Kripton: Sifat, Produksi, dan Penggunaan
Latar Belakang
Kripton (nomor atom 36) adalah salah satu gas mulia, berbagi grup dengan helium, neon, argon, xenon, dan radon. Gas ini warna, rasa, dan bau tidak ada dalam kondisi standar. Densitasnya—sekitar 0,5 oz per galon (3,7 g L⁻¹)—membuatnya sekitar tiga kali lebih berat dari udara. Saat didinginkan ke suhu ekstrem rendah, kripton mencair atau membeku; titik didihnya adalah –243,81 °F (–153,23 °C) dan titik beku –251,27 °F (–157,37 °C).
Dalam alam, kripton muncul sebagai campuran enam isotop stabil. Isotop adalah atom yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi berbeda dalam jumlah neutron, yang menentukan bobot atom. Isotop paling melimpah, kripton-84 (48 neutron), mencakup 57% kripton alami. Isotop stabil lainnya adalah kripton-86 (17,3%), kripton-82 (11,6%), kripton-83 (11,5%), kripton-80 (2,25%), dan kripton-78 (0,35%).
Kripton juga dapat dihasilkan sebagai seperangkat isotop tidak stabil, radioaktif selama reaksi nuklir. Sekitar 20 isotop tersebut telah diciptakan di laboratorium; semua kecuali kripton-85 memiliki umur paruh hanya beberapa jam. Kripton-85, dengan 49 neutron, relatif panjang umur, melemah dengan umur paruh 10,73 tahun.
Aplikasi industri kripton beragam. Saat dicampur dengan argon, ia meningkatkan kecerahan lampu fluoresen. Dalam lampu pijar, campuran kripton dan nitrogen memperpanjang umur filamen. Flashbulb bergantung pada pelepasan cepat kripton untuk menghasilkan kilatan singkat, intens untuk fotografi kecepatan tinggi. Selain itu, radioaktivitas kripton-85 dieksploitasi dalam pengujian non-desktruktif: gas mengumpulkan di micro-crack dalam logam, memungkinkan deteksi cacat melalui emisisnya.
Sejarah
Gas mulia tidak dikenal oleh kimiawan awal. Pada 1785, Henry Cavendish mendeteksi komponen iners di udara yang tidak bereaksi dengan nitrogen. Identifikasi definitif pertama datang pada 1868 ketika Joseph Norman Lockyer, menganalisis sinar matahari, menemukan helium dan menamainya dari kata Yunani untuk matahari.
Pada 1894, Lord Rayleigh dan William Ramsay menemukan argon dengan mencatat perbedaan densitas antara nitrogen dari atmosfer dan nitrogen dari amonia. Mereka mengisolasi gas iners, menamainya dari kata Yunani untuk “tidak aktif.” Tahun berikutnya, Ramsay dan Morris Travers mengamati bahwa pemanasan clevite melepaskan helium dan argon, menandai deteksi helium pertama di darat. Pada 1898, duo ini mendinginkan udara menjadi cair dan memisahkan tiga gas baru—kripton (dari Yunani “tersembunyi”), neon (“baru”), dan xenon (“aneh”).
Pada 1900, Friedrich Dom melaporkan bahwa penurunan radium melepaskan helium dan gas radioaktif yang sebelumnya tidak dikenal. Pada 1910, Ramsay dan Robert Whytlaw-Gray mengukur densitasnya dan menamainya niton (Latin untuk “berkilau”) karena bersinar ketika dicairkan; kemudian diganti nama menjadi radon. Ramsay menerima Nobel Kimia pada 1904 untuk penelitian gas mulia.
Awalnya disebut gas langka atau iners, kemudian terbukti bahwa mereka melimpah di atmosfer dan dapat membentuk senyawa. Pada 1962, Neil Bartlett menyintesis xenon hexafluoride, senyawa gas mulia pertama; senyawa kripton diikuti pada 1963. Periode 1960 hingga 1983 melihat meter didefinisikan oleh panjang gelombang emisi orange-merah kripton-86; definisi kemudian diganti oleh kecepatan cahaya.
Bahan Baku
Meskipun jumlah jejak kripton muncul dalam berbagai mineral, udara atmosfer tetap menjadi sumber utama. Pada permukaan laut, komposisi udara kering adalah 78,08% nitrogen, 20,95% oksigen, 0,93% argon, 0,0018% neon, 0,00052% helium, 0,00011% kripton, dan 0,0000087% xenon, dengan jumlah kecil CO₂, H₂, CH₄, NO, dan O₃.
Di pembangkit listrik tenaga nuklir, kripton juga dapat dipanen dari fisur uranium. Tidak seperti kripton atmosfer, fisur menghasilkan isotop stabil dan radioaktif.
Proses Manufaktur
Membuat Udara Cair
- Udara pertama kali difilter untuk menghilangkan partikel dan kemudian diobati dengan alkali untuk menyerap air dan CO₂.
- Udara kering dikompresi pada tekanan tinggi, meningkatkan suhunya; kemudian didinginkan oleh pendinginan.
- Selama ekspansi selanjutnya ke dalam ruang, penurunan tekanan tiba-tiba menyerap panas, menyejukkan udara hingga sekitar –321 °F (–196 °C) dan mencairkan sebagian besar gas atmosfer.
Memisahkan Gas
- Gas dengan titik didih sangat rendah—helium, hidrogen, dan neon—dihapus langsung.
- Destilasi fraksional mengeksploitasi titik didih yang berbeda dari gas yang tersisa.
- Saat udara cair dipanaskan, argon, oksigen, dan nitrogen menguap terlebih dahulu; kripton dan xenon tetap cair hingga suhu yang lebih tinggi.
Memisahkan Kripton dari Xenon
- Cair kripton dan xenon diserap pada silica gel atau arang aktif dan kemudian difraktifikasi lebih lanjut.
- Pemanasan campuran melepaskan kripton sebagai gas sementara xenon tetap cair karena titik didih yang lebih tinggi.
- Kripton difinisihkan dengan melewatkannya melalui titanium panas, yang menghapus semua elemen non-mulia.
Memisahkan Isotop Kripton
- Untuk aplikasi yang memerlukan satu isotop, difusi termal memisahkan kripton berdasarkan perbedaan densitas.
- Kawat panas di dalam tabung kaca vertikal membentuk konveksi, membawa isotop yang lebih ringan ke atas untuk dikoleksi.
Pengemasan dan Pengiriman
- Kripton di-seal dalam bola Pyrex pada tekanan atmosfer atau dalam tabung baja di bawah tekanan tinggi. Inersitasnya membuatnya aman, tidak beracun, tidak meledak, dan tidak mudah terbakar, menghilangkan persyaratan pengiriman khusus.
Kontrol Kualitas
Kemurnian diverifikasi melalui analisis spektroskopis: gas dipanaskan, dan cahaya yang dipancarkan dipersarkan oleh prisma atau grating untuk menghasilkan spektrum. Garis tajam, cerah yang khas kripton mengonfirmasi kemurnian; simpangan apa pun menunjukkan kontaminasi.
Hasil Samping dan Limbah
Destilasi fraksional menghasilkan kuantitas besar nitrogen (≈75% udara), yang esensial untuk produksi amonia dan melindungi materi dari oksidasi. Nitrogen cair digunakan dalam kriopreservasi dan pendinginan.
Oksigen, yang mencakup sekitar 20% udara, dikonsumsi besar oleh industri baja untuk oksidasi karbon dan oleh aplikasi lingkungan seperti pengolahan limbah dan pembakaran sampah. Oksigen cair juga berfungsi sebagai propelan roket.
Gas mulia lainnya—argon, neon, dan xenon—menemukan penggunaan nich: argon dalam lampu dan sebagai gas pelindung; neon dalam tanda ikonik; xenon dalam lampu stroboskop dan lampu intensitas tinggi.
Masa Depan
Persediaan kripton di masa depan mungkin bergantung pada trajetur tenaga nuklir. Sebagai hasil samping fisur, reaktor nuklir dapat menjadi sumber signifikan. Namun, jika fuersi atau sumber energi alternatif menggantikan fisur, ekstraksi atmosfer kemungkinan akan tetap menjadi metode dominan.
