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Conoce tus elementos - El kriptón

En el último artículo de la serie Conoce tus elementos, donde recorremos poco a poco la tabla periódica, hablamos sobre el elemento de treinta y cinco protones: el bromo. Aunque haga cuatro meses, espero que recuerdes que se trataba de un elemento tremendamente inestable, ya que un electrón más lo haría electrónicamente estable y no hay nada que proporcione más inestabilidad que justamente eso: estar muy cerca de la estabilidad. Esto significa que hoy hablaremos del elemento estable a cuya configuración electrónica aspiraba el bromo: el elemento de treinta y seis protones, el kriptón.

El artículo de hoy será corto y, francamente, no demasiado interesante, lo mismo que ha pasado con las entradas correspondientes a los otros elementos estables, como el argón y el neón. Como hice entonces, no pienso alargar esto simplemente para escribir un artículo de determinada longitud, de modo que cuando me quede sin cosas que decir, me callo.

Dicho esto, hablemos de este elemento inerte de treinta y seis protones.

Como hemos visto a lo largo de la serie, es difícil que la existencia de un elemento químico se nos escape durante mucho tiempo. Para que un elemento sea descubierto muy tarde en la historia de la ciencia hace falta que se combinen varios factores: que no exista en gran cantidad, que no tenga efectos notables, que se presente siempre en compuestos que oculten su presencia… o, como en este caso, que no forme compuestos pero que su propia estabilidad lo haga casi indetectable.

El kriptón es tan escurridizo que su propio nombre viene del griego kryptos (oculto). Escapó a los descubrimientos casuales de la Antigüedad, a los más ingenuos intentos previos a la química moderna e incluso a la fiebre de descubrimientos de los siglos XVIII y XIX.

Hubo que esperar hasta el cambio de siglo XIX-XX, ya que fue entonces cuando los avances en Termodinámica nos permitieron atacar el problema de la composición del aire atmosférico de manera sistemática. Hemos hablado ya en la serie de los Premios Nobel sobre este asunto, ya que Sir William Ramsay obtuvo el Nobel de Química de 1904 por este asunto. Aunque hablásemos de ello en aquella serie, permite que te recuerde cómo sucedió la cosa y por qué el kriptón es tan difícil de detectar.

William Ramsay y Lord Rayleigh
Sir William Ramsay (izq.) y Lord Rayleigh (der.), en 1894 [dominio público].

A finales del XIX John William Strutt, Lord Rayleigh –ganador también de un Nobel por estas cosas, por cierto– se dio cuenta de algo muy raro: al medir la densidad del nitrógeno atmosférico y la de nitrógeno obtenido mediante reacciones químicas se obtenían valores diferentes. No muy diferentes, pero sí lo suficiente para que Rayleigh se diera cuenta de que pasaba algo raro.

La razón era simple: el “nitrógeno” atmosférico no lo era en realidad. Se trataba en su mayor parte de nitrógeno molecular, N2, pero mezclado con otros gases que, al medir la densidad de la mezcla, modificaban muy ligeramente el resultado. Como la modificación era ligera, sólo había dos opciones: o bien estos otros gases existían en concentraciones minúsculas o sus masas eran muy similares a las del nitrógeno.

En 1894 William Ramsay asistió a una conferencia de Strutt en la que el otro explicaba este problema y la probable razón: la existencia de algo más mezclado con el nitrógeno atmosférico. Ramsay se puso a trabajar en el asunto del modo termodinámicamente obvio: tomando una muestra de aire líquido comprimido y realizando la destilación parcial, es decir, haciendo que los componentes del aire se fueran volviendo gaseosos uno a uno y poco a poco, de los más volátiles a los menos volátiles.

William Ramsay
Sir William Ramsay [dominio público].

Así, Ramsay descubrió el argón, y en los meses y años siguientes hizo lo mismo con otros tres gases inertes casi de un tirón: neón, kriptón y xenón, trabajando con su ayudante Morris Travers. Resultó que no había un solo acompañante “secreto” del nitrógeno atmosférico, sino un buen puñado de ellos en cantidades minúsculas –y masas, algunas de ellas, muy diferentes de la del nitrógeno– y sin apenas efecto sobre nada más, dado su carácter inerte. Antiguamente se los llamaba gases nobles, aunque hoy tiende a llamárselos más bien gases inertes.

Como todos ellos, el kriptón es un gas transparente, de modo que no puedo mostrarte lo que Ramsay vio al aislarlo. Sin embargo, como todos los otros gases inertes, el kriptón puede brillar cuando se introduce en un tubo de descarga, de manera que aquí tienes su apariencia en este caso –y aquí sí es diferente de los otros, como veremos en un momento–:

Brillo del kriptón
Kriptón brillando en un tubo de descarga [Jurii / CC Attribution-Sharealike 3.0 License].

Este gas constituye tan sólo alrededor de una parte por millón de la atmósfera en masa, es decir, únicamente el 0,000 1%. Por otro lado, recuerda que la atmósfera tiene una masa gigantesca: 5·1018 kg. Esto significa que hay unos 5·1012 kg de kriptón en ella, es decir, unos cinco mil millones de toneladas. Ya no parece tan poco, ¿verdad?

¿De dónde viene todo este kriptón? No estamos completamente seguros, y probablemente no tiene un único origen. Por una parte, el kriptón es uno de los productos de la fisión del uranio, tanto espontánea como provocada. Dado que el interior de la Tierra contiene mucho uranio que ha estado ahí desde el principio, es inevitable que según parte del uranio se ha ido desintegrando y formando átomos más ligeros haya ido liberando kriptón.

Es un proceso muy lento, por supuesto, pero hay una diferencia esencial entre el kriptón y otros gases formados como productos de desintegraciones nucleares, como el helio: el kriptón es bastante pesado. La densidad del helio en condiciones normales es de unos 0,18 kg/m3, lo que significa que gran parte del helio formado en el interior de la Tierra a lo largo del tiempo ha escapado a la gravedad terrestre y ha salido de la atmósfera. Sin embargo, la densidad del kriptón en las mismas condiciones es de 3,7 kg/m3, unas veinte veces más que el helio y más de tres veces la densidad media del aire al nivel del suelo.

Por tanto, prácticamente todo el kriptón producido en la Tierra desde su formación sigue aún aquí: o bien encerrado en bolsas subterráneas cercanas a depósitos de uranio, o bien en la atmósfera, en una concentración minúscula dada la enorme cantidad de gas que contiene, por supuesto.

Pero, por otra parte, utilizando la espectroscopía hemos detectado bastante kriptón en el espacio: en asteroides, en la Luna, en otras estrellas… Esto significa que es posible que parte del kriptón terrestre haya llegado hasta aquí desde el exterior. Muy probablemente esto también ha sucedido muy poco a poco, pero otra vez pasa lo mismo: por lenta que sea la ganancia de kriptón, la masa atómica de este elemento es tan grande que nunca escapa de nuevo, con lo que poco a poco vamos ganando más.

Desde luego, esto no es alarmante: con la excepción de algunos isótopos inestables de minúscula proporción, el kriptón no es peligroso en pequeñas concentraciones. La razón sigue siendo la de siempre: al ser estable y no reaccionar con nada, no es un veneno. Su único peligro, de haber una concentración considerable, es que podría desplazar al oxígeno. Dicho de otro modo, de aumentar mucho la concentración de Kr en una habitación podrías asfixiarte, pero no porque el kriptón sea peligroso en sí mismo, sino por la ausencia de O2.

Esto de que no reacciona con nada, por cierto, no es rigurosamente cierto. En 1963 se logró formar una molécula con kriptón, empleando por supuesto un elemento extraordinariamente reactivo, el flúor (el más electronegativo de todos):

Kr + F2 → KrF2

Pero esto se consiguió en minúscula concentración y condiciones extremas, lo mismo que algunas otras moléculas formadas desde la década de los 60. En general, y en la práctica, el kriptón siempre se encuentra en forma atómica y no se digna a reaccionar con nadie.

¿Para qué sirve entonces este asocial elemento? Su uso más común es el mismo que en el caso de otros gases inertes, como el argón, el neón o el xenón: en iluminación. Y el gas que nos ocupa hoy es especial en este aspecto.

El kriptón tiene varias líneas de emisión diferentes, que se corresponden con varias transiciones electrónicas distintas. Dado que las longitudes de onda de estas líneas barren una buena parte del espectro visible, la luz de descarga del kriptón es prácticamente blanca, y eso lo hace útil. Es común emplearlo en tubos de iluminación y bombillas de bajo consumo, ya sea para obtener luz blanca o pintando el tubo para darle algún otro color. Hemos hablado sobre tubos de este tipo al hacerlo del neón, por cierto, de modo que no voy a repetirme aquí.

Gases inertes
Luz de descarga de los gases inertes [Jurii / CC Attribution-Sharealike 3.0 License].

A pesar de que el kriptón tiene ese color blanco que lo hace muy útil, es mucho más caro que algunos otros gases que se usan con el mismo propósito, como el argón, porque es menos común. Por eso también es relativamente frecuente encontrarlo en tubos fluorescentes mezclado con gases más baratos en vez de puro.

Cuando sí se usa puro es cuando se quiere una luz muy blanca y muy brillante y el precio no es un problema. Por ejemplo, algunos flashes de cámaras fotográficas lo utilizan. El gas inerte “pata negra”, sin embargo, no es normalmente el kriptón sino el xenón, como veremos cuando lleguemos a él.

Finalmente, el kriptón también se utiliza en láseres de mayor potencia que los de helio-neón. El más famoso de éstos es el de kriptón-flúor, que es uno de los empleados en los intentos de lograr fusión nuclear mediante confinamiento por láser. Este láser de kriptón-flúor tiene, como te puedes imaginar, poco que ver con los rojos de helio-neón que suelen verse por ahí: para empezar no es rojo, ni mucho menos… tiene una longitud de onda de unos 250 nanómetros, con lo que se encuentra en el ultravioleta y ni siquiera podemos verlo.

En la próxima entrega pasaremos, como siempre sucede al terminar un período, de un elemento extraordinariamente estable a uno que es justamente lo contrario: conoceremos el elemento de treinta y siete protones, el rubidio.

Para saber más:

Conoce tus elementos, Química

6 comentarios

De:
2014-06-19 18:37

queda guais publicar sobre un gas "noble" precisamente el día de la coronación

De: Gabo
2014-06-20 14:43

Aunque no tan cientifico, por que se relaciono este elemento, con cristales de color verde en la Kriptonita? Y cual es el cristal que muestran en las peliculas?

De: patriot
2014-06-20 15:35

Interesante y no tan aburrido después de todo :). No puedo creer que ya llevamos 36!

Y en cuanto al color, de todos el del Kriptón es el más aburrido :(

De: Facu
2014-06-20 16:47

Muchas gracias Pedro por el post! Siempre son muy interesantes.

Un comentario. Donde dice: "realizando la destilación parcial, es decir, haciendo que los componentes del aire se fueran volviendo gaseosos uno a uno y poco a poco", no debería decir líquidos?

De: Osvaldo
2014-09-20 23:05

Que bueno que sigas con esta serie, realizas una buena revisión sobre el tema exponiendo puntos muy interesantes. Esperamos la siguiente entrega.

De: Venger
2014-11-28 10:40

Una pregunta, Pedro: ¿los gases nobles también tienen un tiempo de vida como el resto de los átomos?

¿Mayor o menor que otros? El tiempo de vida sé que depende del número atómico, pero ¿también depende de si completan o no la última capa de electrones?

Un saludo, profe

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