article, initialement publié en 1998, a été mis à jour en 2006 pour l’édition eBook.
Overview
Le krypton est l’un des trois gaz nobles découverts en 1898 par le chimiste et physicien écossais Sir William Ramsay (1852-1916) et le chimiste anglais Morris William Travers (1872-1961). Ramsay et Travers ont découvert les gaz en laissant de l’air liquide s’évaporer. Ce faisant, chacun des gaz qui composent l’air normal s’est évaporé, un par un. Trois de ces gaz – le krypton, le xénon et le néon – ont été découverts pour la première fois de cette façon.
Le terme gaz noble fait référence aux éléments du groupe 18 (VIIIA) du tableau périodique. Le tableau périodique est un tableau qui montre comment les éléments chimiques sont liés les uns aux autres. Ces gaz ont reçu le nom de « nobles » parce qu’ils agissent comme s’ils étaient « trop arrogants » pour réagir avec d’autres éléments. Jusqu’aux années 1960, aucun composé de ces gaz n’était connu. Comme ils sont si inactifs, on les appelle aussi les gaz inertes. Inerte signifie inactif.
SYMBOL
Kr
NOMBRE ATOMIQUE
36
MASSE ATOMIQUE
83.80
FAMILLE
Groupe 18 (VIIIA)
Gaz noble
PRONONCIATION
KRIP-ton
Le krypton a relativement peu d’utilisations commerciales. Toutes impliquent d’une manière ou d’une autre des systèmes d’éclairage.
Découverte et dénomination
En 1898, deux membres de la famille des gaz nobles avaient été découverts. Il s’agissait de l’hélium (numéro atomique 2) et de l’argon (numéro atomique 18). Mais aucun autre élément de cette famille n’avait été découvert. Le tableau périodique contenait des cases vides entre l’hélium et l’argon et sous l’argon. Les gaz nobles manquants avaient des numéros atomiques de 10, 36, 54 et 86. Les chimistes considèrent les cases vides du tableau périodique comme des « éléments qui attendent d’être découverts ».
Comme les deux éléments nobles connus, l’hélium et l’argon, sont tous deux des gaz, Ramsay et Travers espéraient que les éléments manquants étaient également des gaz. Et s’ils l’étaient, ils pourraient être trouvés dans l’air. Le problème est que l’air a déjà été soigneusement analysé et s’est avéré être composé d’environ 99,95 % d’oxygène, d’azote et d’argon. Était-il possible que les gaz manquants se trouvent dans les derniers 0,05 % de l’air ?
Pour répondre à la question, les chimistes ont travaillé non pas avec l’air lui-même, mais avec de l’air liquide. L’air devient liquide simplement en le refroidissant suffisamment. Plus l’air se refroidit, plus les gaz qu’il contient se transforment en liquide. À -182,96°C (-297,33°F), l’oxygène passe de l’état gazeux à l’état liquide. À -195,79°C (-320,42°F), l’azote passe de l’état gazeux à l’état liquide. Et ainsi de suite. Finalement, tous les gaz de l’air peuvent se liquéfier (se transformer en liquide).
Mais le processus inverse se produit également. Supposons qu’un récipient d’air liquide contienne 100 litres. L’air liquide va se réchauffer lentement. Lorsque sa température atteint -195,79°C, l’azote liquide redevient un gaz. Comme environ 78 pour cent de l’air est de l’azote, il ne restera que 22 pour cent de l’air liquide initial (22 litres).
Lorsque la température atteint -182,96°C, l’oxygène repasse de l’état liquide à l’état gazeux. Comme l’oxygène constitue 21 % de l’air, 21 % supplémentaires (21 litres) de l’air liquide s’évaporeront.
Le travail de Ramsay et Travers était cependant très difficile, car les gaz qu’ils recherchaient ne sont pas abondants dans l’air. Le krypton, par exemple, ne constitue qu’environ 0,000114 % de l’air. Pour 100 litres d’air liquide, il n’y aurait que 0,00011, soit environ un dixième de millilitre de krypton. Un dixième de millilitre correspond à une goutte. Donc, Ramsay et Travers – même s’ils ne le savaient pas – cherchaient une goutte de krypton dans 100 litres d’air liquide !
Attrangement, ils l’ont trouvé. La découverte de ces trois gaz a fait honneur à leurs compétences de chercheurs. Ils ont suggéré le nom de krypton pour le nouvel élément. Ce nom provenait du mot grec kryptos qui signifie « caché ».
Propriétés physiques
Le krypton est un gaz incolore et inodore. Il a un point d’ébullition de -152,9°C (-243,2°F) et une densité de 3,64 grammes par litre. Cela fait que le krypton est environ 2,8 fois plus dense que l’air.
« Regarde, dans le ciel ! C’est un oiseau ! C’est un avion….
Le célèbre personnage de dessin animé Superman a de nombreux super pouvoirs. Tout le monde le sait. C’est l’homme d’acier. Il a une vision à rayons X. Son ouïe est si bonne qu’il peut se concentrer sur une voix dans une ville bondée. Et, bien sûr : Il est plus rapide qu’une balle ! Plus puissant qu’une locomotive ! Capable de sauter des immeubles d’un seul bond !
Mais il y a une substance qui affaiblit Superman : la kryptonite ! S’il est exposé à la kryptonite. Superman ressent de la douleur et perd ses super pouvoirs. Si l’exposition est trop longue, il peut même mourir.
La kryptonite, bien sûr, est purement fictive. Malgré la similitude des noms, la kryptonite n’a rien à voir avec l’élément 36, le krypton. Selon la légende des dessins animés, Superman vient de la planète Krypton.
Kal-El, comme on l’appelait à l’origine, a été placé dans un vaisseau spatial par ses parents, quelques instants avant que la planète n’explose.
Malheureusement, alors que le jeune Superman s’envolait de Krypton, un morceau de kryptonite est resté coincé dans le vaisseau spatial. Les mêmes forces terribles qui ont causé l’explosion de la planète, ont également créé la kryptonite mortelle. Et, comme Superman le découvrira plus tard, les archi-vilains semblent toujours mettre la main sur cette roche verte et lumineuse !
A part la nature fictive de la kryptonite, il y a une autre différence entre elle et le krypton. La kryptonite est une roche – une roche qui peut causer de grands dommages à, enfin, à une personne en tout cas. Le krypton est un gaz inerte qui n’a aucun effet sur quoi que ce soit.
Propriétés chimiques
Pendant de nombreuses années, on a cru que le krypton était complètement inerte. Puis, au début des années 1960, on a découvert qu’il était possible de fabriquer certains composés de l’élément. Le chimiste anglais Neil Bartlett (1932-) a trouvé le moyen de combiner les gaz nobles avec l’élément le plus actif de tous, le fluor. En 1963, les premiers composés du krypton ont été fabriqués – le difluorure de krypton (KrF2) et le tétrafluorure de krypton (KrF4). D’autres composés du krypton ont également été fabriqués depuis lors. Cependant, ils n’ont aucune utilisation commerciale. Ils ne sont que des curiosités de laboratoire.
Occurrence dans la nature
On pense que l’abondance du krypton dans l’atmosphère est d’environ 0,000108 à 0,000114 pour cent. L’élément se forme également dans la croûte terrestre lorsque l’uranium et d’autres éléments radioactifs se décomposent. La quantité présente dans la croûte terrestre est toutefois trop faible pour être estimée.
Isotopes
Il existe six isotopes naturels du krypton. Ce sont le krypton-78, le krypton-80, le krypton-82, le krypton-83, le krypton-84 et le krypton-86. Les isotopes sont deux ou plusieurs formes d’un élément. Les isotopes diffèrent les uns des autres en fonction de leur numéro de masse. Le nombre écrit à droite du nom de l’élément est le numéro de masse. Le numéro de masse représente le nombre de protons plus les neutrons dans le noyau d’un atome de l’élément. Le nombre de protons détermine l’élément, mais le nombre de neutrons dans l’atome d’un même élément peut varier. Chaque variation est un isotope.
On connaît également au moins seize isotopes radioactifs du krypton. Un isotope radioactif est un isotope qui se sépare et émet une forme de rayonnement. Les isotopes radioactifs sont produits lorsque de très petites particules sont tirées sur des atomes. Ces particules se fixent dans les atomes et les rendent radioactifs.
Un isotope radioactif du krypton est utilisé commercialement, le krypton-85. Il peut être combiné avec des phosphores pour produire des matériaux qui brillent dans l’obscurité. Un phosphore est un matériau qui brille lorsqu’il est frappé par des électrons. Le rayonnement émis par le krypton-85 frappe le luminophore. Le phosphore émet alors de la lumière. Le même isotope est également utilisé pour détecter les fuites dans un récipient. Le gaz radioactif est placé à l’intérieur du récipient à tester. Comme le gaz est inerte, le krypton ne réagit avec rien d’autre dans le conteneur. Mais si le conteneur a une fuite, une partie du krypton-85 radioactif s’échappera. L’isotope peut être détecté avec des appareils spéciaux pour détecter les radiations.
Le krypton-85 est également utilisé pour étudier la circulation du sang dans le corps humain. Il est inhalé sous forme de gaz, puis absorbé par le sang. Il se déplace dans la circulation sanguine et le cœur en même temps que le sang. Son parcours peut être suivi par un technicien qui tient un dispositif de détection au-dessus du corps du patient. L’appareil montre où va le matériau radioactif et à quelle vitesse il se déplace. Un médecin peut déterminer si ce comportement est normal ou non.
Combien mesure un mètre ?
Le mètre est l’unité standard de longueur dans le système métrique. Il a été défini pour la première fois en 1791. Dans le cadre des grands changements apportés par la Révolution française, un système de mesure entièrement nouveau a été créé : le système métrique.
Au début, le mètre était défini de manière très simple. C’était la distance entre deux lignes rayées sur une barre de métal conservée en dehors de Paris. Pendant de nombreuses années, cette définition était satisfaisante pour la plupart des usages. Bien sûr, elle a créé un problème. Supposons que quelqu’un aux États-Unis fabrique des bâtons de mesure. Cette personne devrait se rendre à Paris pour faire une copie du compteur officiel. Ensuite, la copie devrait être utilisée pour faire d’autres copies. Les risques d’erreur dans ce processus sont énormes.
En 1960, des scientifiques ont eu une autre idée. Ils ont suggéré d’utiliser la lumière produite par le krypton chaud comme standard de longueur. Voici comment cet étalon a été développé :
Lorsqu’un élément est chauffé, il absorbe l’énergie de la chaleur. Les atomes présents dans l’élément sont dans un état « excité », ou énergétique. Normalement, les atomes ne restent pas très longtemps dans un état excité. Ils dégagent l’énergie qu’ils viennent d’absorber et retournent à leur état normal, « non excité ».
L’énergie qu’ils dégagent peut prendre différentes formes. L’une de ces formes est la lumière.
Le type de lumière émise est différent pour chaque élément et pour chaque isotope. La lumière consiste généralement en une série de lignes très brillantes appelées spectre. Le nombre et la couleur des lignes produites sont spécifiques à chaque élément et à chaque isotope.
Lorsqu’un isotope du krypton, le krypton-86, est chauffé, il émet une ligne très claire, distincte et brillante de couleur rouge-orange. Les scientifiques ont décidé de définir le mètre en fonction de cette ligne. Ils ont dit qu’un mètre était égal à 1 650 763,73 fois la largeur de cette ligne.
Cette norme présentait de nombreux avantages. D’abord, presque tout le monde, n’importe où, pouvait trouver la longueur officielle d’un mètre. Il suffisait d’avoir l’équipement nécessaire pour chauffer un échantillon de krypton-86. Il suffisait ensuite d’observer la ligne rouge-orange produite. La longueur du mètre, alors, était de 1 650 763,73 fois la largeur de cette ligne.
Cette définition du mètre n’a duré que jusqu’en 1983. Les scientifiques ont alors décidé de définir le mètre par la vitesse à laquelle la lumière se déplace dans le vide. Ce système est encore plus exact que celui basé sur le krypton-86.
Extraction
Le krypton est toujours obtenu en laissant l’air liquide s’évaporer.
Utilisations
Les seules utilisations commerciales du krypton sont dans divers types de lampes. Lorsqu’on fait passer un courant électrique dans le gaz krypton, celui-ci émet une lumière très vive. L’application la plus courante de ce principe est sans doute celle des feux de piste des aéroports. Ces feux sont si brillants qu’ils peuvent être vus même par temps de brouillard sur des distances allant jusqu’à 300 mètres (1 000 pieds). Les feux ne brûlent pas en permanence. Au lieu de cela, ils émettent des impulsions lumineuses très brèves. Ces impulsions ne durent pas plus de 10 microsecondes (10 millionièmes de seconde). Elles s’allument et s’éteignent environ 40 fois par minute. Le krypton est également utilisé dans les projecteurs de diapositives et de films.
Le gaz krypton est également utilisé pour fabriquer des lumières « néon ». Les néons sont des lumières colorées souvent utilisées dans la publicité. Elles sont similaires aux ampoules fluorescentes. Mais elles émettent une lumière colorée à cause du gaz qu’elles contiennent. Certaines lampes au néon contiennent le gaz néon, mais d’autres contiennent d’autres gaz nobles. Une lampe au néon remplie de krypton, par exemple, brille en jaune.
Composés
Des composés de krypton ont été préparés en laboratoire mais n’existent pas dans la nature. Les composés synthétiques (artificiels) ne sont utilisés qu’à des fins de recherche.
Bien que les lumières au néon comprennent parfois du néon, le krypton est souvent le gaz utilisé.
Effets sur la santé
Il n’y a aucune preuve que le krypton soit nocif pour les humains, les animaux ou les plantes.