120 שנה לגילוי הקריפטון, גז שהצליח להסתתר מהאדם תקופה ארוכה, אבל התברר שיש לו לא מעט שימושים. ומה הקשר שלו לניסויים גרעיניים ולסופרמן?

המאה ה-19 הייתה תקופה פורה מאוד בגילוי יסודות חדשים. כמעט מחצית מהיסודות הקיימים בטבע התגלו או בודדו בין 1801 ל-1886, והטבלה המחזורית שפיתח דמיטרי מנדלייב ב-1869 התמלאה והלכה במהירות. היסודות האחרונים להצטרף לחגיגה היו אלה המכונים כיום "גזים אצילים", המאכלסים את הטור הימני ביותר של הטבלה.

הקשרים הכימיים היציבים ביותר מבוססים על שיתוף אלקטרונים בין שני אטומים. האלקטרונים מסודרים במעין "קליפות" או "רמות אנרגיה" סביב הגרעין, וכל אטום שואף למלא את הקליפה החיצונית שלו. אם הוא נצמד לאטום אחר, או לכמה אטומים, האלקטרונים שלהם יכולים למלא במשותף את הקליפות החיצוניות, ונוצרת מולקולה יציבה. לגזים האצילים אין בעיה כזו – הקליפה החיצונית שלהם כבר מלאה, לכן הם אינם נקשרים לאטומים אחרים, ובהעדר תגובות כימיות קשה מאוד לזהות אותם כפי שעשו עם יסודות אחרים, בעיקר אם לא יודעים מה מחפשים.

בשנת 1894 בודד הלורד ריילי (Rayleigh) גז לא מזוהה שאינו מגיב עם חמצן – זו תופעה נדירה כי לאטום חמצן חסרים שני אלקטרונים בקליפה החיצונית והוא נוטה להגיב בעוצמה כמעט עם כל חומר. ריילי נעזר בכימאי הסקוטי וויליאם רמזי (Ramsay), כדי לבודד את הגז המשונה. הם בחנו אותו באמצעי שהיה חדש אז – ספקטרוסקופיה – זיהוי צבעי האור שהיסוד פולט כשמחממים אותו. לכל יסוד יש דפוס צבעים משלו, והדפוס של הגז הזה לא היה מוכר. המשקל האטומי של היסוד החדש תאם למקום פנוי בטבלה המחזורית, והם שיבצו אותו שם וקראו לו ארגון (Argon), מהמילה היוונית "אַרְגוֹס" – שמשמעותה עצלן או אדיש, כיאה ליסוד שאינו מגיב אפילו לנוכחות חמצן.

שנה לאחר מכן גילה רמזי גז נוסף מהעמודה הימנית בטבלה, או ליתר דיוק הוכיח את קיומו על כדור הארץ. ההליום התגלה 27 שנים קודם לכן כשהמדען הצרפתי פייר ז'ול-סזאר ינסן (Janssen) והאסטרונום הבריטי נורמן לוקייר (Lockyer) התבוננו בשמש בזמן ליקוי חמה וזיהו בספקטרום שלה קו המעיד על קיום יסוד לא מוכר. לוקייר קרא לו הליום, כלומר "שִמְשִי" ביוונית. במשך שנים רבות חשבו שהוא אינו קיים על כדור הארץ, אבל ב-1895 עשה רמזי ניסויים בעפרות אורניום, וזיהה הליום בגז שהשתחרר כאשר טיפל בעפרות בחומצה.

פרס נובל בכימיה על גילוי רוב הגזים האצילים. וויליאם רמזי במעבדה | צילום: Science Photo Library
פרס נובל בכימיה על גילוי רוב הגזים האצילים. ויליאם רמזי במעבדה | צילום: Science Photo Library

גזים נסתרים

רמזי ותלמידו, מוריס טראוורס (Travers) היו משוכנעים שיש עוד יסוד בעמודה הזאת, בין המשקלים האטומיים של ארגון והליום. כדי לנסות ולבודד את היסוד הזה הם קיררו תערובות אוויר באמצעים הפשוטים שעמדו לרשותם, עד שהתעבו לנוזל. אז חיממו את האוויר הנוזלי בהדרגה, כדי להיפטר מגזים שטמפרטורת הרתיחה שלהם ידועה, וניסו לבודד את הגז שנותר.

כשחשבו שנותר במיכל רק הגז שהם מחפשים, חיממו את המיכל, וראו בספקטרום של הגז קווים צהובים וירוקים, שלא היו אופייניים ליסודות המוכרים. התברר שזה אכן יסוד נפרד, אבל כבד מהארגון, ולא קל ממנו כפי שחשבו. בגלל שהיה קשה לגלותו, העניקו לו את השם קריפטון, מהמילה היוונית קְרִיפְּטוֹס שפירושה חבוי או נסתר.

רמזי וטראוורס חשדו שהגז שלהם מכיל עוד יסודות. הם המשיכו בניסויים קפדניים יותר ויותר, וכעבור שבועות אחדים גילו גז אציל נוסף, ניאון (כלומר, "החדש", משום שהיה חדש מבחינתם) שאכן נמצא בין הליום לארגון. כעבור עוד כמה שבועות גילו גם את הקְסֶנוֹן (משמעות השם ביוונית היא "זָר"). הגז האציל האחרון התגלה ב-1900, כשהפיזיקאי הגרמני פרידריך דורן (Dorn) חקר את היסוד רדיום, וגילה שהוא פולט גז רדיואקטיבי, לכן כינה אותו רַאדוֹן.

כל גז זוהר בצבע שונה כשמחממים ומייננים אותו. משמאל: הליום, ניאון, ארגון, קריפטון וקסנון | צילום: Shutterstock
כל גז זוהר בצבע שונה כשמחממים ומייננים אותו. משמאל: הליום, ניאון, ארגון, קריפטון וקסנון | צילום: Shutterstock

אורות וצללים

גז הקריפטון הוא חסר צבע, אין לו טעם או ריח. ריכוזו באטמוספרה נמוך ביותר – בערך חלקיק אחד ממיליון חלקיקים הוא אטום קריפטון. הוא אינו רעיל, אבל גז המכיל אחוז גבוה של קריפטון עלול להיות מסוכן לנשימה, משום שהוא מקטין מאוד את לחץ החמצן. כאמור הוא אינו מגיב עם שום חומר באופן טבעי, אם כי בטמפרטורה של 220 מעלות מתחת לאפס, הצליחו חוקרים ליצור כמויות זעירות של תרכובות קריפטון ופלואור, אך גם הן אינן יציבות. בהמשך יצרו כימאים עוד כמה תרכובות לא יציבות של קריפטון.

לקריפטון יש כמה וכמה שימושים. כשמחממים אותו למצב מיוּנָן, כלומר פלזמה שבה האלקטרונים נפרדים מגרעיני האטומים, הוא פולט אור לבן. לכן הוא משמש בהתקני תאורה הדורשים אור בהיר, כמו נורות מבזק (פלאש) של מצלמה או נורות פלואורסצנטיות, שנקראו בטעות נורות ניאון, אבל הגז העיקרי בהן הוא קריפטון או ארגון. הוא שימש גם בנורות ליבון, או נורות להט, משום שהמילוי שלהן בגז גם הגביר את בהירות האור וגם עיכב את התאדותו של חוט הלהט. קריפטון גם משמש בתאורה צבעונית, שבעבר אכן התבססה על ניאון, כמו של שלטי פרסום ישנים. לרוב הנורות האלה הן שפופרות זכוכית המכילות קריפטון שזוהר בלבן כשמעבירים בהן זרם, ואת הצבעוניות מקבלים פשוט מצביעה חיצונית של הזכוכית. יישום נוסף של קריפטון בתחום האור הוא כמקור אור לסוגים שונים של לייזרים.

בגלל שבריכוז נמוך קריפטון אינו מסוכן לנשימה ויש לו איזוטופים רדיואקטיביים שקל יחסית לזהותם, משתמשים בו לעיתים בבדיקות רפואיות, כמו למשל CT של הריאות או בדיקות אחרות שבהן רוצים לעקוב אחר האוויר שאנו נושמים. הוא גם משמש לעיתים בבדיקת איטום של ציוד מעבדה. קריפטון נוזלי משמש לעיתים בניסויים בפיזיקה, למדידת אנרגיה של חלקיקים תת-אטומיים. שימוש נוסף של קריפטון הוא זיהוי ניסויים בנשק גרעיני. פיצוץ גרעיני עשוי לפלוט כמויות קטנות של איזוטופ בשם קריפטון 85, אבל מכיוון שהכמות הטבעית שלו זעירה מאוד, זיהוי שלו בדגימות אוויר מאפשר לגלות ניסויים כאלה, כפי שאירע בעבר בקוריאה הצפונית ובפקיסטן.

בתרבות הפופולרית זכה קריפטון לתהילה מכיוון לא צפוי. גיבור העל סופרמן, שבא לעולם בשנות ה-30, הגיע אלינו מכוכב לכת בשם קריפטון, שאין לו כמובן דבר וחצי דבר עם גז הקריפטון של עולמנו. בכוכב הלכת הזה יש מחצב בשם קריפטונייט, שסוגים שונים שלו הם בעלי השפעות שונות, מהחלשתו של סופרמן ועד הענקת כוחות על לבני אדם – הכל תלוי בסוג הגביש ובחוברת הקומיקס הרלוונטית.

גילוי הקריפטון האמיתי, היום לפני 120 שנה, היה נקודת ציון בדרך להשלמת היסודות בטבלה המחזורית. העבודה השיטתית של רמזי ועמיתיו, שעליה הוענק לו ב-1904 פרס נובל בכימיה, הראתה כי גם יסודות שאינם מגיבים כמעט עם שום חומר, אפשר לגלות בשיטות מקוריות, ובהמשך התברר שגם ליסודות האלה יש שימושים רבים.