Krypton : Propriétés, Production et Utilisations

Contexte

Krypton (numéro atomique 36) est un gaz noble, groupe hélium, néon, argon, xénon, radon. Gaz incolore, insipide, inodore conditions standard. Densité ~3,7 g/L (0,5 oz/gal) ~3x air. Refroidi températures extrêmes, krypton liquéfie/solidifie ; ébullition –153,23 °C (–243,81 °F), fusion –157,37 °C (–251,27 °F).

Nature : mélange six isotopes stables. Isotopes : même protons, neutrons différents, poids atomique variant. Plus abondant krypton-84 (48 neutrons) 57 % krypton naturel. Autres stables : krypton-86 (17,3 %), krypton-82 (11,6 %), krypton-83 (11,5 %), krypton-80 (2,25 %), krypton-78 (0,35 %).

Krypton aussi produit ensemble isotopes instables radioactifs réactions nucléaires. ~20 isotopes créés laboratoires ; tous sauf krypton-85 demi-vies quelques heures. Krypton-85 (49 neutrons) comparatively longévité, désintégration demi-vie 10,73 ans.

Applications industrielles krypton diverses. Mélangé argon, augmente luminosité lampes fluorescentes. Ampoules incandescentes, mélange krypton/azote prolonge vie filament. Flashs reposent libération rapide krypton générant flash bref intense photo haute vitesse. Radioactivité krypton-85 exploitée essais non-destructifs : gaz s'accumule micro-fissures métal, détection défauts par émissions.

Histoire

Gaz nobles inconnus chimistes anciens. 1785, Henry Cavendish détecta composant inerte air ne réagissant pas azote. Première identification définitive 1868 Joseph Norman Lockyer, analysant lumière solaire, découvrit hélium nom grec soleil.

1894, Lord Rayleigh et William Ramsay découvrirent argon notant différence densité azote atmosphère vs azote ammoniaque. Isolèrent gaz inerte, nom grec « inactif ». Année suivante, Ramsay et Morris Travers observèrent chauffe clévéite libérait hélium/argon, première détection terrestre hélium. 1898, duo refroidit air liquide sépara trois nouveaux gaz — krypton (grec « caché »), néon (« nouveau »), xénon (« étrange »).

1900, Friedrich Dom rapporta désintégration radium libérait hélium et gaz radioactif inconnu. 1910, Ramsay et Robert Whytlaw-Gray mesurèrent densité, nommèrent niton (latin « briller ») car brillait liquéfié ; renommé radon après. Ramsay Prix Nobel Chimie 1904 recherches gaz nobles.

Initialement gaz rares/inertes, montré plus tard abondants atmosphère et formant composés. 1962, Neil Bartlett synthétisa hexafluorure xénon, premier composé gaz noble ; composés krypton suivirent 1963. Période 1960–1983 mètre défini longueur d'onde émission rouge-orangé krypton-86 ; définition remplacée vitesse lumière.

Matières Premières

Traces krypton divers minéraux, air atmosphérique source principale. Niveau mer, air sec : 78,08 % azote, 20,95 % oxygène, 0,93 % argon, 0,0018 % néon, 0,00052 % hélium, 0,00011 % krypton, 0,0000087 % xénon, traces CO₂, H₂, CH₄, NO, O₃.

Centrales nucléaires, krypton aussi récupéré fission uranium. Contrairement krypton atmosphérique, fission produit isotopes stables et radioactifs.

Processus de Fabrication

Fabrication Air Liquide

• Air d'abord filtré particules, puis traité alcali absorber eau/CO₂.
• Air sec compressé haute pression, température monte ; refroidi réfrigération.
• Détente suivante chambre, chute pression brutale absorbe chaleur, refroidit air ~–196 °C (–321 °F) liquéfiant plupart gaz atmosphériques.

Séparation Gaz

• Gaz points ébullition très bas — hélium, hydrogène, néon — éliminés directement.
• Distillation fractionnée exploite points ébullition distincts gaz restants.
• Air liquide réchauffe, argon, oxygène, azote vaporisent premiers ; krypton/xénon restent liquides températures plus hautes.

Séparation Krypton/Xénon

• Krypton/xénon liquides adsorbés gel silice/charbon actif, puis distillation fractionnée supplémentaire.
• Réchauffage mélange libère krypton gaz, xénon reste liquide point ébullition supérieur.
• Krypton purifié passage titane chaud, éliminant tous éléments non-nobles.

Séparation Isotopes Krypton

• Applications nécessitant isotope unique, diffusion thermique sépare krypton différences densité.
• Fil chauffé tube verre vertical établit convection, isotopes plus légers portés sommet collecte.

Conditionnement et Expédition

• Krypton scellé ampoules Pyrex pression atmosphérique ou bouteilles acier haute pression. Inertie = sûr, non-toxique, non-explosif, non-inflammable, pas exigences expédition spéciales.

Contrôle Qualité

Pureté vérifiée analyse spectroscopique : gaz chauffé, lumière émise dispersée prisme/réseau produisant spectre. Lignes nettes brillantes caractéristiques krypton confirment pureté ; déviation signale contamination.

Sous-produits et Déchets

Distillation fractionnée produit grandes quantités azote (~75 % air), essentiel production ammoniaque et protection matériaux oxydation. Azote liquide cryoconservation/réfrigération.

Oxygène ~20 % air, consommé industrie acier oxydation carbone, applications environnementales traitement eaux usées/incinération déchets. Oxygène liquide propergol fusées.

Autres gaz nobles — argon, néon, xénon — usages niches : argon ampoules/gaz protection ; néon enseignes iconiques ; xénon stroboscopes/lampes haute intensité.

Avenir

Approvisionnement futur krypton peut dépendre trajectoire nucléaire. Sous-produit fission, réacteurs pourraient devenir source significative. Si fusion/énergies alternatives supplantent fission, extraction atmosphérique restera méthode dominante.