Note: Dit artikel, oorspronkelijk gepubliceerd in 1998, werd in 2006 bijgewerkt voor de eBook editie.
Overzicht
Krypton was een van de drie edelgassen die in 1898 werden ontdekt door de Schotse chemicus en natuurkundige Sir William Ramsay (1852-1916) en de Engelse chemicus Morris William Travers (1872-1961). Ramsay en Travers ontdekten de gassen door vloeibare lucht te laten verdampen. Terwijl zij dit deden, kookten alle gassen waaruit normale lucht bestaat, één voor één weg. Drie van deze gassen – krypton, xenon en neon – werden op deze manier voor het eerst ontdekt.
De term edelgas verwijst naar elementen in Groep 18 (VIIIA) van het periodiek systeem. Het periodiek systeem is een grafiek die laat zien hoe chemische elementen aan elkaar gerelateerd zijn. Deze gassen hebben de naam “edelgas” gekregen omdat ze zich gedragen alsof ze “te arrogant” zijn om met andere elementen te reageren. Tot in de jaren 1960 was er geen verbinding van deze gassen bekend. Omdat ze zo inactief zijn, worden ze ook wel de inerte gassen genoemd. Inert betekent inactief.
SYMBOL
Kr
ATOMISCH NUMMER
36
ATOMISCHE MASSA
83.80
FAMILIE
Groep 18 (VIIIA)
Nobel gas
PRONUNCIATIE
KRIP-ton
Krypton kent relatief weinig commerciële toepassingen. Bij alle gaat het op de een of andere manier om verlichtingssystemen.
Ontdekking en naamgeving
In 1898 waren er twee leden van de edelgasfamilie ontdekt. Dat waren helium (atoomnummer 2) en argon (atoomnummer 18). Maar er waren nog geen andere elementen van de familie gevonden. Het periodiek systeem bevatte lege vakjes tussen helium en argon en onder argon. De ontbrekende edelgassen hadden de atoomnummers 10, 36, 54 en 86. Scheikundigen beschouwen lege vakjes in het periodiek systeem als “elementen die wachten om ontdekt te worden.”
Aangezien de twee bekende edelstenen, helium en argon, beide gassen zijn, hoopten Ramsay en Travers dat de ontbrekende elementen ook gassen waren. En als ze dat waren, zouden ze misschien in lucht te vinden zijn. Het probleem was dat de lucht al zorgvuldig was geanalyseerd en voor 99,95% uit zuurstof, stikstof en argon bleek te bestaan. Was het mogelijk dat de ontbrekende gassen zich in de laatste 0,05 procent van de lucht bevonden?
Om de vraag te beantwoorden, werkten de scheikundigen niet met lucht zelf, maar met vloeibare lucht. Lucht wordt vloeibaar door het ver genoeg af te koelen. Hoe kouder lucht wordt, hoe meer gassen erin veranderen in vloeistoffen. Bij -182,96°C verandert zuurstof van een gas in een vloeistof. Bij -195,79°C (-320,42°F) verandert stikstof van een gas in een vloeistof. En zo gaat het maar door. Uiteindelijk kunnen alle gassen in lucht vloeibaar worden gemaakt (veranderen in een vloeistof).
Maar het omgekeerde proces vindt ook plaats. Stel, dat een vat met vloeibare lucht 100 liter bevat. De vloeibare lucht zal langzaam opwarmen. Wanneer de temperatuur -195,79°C bereikt, verandert de vloeibare stikstof weer in een gas. Aangezien lucht voor 78% uit stikstof bestaat, blijft er van de oorspronkelijke vloeibare lucht (22 liter) slechts 22% over.
Wanneer de temperatuur -182,96°C bereikt, verandert zuurstof van een vloeistof terug in een gas. Aangezien zuurstof 21 procent van de lucht uitmaakt, zal nog eens 21 procent (21 liter) van de vloeibare lucht verdampen.
Het werk van Ramsay en Travers was echter zeer moeilijk, omdat de gassen die zij zochten niet in overvloed in de lucht voorkomen. Krypton, bijvoorbeeld, maakt slechts ongeveer 0,000114 procent uit van de lucht. Voor elke 100 liter vloeibare lucht zou er slechts 0,00011, of ongeveer een tiende van een milliliter krypton zijn. Een tiende van een milliliter is ongeveer een druppel. Dus Ramsay en Travers- al wisten ze het niet- zochten naar één druppel krypton in 100 liter vloeibare lucht!
Verbazingwekkend, ze vonden het. De ontdekking van deze drie gassen was een grote verdienste van hun vaardigheden als onderzoekers. Zij stelden de naam krypton voor het nieuwe element voor. De naam werd ontleend aan het Griekse woord kryptos voor “verborgen.”
Fysische eigenschappen
Krypton is een kleurloos, reukloos gas. Het heeft een kookpunt van -152,9°C en een dichtheid van 3,64 gram per liter. Daarmee is krypton ongeveer 2,8 keer zo dicht als lucht.
“Kijk, daarboven in de lucht! Het is een vogel! Het is een vliegtuig.
De beroemde stripfiguur Superman heeft veel superkrachten. Iedereen weet dat. Hij is de man van staal. Hij kan röntgenstralen zien. Zijn gehoor is zo goed dat hij een stem kan horen in een drukke stad. En, natuurlijk: Hij is sneller dan een kogel. Krachtiger dan een locomotief! In staat om over hoge gebouwen te springen in een enkele sprong! Maar er is een stof die Superman verzwakt: Kryptonite! Als hij wordt blootgesteld aan kryptoniet. ervaart Superman pijn en verliest hij zijn superkrachten. Als hij te lang blootgesteld wordt, kan hij zelfs sterven.
Kryptonite is natuurlijk puur fictief. Ondanks de gelijkenis in namen, heeft kryptoniet niets te maken met element 36, krypton. Volgens de legende van de tekenfilm kwam Superman van de planeet Krypton.
Kal-El, zoals hij oorspronkelijk heette, werd door zijn ouders in een ruimteschip geplaatst, vlak voordat de planeet explodeerde.
Terwijl de jonge Superman van Krypton wegblies, bleef er helaas een stuk kryptoniet op het ruimteschip vastzitten. Dezelfde verschrikkelijke krachten die de planeet deden ontploffen, hadden ook het dodelijke kryptoniet gemaakt. En, zoals Superman later zou ontdekken, schijnen aartsvijanden dit groen gloeiende gesteente altijd in handen te krijgen!
Afgezien van de fictieve aard van kryptoniet, is er nog een verschil tussen kryptoniet en krypton. Kryptoniet is een steen. Een steen die grote schade kan toebrengen aan, nou ja, één persoon in ieder geval. Krypton is een inert gas dat geen enkel effect heeft op wat dan ook.
Chemische eigenschappen
Voor vele jaren dacht men dat krypton volledig inert was. Toen, in het begin van de jaren 1960, bleek het mogelijk te zijn om bepaalde verbindingen van het element te maken. De Engelse chemicus Neil Bartlett (1932-) vond manieren om edelgassen te combineren met het meest actieve element van allemaal, fluor. In 1963 werden de eerste kryptonverbindingen gemaakt – kryptondifluoride (KrF2) en kryptontetrafluoride (KrF4). Sindsdien zijn ook andere kryptonverbindingen gemaakt. Deze hebben echter geen commerciële toepassingen. Het zijn slechts curiosa voor het laboratorium.
Voorkomen in de natuur
De abundantie van krypton in de atmosfeer wordt geschat op ongeveer 0,000108 tot 0,000114 procent. Het element wordt ook in de aardkorst gevormd bij de afbraak van uranium en andere radioactieve elementen. De hoeveelheid in de aardkorst is echter te klein om te schatten.
Isotopen
Er bestaan zes natuurlijk voorkomende isotopen van krypton. Het zijn krypton-78, krypton-80, krypton-82, krypton-83, krypton-84, en krypton-86. Isotopen zijn twee of meer vormen van een element. Isotopen verschillen van elkaar op grond van hun massagetal. Het getal rechts van de naam van het element is het massagetal. Het massagetal geeft het aantal protonen plus neutronen in de kern van een atoom van het element weer. Het aantal protonen bepaalt het element, maar het aantal neutronen in het atoom van een bepaald element kan variëren. Elke variatie is een isotoop.
Er zijn ook ten minste zestien radioactieve isotopen van krypton bekend. Een radioactieve isotoop is een isotoop die uiteenvalt en een of andere vorm van straling afgeeft. Radioactieve isotopen ontstaan wanneer zeer kleine deeltjes op atomen worden afgevuurd. Deze deeltjes blijven in de atomen hangen en maken ze radioactief.
Een radioactieve isotoop van krypton wordt commercieel gebruikt, krypton-85. Het kan worden gecombineerd met fosforen om materialen te produceren die schitteren in het donker. Een fosfor is een materiaal dat glanst wanneer het door elektronen wordt getroffen. De straling van krypton-85 valt op de fosfor. De fosfor geeft dan licht af. Dezelfde isotoop wordt ook gebruikt om lekken in een vat op te sporen. Het radioactieve gas wordt in de container geplaatst die moet worden getest. Aangezien het gas inert is, zal krypton niet reageren met iets anders in de container. Maar als de container een lek heeft, zal er wat radioactief krypton-85 ontsnappen. De isotoop kan worden gedetecteerd met speciale apparaten voor het detecteren van straling.
Krypton-85 wordt ook gebruikt om de bloedstroom in het menselijk lichaam te bestuderen. Het wordt ingeademd als een gas, en dan geabsorbeerd door het bloed. Het reist door de bloedbaan en het hart, samen met het bloed. De weg die het aflegt kan worden gevolgd door een technicus die een detectieapparaat boven het lichaam van de patiënt houdt. Het apparaat laat zien waar het radioactieve materiaal heen gaat en hoe snel het zich verplaatst. Een arts kan vaststellen of dit gedrag normaal is of niet.
Hoe lang is een meter?
De meter is de standaard lengte-eenheid in het metrieke stelsel. Hij werd voor het eerst gedefinieerd in 1791. Als onderdeel van de grote veranderingen die de Franse Revolutie met zich meebracht, werd een geheel nieuw systeem van meten in het leven geroepen: het metrieke stelsel.
In het begin werd de meter op een zeer eenvoudige manier gedefinieerd. Het was de afstand tussen twee lijnen gekrast in een metalen staaf bewaard buiten Parijs. Gedurende vele jaren voldeed die definitie voor de meeste doeleinden. Natuurlijk ontstond er een probleem. Stel dat iemand in de Verenigde Staten zich bezighield met het maken van meterstokken. Die persoon zou naar Parijs moeten reizen om een kopie van de officiële meter te maken. Dan zou de kopie gebruikt moeten worden om andere kopieën te maken. De kans op fouten in dit proces is enorm.
In 1960 hadden wetenschappers een ander idee. Zij stelden voor om licht geproduceerd door hete krypton te gebruiken als standaard voor lengte. Hier is hoe die standaard werd ontwikkeld:
Wanneer een element wordt verhit, absorbeert het energie van de hitte. De atomen die in het element aanwezig zijn, bevinden zich in een “aangeslagen”, of energetische, toestand. Atomen blijven normaal gesproken niet lang in een aangeslagen toestand. Zij geven de energie af die zij zojuist hebben geabsorbeerd en keren terug naar hun normale, “niet-gexciteerde” toestand.
De energie die zij afgeven kan verschillende vormen aannemen. Een van die vormen is licht.
Het soort licht dat wordt afgegeven is voor elk element en voor elke isotoop verschillend. Het licht bestaat gewoonlijk uit een reeks zeer heldere lijnen, die een spectrum worden genoemd. Het aantal en de kleur van de geproduceerde lijnen is specifiek voor elk element en elke isotoop.
Wanneer een isotoop van krypton, krypton-86, wordt verhit, geeft het een zeer duidelijke, heldere lijn af met een roodachtig-oranje kleur. Wetenschappers besloten de meter te definiëren in termen van die lijn. Zij zeiden dat een meter 1.650.763,73 maal de breedte van die lijn is.
Deze standaard had vele voordelen. Ten eerste kon bijna iedereen overal de officiële lengte van een meter vinden. Alles wat men nodig had was de apparatuur om een monster van krypton-86 te verhitten. Dan moest men kijken naar de rood-oranje lijn die geproduceerd werd. De lengte van de meter was dan 1.650.763,73 maal de breedte van die lijn.
Deze definitie voor de meter duurde slechts tot 1983. Wetenschappers besloten toen een meter te definiëren aan de hand van de snelheid waarmee licht in een vacuüm reist. Dit systeem is nog exacter dan dat op basis van krypton-86.
Extractie
Krypton wordt nog steeds verkregen door vloeibare lucht te laten verdampen.
Toepassingen
De enige commerciële toepassingen van krypton zijn in verschillende soorten lampen. Wanneer een elektrische stroom door kryptongas wordt geleid, geeft het een zeer helder licht af. Misschien wel de meest voorkomende toepassing van dit principe is in landingsbaanverlichting op vliegvelden. Deze lichten zijn zo helder dat zij zelfs bij mist over afstanden tot 300 meter (1.000 voet) kunnen worden gezien. De lichten branden niet continu. In plaats daarvan zenden zij zeer korte lichtpulsen uit. De pulsen duren niet langer dan ongeveer 10 microseconden (10 miljoenste van een seconde). Zij flitsen ongeveer 40 keer per minuut aan en uit. Krypton wordt ook gebruikt in diaprojectoren en filmprojectoren.
Kryptongas wordt ook gebruikt voor het maken van “neon”-lampen. Neonlichten zijn gekleurde lichten die vaak in de reclame worden gebruikt. Zij zijn vergelijkbaar met fluorescerende gloeilampen. Maar ze geven een gekleurd licht af door het gas dat ze bevatten. Sommige neonlampen bevatten het gas neon, maar andere bevatten andere edelgassen. Een neonlamp gevuld met krypton, bijvoorbeeld, straalt geel.
Compounds
Compounds van krypton zijn in het laboratorium bereid, maar bestaan niet in de natuur. De synthetische (kunstmatige) verbindingen worden alleen voor onderzoeksdoeleinden gebruikt.
Hoewel neonlampen soms wel neon bevatten, is krypton vaak het gebruikte gas.
Gezondheidseffecten
Er is geen bewijs dat krypton schadelijk is voor mensen, dieren of planten.