Nota: Questo articolo, originariamente pubblicato nel 1998, è stato aggiornato nel 2006 per l’edizione eBook.
Overview
Krypton era uno dei tre gas nobili scoperti nel 1898 dal chimico e fisico scozzese Sir William Ramsay (1852-1916) e dal chimico inglese Morris William Travers (1872-1961). Ramsay e Travers scoprirono i gas facendo evaporare l’aria liquida. Mentre lo faceva, ciascuno dei gas che compongono l’aria normale bolliva, uno alla volta. Tre di questi gas – cripton, xeno e neon – furono scoperti per la prima volta in questo modo.
Il termine gas nobile si riferisce agli elementi del gruppo 18 (VIIIA) della tavola periodica. La tavola periodica è un grafico che mostra come gli elementi chimici sono collegati tra loro. A questi gas è stato dato il nome “nobile” perché si comportano come se fossero “troppo arroganti” per reagire con altri elementi. Fino agli anni ’60, non si conosceva nessun composto di questi gas. Poiché sono così inattivi, sono anche chiamati gas inerti. Inerte significa inattivo.
SYMBOL
Kr
NUMERO ATOMICO
36
MASSA ATOMICA
83.80
FAMIGLIA
Gruppo 18 (VIIIA)
Gas nobile
PRONUNCIAZIONE
KRIP-ton
Il krypton ha relativamente pochi usi commerciali. Tutti coinvolgono i sistemi di illuminazione in un modo o nell’altro.
Scoperta e denominazione
Nel 1898, due membri della famiglia dei gas nobili erano stati scoperti. Erano l’elio (numero atomico 2) e l’argon (numero atomico 18). Ma nessun altro elemento della famiglia era stato trovato. La tavola periodica conteneva caselle vuote tra l’elio e l’argon e sotto l’argon. I gas nobili mancanti avevano numeri atomici 10, 36, 54 e 86. I chimici pensano alle caselle vuote della tavola periodica come “elementi in attesa di essere scoperti”
Siccome i due elementi nobili conosciuti, elio e argon, sono entrambi gas, Ramsay e Travers speravano che anche gli elementi mancanti fossero gas. E se lo fossero stati, avrebbero potuto trovarli nell’aria. Il problema era che l’aria era già stata attentamente analizzata e trovata per essere circa 99,95 per cento di ossigeno, azoto e argon. Era possibile che i gas mancanti fossero nell’ultimo 0,05 per cento dell’aria?
Per rispondere alla domanda, i chimici hanno lavorato non con l’aria stessa, ma con l’aria liquida. L’aria diventa liquida semplicemente raffreddandola abbastanza. Più l’aria diventa fredda, più i gas al suo interno si trasformano in liquidi. A -182,96°C (-297,33°F), l’ossigeno si trasforma da gas in liquido. A -195,79°C (-320,42°F), l’azoto si trasforma da gas in liquido. E così via. Alla fine, tutti i gas dell’aria possono essere fatti liquefare (trasformarsi in un liquido).
Ma avviene anche il processo inverso. Supponiamo che un contenitore di aria liquida contenga 100 litri. L’aria liquida si riscalderà lentamente. Quando la sua temperatura raggiunge i -195,79°C, l’azoto liquido torna ad essere un gas. Poiché circa il 78% dell’aria è azoto, rimarrà solo il 22% dell’aria liquida originale (22 litri).
Quando la temperatura raggiunge i -182,96°C, l’ossigeno passa da liquido a gas. Poiché l’ossigeno costituisce il 21% dell’aria, un altro 21% (21 litri) dell’aria liquida evaporerà.
Il lavoro di Ramsay e Travers era molto difficile, tuttavia, perché i gas che cercavano non sono abbondanti nell’aria. Il krypton, per esempio, costituisce solo lo 0,000114% circa dell’aria. Per ogni 100 litri di aria liquida, ci sarebbe solo 0,00011, o circa un decimo di millilitro di krypton. Un decimo di millilitro è circa una goccia. Quindi Ramsay e Travers – anche se non lo sapevano – stavano cercando una goccia di krypton in 100 litri di aria liquida!
In modo sorprendente, l’hanno trovata. La scoperta di questi tre gas fu un grande merito delle loro capacità di ricercatori. Suggerirono il nome krypton per il nuovo elemento. Il nome fu preso dalla parola greca kryptos per “nascosto”.
Proprietà fisiche
Il krypton è un gas incolore e inodore. Ha un punto di ebollizione di -152,9°C (-243,2°F) e una densità di 3,64 grammi per litro. Questo rende il krypton circa 2,8 volte più denso dell’aria.
“Guarda, su nel cielo! È un uccello! È un aereo….
Il famoso personaggio dei cartoni animati Superman ha molti superpoteri. Tutti lo sanno. È l’uomo d’acciaio. Ha la vista a raggi X. Il suo udito è così buono che può sintonizzarsi su una voce in una città affollata. E, naturalmente: È più veloce di un proiettile! Più potente di una locomotiva! In grado di saltare alti edifici con un solo balzo!
Ma c’è una sostanza che indebolisce Superman: la kryptonite! Se esposto alla kryptonite. Superman prova dolore e perde i suoi superpoteri. Se esposto per troppo tempo, può anche morire.
La kryptonite, naturalmente, è puramente fittizia. Nonostante la somiglianza dei nomi, la kryptonite non ha nulla a che fare con l’elemento 36, il krypton. Secondo la leggenda dei cartoni animati, Superman proveniva dal pianeta Krypton.
Kal-El, come era originariamente conosciuto, fu messo in un’astronave dai suoi genitori, poco prima che il pianeta esplodesse.
Purtroppo, mentre il giovane Superman si allontanava da Krypton, un pezzo di kryptonite rimase bloccato sull’astronave. Le stesse terribili forze che avevano causato l’esplosione del pianeta, avevano anche creato la mortale kryptonite. E, come Superman avrebbe scoperto più tardi, gli arcinemici sembrano sempre mettere le mani su questa roccia verde brillante!
A parte la natura fittizia della kryptonite, c’è un’altra differenza tra essa e krypton. La kryptonite è una roccia che può causare grandi danni a, beh, una persona in ogni caso. Il krypton è un gas inerte che non ha alcun effetto su nulla.
Proprietà chimiche
Per molti anni si è pensato che il krypton fosse completamente inerte. Poi, all’inizio degli anni ’60, si scoprì che era possibile fare alcuni composti dell’elemento. Il chimico inglese Neil Bartlett (1932-) trovò il modo di combinare i gas nobili con l’elemento più attivo di tutti, il fluoro. Nel 1963, i primi composti di krypton furono fatti: difluoruro di krypton (KrF2) e tetrafluoruro di krypton (KrF4). Altri composti di krypton sono stati fatti da allora. Tuttavia, questi non hanno usi commerciali. Sono solo curiosità di laboratorio.
Eccursione in natura
Si pensa che l’abbondanza di krypton nell’atmosfera sia di circa 0,000108 a 0,000114 per cento. L’elemento si forma anche nella crosta terrestre quando l’uranio e altri elementi radioattivi si decompongono. La quantità nella crosta terrestre è troppo piccola per essere stimata, comunque.
Isotopi
Esistono sei isotopi naturali del krypton. Sono krypton-78, krypton-80, krypton-82, krypton-83, krypton-84, e krypton-86. Gli isotopi sono due o più forme di un elemento. Gli isotopi differiscono l’uno dall’altro in base al loro numero di massa. Il numero scritto a destra del nome dell’elemento è il numero di massa. Il numero di massa rappresenta il numero di protoni più neutroni nel nucleo di un atomo dell’elemento. Il numero di protoni determina l’elemento, ma il numero di neutroni nell’atomo di qualsiasi elemento può variare. Ogni variazione è un isotopo.
Sono noti anche almeno sedici isotopi radioattivi del krypton. Un isotopo radioattivo è un isotopo che si scinde ed emette qualche forma di radiazione. Gli isotopi radioattivi sono prodotti quando particelle molto piccole sono sparate contro gli atomi. Queste particelle si fissano negli atomi e li rendono radioattivi.
Un isotopo radioattivo del krypton è usato commercialmente, il krypton-85. Può essere combinato con i fosfori per produrre materiali che brillano al buio. Un fosforo è un materiale che brilla quando colpito da elettroni. La radiazione emessa dal krypton-85 colpisce il fosforo. Il fosforo emette quindi luce. Lo stesso isotopo è anche usato per rilevare le perdite in un contenitore. Il gas radioattivo è posto all’interno del contenitore da testare. Poiché il gas è inerte, il krypton non reagisce con nient’altro nel contenitore. Ma se il contenitore ha una perdita, un po’ di krypton-85 radioattivo uscirà. L’isotopo può essere rilevato con dispositivi speciali per rilevare le radiazioni.
Il krypton-85 è anche usato per studiare il flusso di sangue nel corpo umano. Viene inalato come un gas, e poi assorbito dal sangue. Viaggia attraverso il flusso sanguigno e il cuore insieme al sangue. Il suo percorso può essere seguito da un tecnico che tiene un dispositivo di rilevamento sopra il corpo del paziente. Il dispositivo mostra dove sta andando il materiale radioattivo e quanto velocemente si sta muovendo. Un medico può determinare se questo comportamento è normale o no.
Quanto è lungo un metro?
Il metro è l’unità standard di lunghezza nel sistema metrico. Fu definito per la prima volta nel 1791. Come parte dei grandi cambiamenti portati dalla rivoluzione francese, fu creato un sistema di misura completamente nuovo: il sistema metrico decimale.
All’inizio, il metro fu definito in modo molto semplice. Era la distanza tra due linee graffiate in una barra di metallo tenuta fuori Parigi. Per molti anni, questa definizione fu soddisfacente per la maggior parte degli scopi. Naturalmente, creava un problema. Supponiamo che qualcuno negli Stati Uniti si occupi della produzione di metri a bastone. Quella persona avrebbe dovuto viaggiare a Parigi per fare una copia del metro ufficiale. Poi la copia dovrebbe essere usata per fare altre copie. Le possibilità di errore in questo processo sono enormi.
Nel 1960, gli scienziati ebbero un’altra idea. Suggerirono di usare la luce prodotta dal krypton caldo come standard di lunghezza. Ecco come è stato sviluppato questo standard:
Quando un elemento viene riscaldato, assorbe energia dal calore. Gli atomi presenti nell’elemento sono in uno stato “eccitato”, o energetico. Gli atomi normalmente non rimangono in uno stato eccitato molto a lungo. Cedono l’energia che hanno appena assorbito e ritornano al loro stato normale, “non eccitato”.
L’energia che cedono può assumere diverse forme. Una di queste forme è la luce.
Il tipo di luce emessa è diverso per ogni elemento e per ogni isotopo. La luce di solito consiste in una serie di linee molto luminose chiamate spettro. Il numero e il colore delle linee prodotte è specifico per ogni elemento e isotopo.
Quando un isotopo del krypton, il krypton-86, viene riscaldato, emette una linea molto chiara, distinta e luminosa di colore rosso-arancio. Gli scienziati decisero di definire il metro in termini di quella linea. Dissero che un metro è 1.650.763,73 volte la larghezza di quella linea.
Questo standard aveva molti vantaggi. Per prima cosa, quasi chiunque, ovunque, poteva trovare la lunghezza ufficiale di un metro. Tutto ciò che serviva era l’attrezzatura per riscaldare un campione di krypton-86. Poi si doveva cercare la linea rosso-arancione prodotta. La lunghezza del metro, allora, era 1.650.763,73 volte la larghezza di quella linea.
Questa definizione del metro durò solo fino al 1983. Gli scienziati hanno poi deciso di definire il metro in base alla velocità della luce nel vuoto. Questo sistema è ancora più esatto di quello basato sul krypton-86.
Estrazione
Il krypton si ottiene ancora facendo evaporare aria liquida.
Usi
Gli unici usi commerciali del krypton sono in vari tipi di lampade. Quando una corrente elettrica viene fatta passare attraverso il gas krypton, emette una luce molto brillante. Forse l’applicazione più comune di questo principio è nelle luci delle piste degli aeroporti. Queste luci sono così luminose che possono essere viste anche in condizioni di nebbia per distanze fino a 300 metri (1.000 piedi). Le luci non bruciano continuamente. Invece, inviano impulsi di luce molto brevi. Gli impulsi non durano più di circa 10 microsecondi (10 milionesimi di secondo). Si accendono e si spengono circa 40 volte al minuto. Il krypton è anche usato nei proiettori di diapositive e film.
Il gas krypton è anche usato per fare luci “neon”. Le luci al neon sono luci colorate spesso usate nella pubblicità. Sono simili alle lampadine fluorescenti. Ma emettono una luce colorata a causa del gas che contengono. Alcune luci al neon contengono il gas neon, ma altre contengono altri gas nobili. Una luce al neon riempita di krypton, per esempio, si illumina di giallo.
Composti
I composti di krypton sono stati preparati in laboratorio ma non esistono in natura. I composti sintetici (artificiali) sono usati solo per scopi di ricerca.
Anche se le luci al neon a volte includono il neon, il krypton è spesso il gas usato.
Effetti sulla salute
Non ci sono prove che il krypton sia dannoso per gli esseri umani, gli animali o le piante.