Krypton

Latar Belakang

Kripton adalah unsur kimia nomor 36 pada tabel periodik unsur. Itu milik kelompok unsur yang dikenal sebagai gas mulia. Gas mulia lainnya adalah helium, neon, argon, xenon, dan radon. Dalam kondisi normal, kripton adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Kepadatannya pada suhu dan tekanan normal adalah sekitar 0,5 oz per galon (3,7 g per liter), membuatnya hampir tiga kali lebih berat daripada udara. Pada suhu yang sangat rendah, kripton mungkin ada sebagai cairan atau padatan. Titik didih kripton adalah -243,81° F (-153,23° C), dan titik bekunya hanya sedikit lebih rendah pada -251,27° F (-157,37° C).

Kripton alami adalah campuran dari enam isotop stabil. Isotop adalah atom yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda. Jumlah proton (nomor atom) menentukan unsur mana yang ada, sedangkan jumlah total proton dan neutron menentukan berat atom atom. Isotop kripton semuanya memiliki 36 proton dan diberi nama berdasarkan berat atomnya. Krypton-84, yang memiliki 48 neutron, adalah isotop yang paling umum dan menyusun 57% dari kripton alami. Isotop kripton stabil lainnya adalah kripton-86 (50 neutron, 17,3%); kripton-82 (46 neutron, 11,6%); kripton-83 (47 neutron, 11,5%); kripton-80 (44 neutron, 2,25%); dan kripton-78 (42 neutron, 0,35%)

Krypton juga bisa eksis sebagai isotop radioaktif yang tidak stabil. Isotop ini dibuat selama reaksi nuklir. Sekitar 20 isotop radioaktif kripton telah diproduksi. Semua isotop ini kecuali kripton-85 sangat tidak stabil, dengan waktu paruh beberapa jam atau kurang. (Waktu paruh zat radioaktif adalah waktu yang diperlukan oleh setengah atom dalam sampel zat untuk mengalami peluruhan radioaktif.) Kripton-85, yang memiliki 36 proton dan 49 neutron, jauh lebih stabil, dengan setengah -umur 10,73 tahun.

Krypton digunakan dengan argon dalam lampu neon untuk meningkatkan kecerahannya dan dengan nitrogen dalam lampu pijar untuk memperpanjang masa pakainya. Ini juga digunakan dalam bohlam flash untuk menghasilkan cahaya yang sangat terang dalam waktu yang sangat singkat, untuk digunakan dalam fotografi kecepatan tinggi. Krypton-85 radioaktif dapat digunakan untuk menemukan cacat kecil pada permukaan logam. Gas cenderung terkumpul dalam kekurangan ini dan radioaktivitasnya dapat dideteksi.

Sejarah

Gas mulia sama sekali tidak dikenal umat manusia sampai baru-baru ini. Petunjuk pertama keberadaan mereka datang pada tahun 1785, ketika ahli kimia Inggris Henry Cavendish menemukan bahwa udara mengandung sejumlah kecil zat yang tidak diketahui yang kurang reaktif daripada nitrogen. Tidak ada lagi yang diketahui tentang zat ini sampai akhir abad kesembilan belas.

Sementara itu, astronom Inggris Joseph Norman Lockyer menemukan unsur baru pada tahun 1868. Dengan menganalisis cahaya dari matahari, ia mendeteksi unsur tak dikenal yang ia beri nama helium, dari kata Yunani helios (matahari). Helium tidak diketahui ada di Bumi selama lebih dari seperempat abad.

Pada tahun 1894, fisikawan Inggris Lord Rayleigh (John William Strutt) dan orang Skotlandia Udara yang disaring dikompresi di bawah tekanan tinggi, menaikkan suhunya. Udara terkompresi kemudian dikodekan dengan berkembang pesat di dalam ruang. Ekspansi tiba-tiba ini menyerap panas dari kumparan, mendinginkan udara terkompresi. Proses kompresi dan ekspansi diulang sampai sebagian besar gas yang ada di udara berubah menjadi cairan. kimiawan William Ramsay menemukan perbedaan densitas nitrogen yang diperoleh dari udara dan nitrogen yang diperoleh dari amonia. Mereka segera menemukan bahwa nitrogen atmosfer dicampur dengan sejumlah kecil zat yang tidak diketahui. Dengan menggunakan magnesium untuk menyerap nitrogen, mereka mampu mengisolasi zat, yang mereka beri nama argon, dari kata Yunani argos (tidak aktif), karena tidak bereaksi dengan zat lain.

Pada tahun 1895, Ramsay dan asistennya Morris William Travers menemukan bahwa mineral clevite melepaskan argon dan helium ketika dipanaskan. Ini adalah pertama kalinya helium terdeteksi di Bumi. Pada tahun 1898, Ramsay dan Travers memperoleh tiga elemen baru dari udara, yang telah didinginkan menjadi cairan. Mereka menamakan elemen ini kripton, dari kata Yunani kriptos (tersembunyi); neon, dari kata Yunani neos (baru); dan xenon, dari kata Yunani xenos (aneh).

Pada tahun 1900, kimiawan Jerman Friedrich Dom mencatat bahwa unsur radioaktif radium melepaskan helium dan gas radioaktif yang tidak diketahui saat meluruh. Pada tahun 1910, Ramsay dan asistennya Robert Whytlaw-Gray menentukan kerapatan gas yang tidak diketahui ini dan menamakannya niton, dari kata Latin niter (bersinar), karena radioaktivitasnya menyebabkannya bersinar ketika didinginkan menjadi cairan. Niton, yang kemudian dikenal sebagai radon, adalah gas mulia terakhir yang ditemukan. Pada tahun 1904, Ramsay dianugerahi Hadiah Nobel Kimia untuk penelitiannya tentang gas mulia.

Gas mulia sebelumnya dikenal sebagai gas langka atau gas inert. Belakangan ditunjukkan bahwa beberapa cukup umum dan beberapa tidak sepenuhnya tidak reaktif. Helium adalah unsur paling umum kedua di alam semesta dan argon membentuk sekitar 1% dari atmosfer bumi. Pada tahun 1962, Neil Bartlett menciptakan xenon platinum hexafluoride, senyawa kimia pertama dari gas mulia. Senyawa radon diciptakan pada tahun yang sama dan senyawa kripton pada tahun 1963. Tidak lagi dianggap langka atau lembam, unsur-unsur ini kemudian dikenal sebagai gas mulia. Seperti yang disebut logam mulia (emas, perak, platinum, dll.), mereka tidak bereaksi dengan oksigen.

Krypton memainkan peran penting dalam sains dari tahun 1960-1983, ketika panjang meter didefinisikan sebagai 1.650.763,73 kali panjang gelombang cahaya oranye-merah yang dipancarkan oleh kripton-86. Meter kemudian didefinisikan dalam istilah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, tetapi kripton terus digunakan dalam penelitian ilmiah.

Untuk memisahkan kripton, serta gas lainnya, dari udara cair, udara dipanaskan secara perlahan dalam proses yang disebut distilasi fraksional. Beroperasi di bawah asumsi bahwa setiap cairan memiliki suhu yang berbeda di mana ia berubah menjadi gas, distilasi fraksional memisahkan gas dalam udara satu per satu.

Bahan Mentah

Meskipun jejak kripton ditemukan di berbagai mineral, sumber kripton yang paling penting adalah atmosfer bumi. Udara juga merupakan sumber terpenting bagi gas mulia lainnya, kecuali helium (diperoleh dari gas alam) dan radon (diperoleh sebagai produk sampingan dari peluruhan unsur radioaktif). Di permukaan laut, udara kering mengandung 78,08% nitrogen dan 20,95% oksigen. Ini juga mengandung 0,93% argon, 0,0018% neon, 0,00052% helium, 0,00011% kripton, dan 0,0000087% xenon. Komponen lain dari udara kering termasuk karbon dioksida, hidrogen, metana, oksida nitrat, dan ozon.

Krypton juga dapat diperoleh dari fisi uranium, yang terjadi di pembangkit listrik tenaga nuklir. Tidak seperti udara, yang hanya mengandung isotop stabil kripton, proses ini menghasilkan baik isotop stabil maupun isotop radioaktif kripton.

Manufaktur
Proses

Membuat udara cair

• 1 Udara pertama kali melewati filter untuk menghilangkan partikel seperti debu. Udara bersih kemudian terkena alkali (zat yang sangat basa), yang menghilangkan air dan karbon dioksida.
• 2 Udara yang bersih dan kering dikompresi di bawah tekanan tinggi. Karena kompresi menaikkan suhu udara, kemudian didinginkan dengan refrigerasi.
• 3 Udara terkompresi yang didinginkan melewati kumparan yang berkelok-kelok melalui ruang kosong. Sebagian udara, yang dikompresi hingga tekanan sekitar dua ratus kali lebih besar dari biasanya, dibiarkan berekspansi ke dalam ruangan. Ekspansi tiba-tiba ini menyerap panas dari kumparan, mendinginkan udara terkompresi. Proses kompresi dan ekspansi diulang sampai udara telah didinginkan sampai suhu sekitar -321 F (-196° C), di mana sebagian besar gas di udara berubah menjadi cairan.

Memisahkan gas

• 4 Gas dengan titik didih yang sangat rendah tidak berubah menjadi cairan dan dapat dipisahkan dari yang lain secara langsung. Gas-gas ini termasuk helium, hidrogen, dan neon.
• 5 Sebuah proses yang dikenal sebagai distilasi fraksional memisahkan berbagai elemen yang ditemukan di udara cair. Proses ini bergantung pada fakta bahwa zat yang berbeda akan berubah dari cair menjadi gas pada suhu yang berbeda.
• 6 Udara cair dibiarkan menghangat secara perlahan. Ketika suhu meningkat zat dengan titik didih terendah menjadi gas dan dapat dihilangkan dari cairan yang tersisa. Argon, oksigen, dan nitrogen adalah zat pertama yang diubah menjadi gas saat udara cair menghangat. Krypton dan xenon memiliki titik didih yang lebih tinggi dan tetap dalam keadaan cair ketika komponen lain dari udara telah menjadi gas.

Memisahkan kripton dari xenon

• 7 Kripton cair dan xenon diserap ke dalam silika gel atau ke arang aktif. Mereka kemudian sekali lagi mengalami distilasi fraksional. Campuran cairan dihangatkan secara perlahan hingga kripton berubah menjadi gas. Xenon memiliki titik didih yang agak lebih tinggi dan tetap berada di belakang sebagai cairan.
• 8 Krypton dimurnikan dengan melewatkannya di atas logam titanium panas. Zat ini cenderung menghilangkan semua unsur kecuali gas mulia.

Memisahkan isotop kripton

• 9 Untuk sebagian besar tujuan, kripton sekarang siap untuk dikemas. Namun, untuk beberapa tujuan ilmiah, hanya satu dari enam isotop stabil kripton yang diinginkan. Untuk memisahkan isotop ini, proses yang dikenal sebagai difusi termal digunakan. Proses ini tergantung pada fakta bahwa isotop memiliki kerapatan yang sedikit berbeda.
• 10 Gas kripton ditempatkan dalam tabung kaca vertikal panjang. Sebuah kawat dipanaskan berjalan secara vertikal melalui pusat tabung ini. Kawat panas membuat arus konveksi di dalam tabung. Arus udara panas ini cenderung membawa isotop-isotop yang lebih ringan ke bagian atas tabung, di mana mereka dapat dipindahkan.

Pengemasan dan pengiriman

• 11 Gas kripton dikemas dalam bola lampu dari kaca yang kuat seperti Pyrex pada tekanan normal atau dalam tabung baja pada tekanan tinggi. Karena merupakan zat yang sangat tidak reaktif, kripton sangat aman. Ini tidak beracun, tidak mudah meledak, dan tidak mudah terbakar, sehingga tidak memerlukan tindakan pencegahan yang tidak biasa selama pengiriman.

Kontrol Kualitas

Faktor terpenting dalam pengendalian kualitas produksi kripton adalah memastikan bahwa produk akhir hanya berisi kripton. Proses distilasi fraksi telah dikembangkan hingga menghasilkan produk yang sangat murni dari udara, termasuk kripton.

Sampel acak kripton diuji kemurniannya dengan analisis spektroskopi. Proses ini melibatkan pemanasan suatu zat sampai memancarkan cahaya. Cahaya kemudian melewati prisma atau kisi untuk menghasilkan spektrum, dengan cara yang sama seperti sinar matahari menghasilkan pelangi. Analisis spektroskopi sangat cocok untuk mempelajari gas, karena gas yang dipanaskan cenderung menghasilkan garis tajam dan terang pada spektrum kripton murni, adalah mungkin untuk mengetahui apakah ada pengotor.

Produk Sampingan/Limbah

Krypton hanyalah salah satu dari banyak elemen berharga yang dihasilkan oleh distilasi fraksional udara cair. Lebih dari tiga perempat udara terdiri dari nitrogen. Nitrogen digunakan untuk menghasilkan berbagai macam senyawa kimia, terutama amonia. Karena jauh kurang reaktif daripada oksigen, nitrogen digunakan untuk melindungi banyak zat dari oksidasi. Nitrogen cair digunakan dalam pengeringan beku dan pendinginan.

Sekitar seperlima dari udara terdiri dari oksigen. Industri baja adalah konsumen oksigen murni terbesar. Oksigen digunakan untuk menghilangkan kelebihan karbon dari baja dalam bentuk karbon dioksida. Oksigen juga digunakan untuk mengolah limbah dan membakar limbah padat. Oksigen cair digunakan sebagai bahan bakar roket.

Gas mulia yang diperoleh dari udara selain kripton adalah argon, neon, dan xenon. Argon digunakan dalam jenis bola lampu tertentu. Melewati arus listrik melalui tabung kaca yang berisi neon di bawah tekanan rendah menghasilkan tanda neon yang sudah dikenal. Xenon digunakan dalam lampu strobo untuk menghasilkan semburan cahaya yang intens dan singkat.

Masa Depan

Produksi kripton masa depan kemungkinan akan dipengaruhi oleh masa depan produksi tenaga nuklir. Karena kripton dapat diproduksi sebagai produk sampingan dari fisi nuklir, pembangkit listrik tenaga nuklir dapat menjadi sumber kripton yang penting di masa depan. Di sisi lain, jika fisi nuklir sebagian besar digantikan oleh fusi nuklir atau dengan bentuk lain dari produksi energi, kripton kemungkinan besar akan tetap hampir seluruhnya merupakan produk atmosfer.