UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TABASCO

DIVISION: QUÍMICA

TSU: QUÍMICA INDUSTRIAL

MATERIA: PROCESOS INDUSTRIALES

GRADO: 4 GRUPO: “A”

TEMA: GASES INDUSTRIALES

CATEDRÁTICO: OSVALDO FAJARDO VAZQUES

EQUIPO: 1 Bellanira Avalos Méndez

Johann Saúl Bolaños de la Cruz Reyna Elisa Bustos Ramos Miguel Alexis Cordero Custodio

PARRILLA, VILLAHERMOSA, TABASCO

INTRODUCCIÓNLos gases industriales de más amplio uso y producción son el Oxígeno, Nitrógeno, Hidrógeno y los gases inertes tales como el Argón. Estos gases desempeñan roles tales como reactivos para procesos, forman parte de ambientes que favorecen reacciones químicas y sirven como materia prima para obtener otros productos. El uso de estos gases en la industria es de gran importancia. En las industrias alimentarias se usan para almacenar y conservar alimentos por largos períodos de tiempo. En las industrias químicas forman parte de numerosos procesos de obtención y transformación. GAS INDUSTRIAL Los gases industriales son un grupo de gases manufacturados que se comercializan con usos en diversas aplicaciones. Principalmente son empleados en procesos industriales, tales como la fabricación de acero, aplicaciones médicas, fertilizantes, semiconductores, etc. Pueden ser a la vez orgánicos e inorgánicos y se obtienen del aire mediante un proceso de separación o producidos por síntesis química. Pueden tomar distintas formas como comprimidos, en estado líquido, o sólido. Un proceso industrial es el conjunto de operaciones unitarias necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética.

Materia prima

Se conocen como materias primas a la materia extraída de la naturaleza y que se transforma para elaborar materiales que más tarde se convertirán en bienes de consumo.

Las materias primas que ya han sido manufacturadas pero todavía no constituyen definitivamente un bien de consumo se denominan productos semielaborados, productos semiacabados o productos en proceso, o simplemente materiales.

La materia prima es utilizada principalmente en las empresas industriales que son las que fabrican un producto. Las empresas comerciales manejan mercancías, son las encargadas de comercializar los productos que las empresas industriales fabrican.

La materia prima debe ser perfectamente identificable y medibles, para poder dLa producción de papel, por ejemplo, contempla el desarrollo de un proceso industrial que se inicia cuando se tala un árbol y se lleva la madera a una fábrica de celulosa. Allí se descascara y se descorteza para luego procesarla y obtener pasta de celulosa. La aplicación de peróxido, dióxido de cloro, soda cáustica y otras sustancias permite blanquear la pasta, que luego se somete a una etapa de secado y prensado. De este modo, podemos ver que este proceso industrial comienza en un bosque con un árbol y termina con la creación de las hojas de papel. Determinar tanto el costo final de producto como su composición.

PRODUCCION DE NITROGENO Y OXIGENO El aire es una materia prima abundante que se obtiene sin coste alguno. Su composición en un 99% es oxígeno más nitrógeno mientras que el 1% restante está constituido por diferentes gases nobles donde destaca el argon. De todos modos, según la temperatura y la posición pueden aparecer trazas de otros compuestos como pueden ser el CO2 o el agua. Aparte de estos compuestos también es posible la presencia de diversos compuestos contaminantes de orígenes diversos.

Tanto el nitrógeno como el oxígeno son gases que tienen importantes aplicaciones a nivel industrial y aquí se recogen algunas de ellas:

Nitrógeno:

• Producción de amoníaco

• Como refrigerante en estado líquido

• Creación de atmósferas inertes

Oxígeno:

• Industria metalúrgica (sopletes, producción de acero…)

• Industria química (reacciones oxidativas)

• Oxígeno clínico

La técnica más utilizada para separar ambos compuestos es la destilación, teniendo en cuenta que la diferencia en la temperatura de ebullición es considerable (12ºC) y que no se crean aceótropos. De todos modos, existen otros procesos alternativos donde destacan por ejemplo los procesos de adsorción (Pressure Swing Adsortion).

La destilación es un proceso basado en la transferencia de masa entre dos fases y para ello es necesario licuar parcialmente el aire.

Obtención Y Aplicaciones del dióxido de carbono

El Dióxido de Carbono, CO2, es insípido, incoloro, inodoro, y no inflamable. El

Dióxido de Carbono es una parte integral del ciclo básico natural de la vida. Es exhalado por humanos y animales, y además ayuda a las plantas en su crecimiento. Estas devuelven así oxígeno, gas imprescindible para la supervivencia humana.

Al contrario que los demás gases, la separación del aire no es la fuente principal del dióxido de carbono. La forma más económica de producir dióxido de carbono es recuperándolo como un subproducto de los procesos de producción de otras fábricas o de pozos naturales.

PRODUCCIÓN Y APLICACIONES DEL CLORO

El cloro se prepara raramente en el laboratorio debido a que se comercializa en

botellas de presión de distintas capacidades. Se puede preparar, sin embargo,

a pequeña escala mediante la adición lenta de HCl concentrado y

desoxigenado sobre dióxido de manganeso hidratado. El Cl2 así generado se

puede purificar pasándoloa través de agua, eliminándose el HCl, y de H2SO4,

para eliminar el H2O. Por último se puede purificar más pasándolo por un tubo

que contiene CaO o P2O5.

MnO2 (s) + 4HCl(conc.) → Cl2(g) + MnCl2(ac) + H2O(l)

La producción industrial de Cl2 se lleva a cabo mediante la electrólisis de

disoluciones de NaCl: Las sales de NaCl empleadas suelen llevar impurezas

que deben ser eliminadas antes de efectuar la electrolisis, en particular los

iones Ca2+, Mg2+ y SO42-.

Mg2+ + Ca(OH)2 → Mg(OH)2¯ + Ca2+

Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3¯ + 2 Na+

SO42- → Na2SO4 (tras concentrar)

La extracción de la sal bruta se obtiene mediante evaporación de las salinas

por el sol. Esta evaporación tiene lugar en varios pasos: concentración del

agua salada del mar en estanques; transporte del concentrado a otro estanque

de evaporación donde se precipita el CaSO4, y finalmente en otro estanque de

evaporación se realiza la cristalización del NaCl. Esta sal todavía tiene un alto

contenido en magnesio y potasio, por lo que se debe llevar a cabo el lavado de

la sal en unidades especiales donde se alcanza un contenido de NaCl en la sal

de > 99%. De 1m3 de agua salada se obtienen 23 kg de NaCl. Dependiendo

del tipo de proceso electrolítico utilizado se realizan posteriores purificaciones.

Existen tres tipos de procesos para producir Cl2: el del mercurio, el de

membrana y el de diafragma.

Proceso del Mercurio

Este proceso utiliza disoluciones concentradas del NaCl (salmuera). La celda

de amalgama está constituida por un contenedor de acero alargado e inclinado

por debajo del cual fluye una capa de mercurio que actúa de cátodo y absorbe

el Na que se produce en la reacción:

NaCl → Na + ½ Cl2

Figura 3. El proceso del mercurio

El cloro se produce en el ánodo que se puede ajustar en altura. La amalgama

de Na que se obtiene se transfiere a un reactor donde se descompone,

mediante hidrólisis con H2O, en Hg, NaOH (50%) e H2.

Na(Hg) + H2O → NaOH + H2 + Hg

Durante la electrólisis se dan las siguientes reacciones:

Reacción en el ánodo: Cl¯ → ½Cl2 +1e¯.............................Eº = 1.24 V

Reacción en el cátodo: xHg + Na+ + 1e¯ → NaHgx...........Eº = -1.66 V

Reacciones colaterales:

Cl2 + NaOH → NaOCl + NaCl + H2O (ánodo)

Cl2 +2e¯ → 2Cl¯ (cátodo)

ClO¯ + 2H+ + 2e¯ → H2O + Cl¯ (cátodo)

El rendimiento del proceso es del 94-97%. Una planta a gran escala produce

de 50 a 300x103 ton del Cl2/año y de 56 a 340x103 ton de NaOH/año.

Datos de la Celda

Área del cátodo: 10 a 30 m2

Espesor de la capa de Hg: 3 mm

[Na]Hg: 0.2 a 0.4% en peso

50-180 ánodos por celda

Separación cátodo-ánodo: 3 mm

Ánodo: grafito o Ti recubierto por metales del grupo del Pt.

Sal procesada: 2 a 20 m3/h

Figura 4. Diagrama de flujo del proceso de mercurio.

Proceso de Diafragma

 En este proceso se emplean disoluciones acuosas de NaCl. Las celdas

industriales de diafragma consisten en un depósito en el cual los ánodos se

montan verticalmente y paralelos unos a otros. Los cátodos se sitúan entre los

ánodos, son planos y de acero, recubiertos por fibras de asbesto impregnados

con resinas flúor-orgánicas.

Figura 5. Celda del proceso de diafragma.

La disolución salina entra en la celda, pasa a través del diafragma de asbesto y

entra en la cámara catódica. El Cl2 que se produce en el ánodo sale por la

parte superior mientras que el H2, NaOH y NaCl residual se producen en el

cátodo y salen de la celda por el lateral. El diafragma de asbestos cumple dos

funciones:

a) Evitar la mezcla de H2 y Cl2.La estructura tan fina del material permite el

paso de líquidos a través del mismo, pero impide el paso de las burbujas de

gas. Un 4% del cloro (disuelto en la disolución) sí pasa a través del diafragma y

se pierde en reacciones colaterales, disminuyendo el rendimiento

b) Impedir la difusión de los iones OH¯ formados del cátodo al ánodo.

La disolución que sale de la celda contiene un 12% de NaOH y un 15% de

NaCl (en peso). La capacidad de una planta puede ser de hasta 360x103 ton

de Cl2/año, y de hasta 410x103 ton de NaOH/año. Estas plantas consumen un

20% menos de energía que las plantas basadas en celdas de mercurio.

Proceso de Membrana

En este proceso el cátodo y el ánodo se encuentran separados por una

membrana conductora iónica que es impermeable al agua, pero es permeable

al paso de iones. El desarrollo de membranas que son estables bajo las

condiciones de electrólisis (altas concentraciones de sales, alto pH, presencia

de oxidantes fuertes como el Cl2 y el ClO¯-) ha supuesto muchos problemas.

Un gran número de compañías como Du Pont, Asahi Chemical, Asahi Glass,

entre otras, han conseguido preparar membranas consistentes en un esqueleto

de poli(perfluoroetano) con cadenas laterales que contienen grupos polares

(sulfatos, carboxilatos).

Los procesos que se producen en el cátodo o en el ánodo son los mismos que

los que se dan en el proceso de diafragma. Se emplean ánodos de Ti activado

y cátodos de acero inoxidable o de Ni. En este proceso la sal debe ser más

pura que en el proceso de diafragma.

GASES NOBLES

Los gases nobles o gases inertes son un grupo de elementos químicos con propiedades muy similares: bajo condiciones normales, son gases monoatómicos inodoros, incoloros y presentan una reactividad química muy baja .

Los gases nobles son un grupo de elementos químicos que incluyen según el orden por peso molecular : Helio , neon , argón, kriptón, xenón y radón .

En el caso de los gases nobles y dada la disposición de sus electrones en las capas mas externas (orbitales), son químicamente inertes lo que significa que no reaccionan frente a otros elementos químicos (por este motivo se llaman nobles).

La razón de que los gases inertes sean inertes es que el conjunto de electrones

de cada uno de sus átomos está distribuido en capas especialmente estables.

La más exterior, en concreto, tiene ocho electrones. Así la distribución

electrónica del neón es (2, 8) y la del argón (2, 8, 8). Como la adición o

sustracción de electrones rompe esta distribución estable, no pueden

producirse cambios electrónicos. Lo cual significa que no se pueden producir

reacciones químicas y que esos elementos son inertes.

Ahora bien, el grado de inercia depende de la fuerza con que el núcleo,

cargado positivamente y situado en el centro del átomo, sujeta a los ocho

electrones de la capa exterior. Cuantas más capas electrónicas haya entre la

exterior y el centro, más débil será la atracción del núcleo central.

Quiere esto decir que el gas inerte más complejo es también el menos inerte.

Debido a esta carencia de reactividad química, los gases nobles, a diferencia de lo que sucede con otros elementos químicos tales como el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el flúor o el cloro, no forman moléculas diatómicas, sino que están constituidos por átomos individuales. Asimismo, y tal como se desprende de su nombre, en condiciones normales se presentan siempre en estado gaseoso .

Excepto el helio, los gases nobles componen una muy pequeña proporción de los gases que forman el aire.

Durante muchos años los químicos creyeron que esos gases eran inertes, porque sus capas exteriores estaban totalmente ocupadas por electrones.

Se sabe que esto no es cierto, al menos para los tres gases inertes más pesados —criptón, xenón y radón—. En 1962, Neil Bartlett, un químico inglés que trabajaba en Canadá, consiguió obtener el primer compuesto complejo de xenón. Su trabajo fue confirmado por científicos del Argonne National Laboratory de Illinois (EEUU), que obtuvieron el primer compuesto simple de xenón y flúor (tetrafluoruro de xenón) y, más tarde, compuestos de criptón y radón. Aunque los compuestos de criptón se obtuvieron con considerable dificultad, tanto el xenón como el radón reaccionaban fácilmente con el flúor, y posteriormente pudieron realizarse reacciones para producir otros compuestos de xenón y radón.

Propiedades físicas y atómicas de los gases nobles .

Propiedad Gas nobleNúmero atómico 2 10 18 36 54 86

Nombre del elemento Helio Neón Argón Kriptón Xenón Radón

Densidad (kg/m3) 0,1785 0,9002 1,7818 3,708 5,851 9,970

Radio atómico (nm) 0,050 0,070 0,094 0,109 0,130 —

Punto de ebullición (°C) –268,83 –245,92 –185,81 –151,70 –106,60 –62

Punto de fusión (°C) –272 –248,52 –189,6 –157 –111,5 –71

Los gases nobles cuentan con fuerzas intermoleculares muy débiles y, por lo tanto, tienen puntos de fusión y ebullición muy bajos. Todos ellos son gases monoatómicos bajo condiciones estándar, incluso aquellos elementos que tienen masas atómicas mayores que elementos que se encuentran normalmente en estado sólido. El helio tiene varias propiedades únicas con respecto a otros elementos: tanto su punto de ebullición como el de fusión son menores que los de cualquier otra sustancia conocida; es el único elemento conocido que exhibe superfluidez; es el único elemento que no puede ser solidificado por enfriamiento bajo condiciones estándar, sino que se convierte en sólido bajo una presión de 25 atm (2500 kPa; 370 psi) y 0.95 K (-272.200 °C; -457.960 °F).

El radio atómico de los gases nobles aumenta de un periodo a otro debido al incremento en el número de electrones. El tamaño del átomo se relaciona con varias propiedades. Por ejemplo, el potencial de ionización disminuye a medida que aumenta el radio ya que los electrones de valencia en los átomos más grandes se encuentran más alejados del núcleo y, por lo tanto, no se encuentran ligados tan fuertemente por el átomo. Los gases nobles tienen los mayores potenciales de ionización de cada periodo, lo cuál refleja lo estable que es su configuración electrónica y genera su falta de reactividad química. Sin embargo, algunos de los gases nobles más pesados, tiene potenciales de ionización lo suficientemente bajos para ser comparables a los de otros elementos y moléculas. Bartlett, para crear el compuesto de un gas noble, notó que el potencial de ionización del xenón era similar al de la molécula de oxígeno, por lo que intentó oxidar xenón usando hexafluoruro de platino, un agente oxidante tan fuerte que es capaz de reaccionar con oxígeno.13 Los gases nobles no pueden aceptar un electrón para formar aniones estables, esto es, tienen afinidad electrónica negativa.

Las propiedades físicas macroscópicas de los gases nobles están determinadas por las débiles fuerzas de Van der Waals que se dan entre átomos. Las fuerzas de atracción aumentan con el tamaño del átomo como un resultado del incremento en la polarizabilidad y el descenso del potencial de ionización. Esto lleva a tendencias grupales sistemáticas: a medida en que se baja por el Grupo 18, el radio atómico, y con él las fuerzas interatómicas, aumentan, produciendo mayores puntos de fusión y de ebullición, entalpía de vaporización y solubilidad. El aumento en densidad se debe al incremento en masa atómica.

Los gases nobles se comportan casi como gases ideales bajo condiciones estándares, pero sus desviaciones a la ley de los gases ideales entregan claves importantes para el estudio de las interacciones moleculares. El potencial de Lennard-Jones, usado frecuentemente para modelar fuerzas intermoleculares, fue deducido en 1924 por John Lennard-Jones a partir de datos experimentales del argón antes de que el desarrollo de la mecánica cuántica entregara las herramientas necesarias para entender las fuerzas intermoleculares a partir de primeros principios. El análisis teórico de estas fuerzas se volvió tratable debido a que los gases nobles son monoatómicos con átomos esféricos, lo que significa que la interacción entre átomos es independiente de la dirección, es decir, es isótropa.

EL HELIO

Es un elemento químico de numero atómico 2 y símbolo He , es un gas monoatómico , incoloro e inodoro El helio tiene el menor punto de evaporación de todos los elementos químicos, y sólo puede ser solidificado bajo presiones muy grandes. Es además, el segundo elemento químico en abundancia en el universo, tras el hidrógeno, encontrándose en la atmósfera trazas debidas a la desintegración de algunos elementos.

Obtención

Las principales fuentes para la obtención del helio son el gas natural, que contiene entre el 2 y el 5%, y el aire, donde la proporción es mucho menor.

Cuando se parte del gas natural se enfría éste con aire líquido hasta que se condensan todos los componentes de la mezcla excepto el helio, que permanece en estado gaseoso y se separa.

Si se parte del aire como materia prima, se licúa éste y posteriormente se procede a la destilación fraccionada del mismo. La fracción que separa el helio va acompañada de neón y es necesario separar ambos gases haciendo pasar la mezcla por carbón activo a -190ºC aprovechando la diferencia de adsorción de ambos

Características singulares del helio

Cuando el helio se enfría hasta el punto mas cercano al cero al que actualmente es posible llegar , sigue siendo liquido . D e hecho , a esa temperatura tan baja se requiere una presión de cerca de 2.5 MPa para lograr solidificarlo . Sin embargo , el helio liquido es una sustancia asombrosa y cuando se condensa a 4.2 K, se comporta como un liquido ordinario ( llamado helio I ); pero cuando se enfría por debajo de 2.2 K , las propiedades del liquido ( que ahora es helio II ) cambian drásticamente . Por ejemplo , el helio II es un conductor térmico increíblemente bueno ; 106 veces mejor que el helio I y mucho mejor incluso que la plata , el mejor conductor metálico a temperatura ambiente .

En condiciones normales de presión y temperatura el helio es un gas monoatómico no inflamable, pudiéndose licuar sólo en condiciones extremas (de alta presión y baja temperatura).

Aplicaciones

El helio es más ligero que el aire y a diferencia del hidrógeno no es inflamable, siendo además su poder ascensional un 8% menor que la de éste, por lo que se emplea como gas de relleno en globos y zepelines publicitarios, de investigación atmosférica e incluso para realizar reconocimientos militares.

Aún siendo la anterior la principal el helio tiene más aplicaciones:

Las atmósferas helio-oxígeno se emplean en la inmersión a gran profundidad, ya que el helio es inerte, menos soluble en la sangre que el nitrógeno y se difunde 2,5 veces más deprisa que él, todo lo cual reduce el tiempo requerido para la descompresión, aunque ésta debe comenzar a mayor profundidad, y elimina el riesgo de narcosis por nitrógeno (borrachera de las profundidades).

Por su bajo punto de licuefacción y evaporación puede utilizarse como refrigerante en aplicaciones a temperatura extremadamente baja como en imanes superconductores e investigación criogénica a temperaturas próximas al cero absoluto.

En cromatografía de gases se usa como gas portador inerte.

La atmósfera inerte de helio se emplea en la soldadura por arco y en la fabricación de cristales de silicio y germanio, así como para presurizar combustibles líquidos de cohetes.

En túneles de viento supersónicos.

Como agente refrigerante en reactores nucleares.

El helio líquido encuentra cada vez mayor uso en las aplicaciones médicas de la imagen por resonancia magnética (RMI).

Se utiliza en equipos láser como uno de los gases, el más común es el Helio-Neón.

EL NEON

Elemento químico gaseoso, símbolo Ne, con número atómico 10 y peso atómico 20.179. El neón es miembro de la familia de los gases nobles. La única fuente comercial del neón es la atmósfera terrestre, aunque se encuentran pequeñas cantidades de neón en el gas natural, en los minerales y en los meteoritos.

El neón es incoloro, inodoro e insípido; es gas en condiciones normales. El

neón no forma ningún compuesto químico en el sentido general de la palabra; hay solamente un átomo en cada molécula de gas neón.

Características principales

Es el segundo gas noble más ligero, y presenta un poder de refrigeración, por unidad de volumen, 40 veces mayor que el del helio líquido y tres veces mayor que el del hidrógeno líquido. En la mayoría de las aplicaciones el uso de neón líquido es más económico que el del helio.

Obtención

Se obtiene por subenfriamiento del aire y destilación fraccionada del líquido criogénico resultante.

Aplicaciones

El tono rojo-anaranjado de la luz emitida por los tubos de neón se usa profusamente para los indicadores publicitarios, también reciben la denominación de tubos de neón otros de color distinto que en realidad contienen gases diferentes. Otros usos del neón que pueden citarse son:

Indicadores de alto voltaje. Tubos de televisión.

Junto con el helio se emplea para obtener un tipo de láser.

El neón licuado se comercializa como refrigerante criogénico.

El neón líquido se utiliza en lugar del hidrógeno líquido para refrigeración.

ARGON

El argón fue descubierto en 1894 por los científicos británicos sir William Ramsey y John William Strutt Rayleigh. Por la pasividad química que le caracteriza recibió su nombre, del griego 'argos', que significa inactivo. Es gas noble, incoloro, inodoro e insípido. En la naturaleza se encuentra en el aire atmosférico, del que constituye aproximadamente el 1 % en volumen.

Fue el primer gas noble descubierto en la Tierra.

A altas presiones, el argón presenta un comportamiento “real” que se desvía de la ley de los gases ideales. Por ejemplo, a 200 bares de presión, una botella contiene aproximadamente el 7% más de argón que el esperado según la ley de los gases ideales.

Obtención

La mayor cantidad de argón se produce en plantas de separación de aire. El aire se licua y se somete a una destilación fraccionada. Dado que el punto de ebullición del argón está entre el del nitrógeno y el del oxígeno, se puede obtener una mezcla rica en argón de las fracciones de las capas correspondientes a la parte superior de la columna de destilación. La mezcla rica en argón se destila, se calienta y se quema catalíticamente con hidrógeno para eliminar el oxígeno. Mediante una destilación final se elimina el hidrógeno y nitrógeno, produciendo argón de elevada pureza que contiene únicamente pocas partes por millón de impurezas.

Características principales

Tiene una solubilidad en agua 2,5 veces la del nitrógeno y la del oxígeno. Es un gas monoatómico inerte, e incoloro e inodoro tanto en estado líquido como gaseoso. No se conocen compuestos verdaderos del argón, habiéndose anunciado una compuesto con flúor muy inestable cuya existencia aún no se ha probado. El argón puede formar clatratos con el agua cuando sus átomos quedan atrapados en una red de moléculas de agua.

El argón no es tóxico, sin embargo, al igual que el nitrógeno, el argón es capaz de desplazar el oxígeno presente en el aire. Además, dado que  el argón es más pesado que el aire, se puede acumular cerca del nivel del suelo.

Aplicaciones

Se emplea como gas de relleno en lámparas incandescentes ya que no reacciona con el material del filamento incluso a altas temperatura y presión, prolongando de este modo la vida útil de la bombilla, y combinado o en sustitución del neón en lámparas fluorescentes cuando se desea un color verde-azul en vez del rojo del neón.

También se usa como sustituto del nitrógeno molecular (N2) cuando éste no se comporta como gas inerte por las condiciones de operación, en los ámbitos industrial y científico para recrear atmósferas inertes (no reaccionantes) que eviten reacciones químicas indeseadas en multitud de operaciones:

KRIPTON

Elemento químico gaseoso, símbolo Kr, número atómico 36 y peso atómico 83.80. El kriptón es uno de los gases nobles. Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Su principal aplicación es el llenado de lámparas eléctricas y aparatos electrónicos de varios tipos. Se utilizan ampliamente mezclas de kriptón-argón para llenar lámparas fluorescentes.

La única fuente comercial de kriptón estable es el aire, aunque se encuentran trazas en minerales y meteoritos. Una mezcla de isótopos estables y radiactivos de kriptón se produce en reactores nucleares a partir de uranio por fisión de neutrones, lenta. Se estima que aproximadamente 2 x 10 -8% del peso de la Tierra es kriptón. El kriptón se encuentra también fuera de nuestro planeta.

OBTENCION

Licuación y posterior destilación fraccionada del aire .

Características principales

El kriptón es un gas noble incoloro, inodoro e insípido de poca reactividad caracterizado por un espectro de líneas verde y rojo-naranja muy brillantes. Es uno de los productos de la fisión nuclear del uranio. El kriptón sólido es blanco, de estructura cristalina cúbica centrada en las caras al igual que el resto de gases nobles.

Para propósitos prácticos puede considerarse un gas inerte aunque se conocen compuestos formados con el flúor; además puede formar clatratos con el agua al quedar sus átomos atrapados en la red de moléculas de agua. También se han sintetizado clatratos con hidroquinona y fenol. Es el primero de los gases nobles en orden del período para el que se ha definido un valor de electronegatividad.

APLICACIONES

Se utiliza, junto con argón, para llenar lámparas fluorescentes. Utilizado en los flashes para fotografías de alta velocidad.

La unidad fundamental de longitud en el sistema internacional, el metro, se define en función de la línea espectral rojo-anaranjada del 86Kr.

XENON

Elemento químico de símbolo Xe y número atómico 54. Pertenece a la familia de los gases nobles. Se conocen 16 isótopos radiactivos.

Se encuentran trazas de xenón en minerales y meteoritos, pero la única fuente comercial de xenón es el aire. El xenón constituye 0.086 partes por millón por volumen de aire seco. Se estima que cerca del 3 x 10 -9% del peso de la Tierra es xenón. También se encuentra en el exterior de nuestro planeta; se estima que existen cerca de 4 átomos de xenón por cada 1 000 000 de átomos de silicio, que es el patrón de abundancia utilizado con los elementos que hay en el Universo.

Abundancia y obtención

Se encuentra en trazas en la atmósfera terrestre, apareciendo en una parte por veinte millones. El elemento se obtiene comercialmente por extracción de los residuos del aire licuado. Este gas noble se encuentra naturalmente en los gases emitidos por algunos manantiales naturales.

CARACTERISTICAS

El xenón es incoloro, inodoro e insípido; es un gas en condiciones normales. El xenón es el único de los gases nobles no radiactivos que forma compuestos químicos estables a la temperatura ambiente; también forma enlaces débiles con clatratos.

Aunque el xenón muestra todos los estados de valencia par (II, IV, VI y VIII) y se han aislado compuestos estables de cada uno de estos estados, la química del xenón se limita a los fluoruros y oxifluoruros y sus complejos estables, dos óxidos inestables y las especies acuosas derivadas de la hidrólisis de los fluoruros.

APLICACIONES

El uso principal y más famoso de este gas es en la fabricación de dispositivos emisores de luz tales como lámparas bactericidas, tubos electrónicos, lámparas estroboscópicas y flashes fotográficos, así como en lámparas usadas para excitar láseres de rubí, que generan de esta forma luz coherente. Otros usos son:

Como anestésico en anestesia general. En instalaciones nucleares, se usa en cámaras de burbujas, sondas, y

en otras áreas donde el alto peso molecular es una cualidad deseable.

Los perxenatos se usan como agentes oxidantes en química analítica.

El isótopo Xe-133 se usa como radioisótopo.

Se usa en los faros de algunos automóviles.

Las lámparas de xenón son ampliamente utilizadas en los proyectores de cine.

Gas de propulsión iónica para satélites .

RADON

El radón es un gas radioactivo, que causa cáncer. Proviene de la descomposición natural (radioactiva) del uranio en el suelo, las rocas y el agua, y es liberado al aire que respiramos. Se encuentra radón por todas partes en Estados Unidos - en edificios, casas, oficinas y escuelas - y puede alcanzar niveles drásticamente altos, causando una importante preocupación para la salud. Se calcula que esta afección es la causa de 15.000 a 21.000 muertes de cáncer de pulmón por año en este país, según la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, su sigla en inglés es EPA).

Elemento químico, cuyo símbolo es Rn y número atómico 86. El radón es una emanación gaseosa producto de la desintegración radiactiva del radio. Es muy radiactivo y se desintegra con la emisión de partículas energéticas alfa. Es el elemento más pesado del grupo de los gases nobles, o inertes, y, por tanto, se caracteriza por su inercia química. Todos sus isótopos son radiactivos con vida media corta.

Además de sus tres isótopos naturales, el radón tiene otros 22 que han sido sintetizados por medio de reacciones nucleares de transmutación artificial realizadas en ciclotrones y aceleradores lineales; sin embargo, ninguno de estos isótopos tiene una vida tan larga como el 222Rn.

Cualquier superficie expuesta al 222Rn se recubre con un depósito activo que consta de un grupo de productos filiales de vida corta. En las radiaciones de este depósito activo hay rayos energéticos alfa, beta y gamma.

La configuración electrónica del radón es especialmente estable y le da las propiedades químicas características de los gases nobles elementales. Se ha estudiado mucho el espectro del radón, que es semejante al de los demás gases inertes.

OBTENCION

Se obtiene a partir de las desintegraciones radiactivas del radio.

EL RADON Y LA RADIACION NATURAL

El radón es un gas radiactivo de origen natural, procedente de la desintegración del radio-226 que se encuentra en una pequeña proporción en el aire que se respira y es el responsable de una fracción de la radiación natural que recibe el ser humano.

La radiación natural forma parte del medio ambiente y sus principales componentes son las radiaciones cósmicas, las procedentes de los radionucleidos, presentes en suelos y rocas, y las de las sustancias radiactivas, que se encuentran en los alimentos, el agua y el aire.

A tenor del efecto que la radiación natural puede tener sobre la población en general se considera que, en promedio, la radiación total a la que el ser humano está expuesto representa una dosis equivalente de un miliSievert (mSv) al año que se corresponde con lo que suele definirse como “fondo radiactivo”. Este valor varía de unas zonas a otras. Por ejemplo, las radiaciones cósmicas, procedentes del espacio exterior, aumentan con la altitud y la latitud y, así, el hecho de vivir a 1000 metros de altura significa recibir hasta un 20% más de radiación que si se reside a nivel del mar. Paralelamente, la radiación es superior en los Polos que en el Ecuador. También afecta en el total de radiación la naturaleza del terreno y la presencia en él de determinados minerales, concretamente rocas de fosfatos y el mismo carbón que contienen trazas de materiales radiactivos tales como uranio o radio.

A esta radiación natural hay que añadir el aumento en las dosis de radiación debido a la radiación artificial, principalmente como consecuencia de la aplicación de radiaciones y materiales radiactivos en medicina y también, para la producción de energía, en la industria, la agricultura, e incluso en el control de la contaminación.

En la figura se presenta una estimación de la contribución de las distintas fuentes de exposición, de origen natural y artificial, a la dosis recibida por la población. Destaca la significación que el radón tiene en en el conjunto total, ya que este compuesto representa más del 40% de la radiación natural.

APLICACIONES

La emanación del radón del suelo varía con el tipo del suelo y con el contenido de uranio superficial, así que las concentraciones al aire libre del radón se pueden utilizar para seguir masas de aire en un grado limitado. Este hecho ha sido puesto al uso por algunos científicos atmosféricos.

Aunque algunos médicos creyeron una vez que el radón se puede utilizar terapéuticamente, no hay evidencia para esta creencia y el radón no está actualmente en uso médico, por lo menos en el mundo desarrollado.

También el radón se utiliza para la predicción de terremotos y se usa en la medicina ( en las radioterapias ) . En resumen los usos mas importantes son :

- El radón como trazador de las masas de aire .- El radón como indicador de la estabilidad vertical de la atmosfera .

- Determinación de la intensidad de la fuente de otros contaminantes atmosféricos.

- Prospección de yacimientos de uranio.

- Prospección de yacimientos de gas .

- Predicción de terremotos .