¿Por qué la permeabilidad para el criptón sería mayor que la del argón?

Question

Entonces, he estado revisando datos sobre permeabilidades y hay algo que me preocupa. Los datos de permeabilidad de los gases nobles son algo difíciles de encontrar, pero el Manual de Juntas Tóricas de Parker los tiene para varios materiales:

http://www.parker.com/literature/O-Ring%20Division%20Literature/ORD%205700.pdf

(como material de ejemplo para elegir en la lista, digamos, PTFE)

Lo que no entiendo es... ¿por qué la tasa de permeabilidad del criptón suele ser más alta que la del argón para la mayoría de los materiales? Sus propiedades químicas son básicamente idénticas, el criptón es simplemente un átomo más grande. Según todos los estándares, se esperaría que permease más lentamente. El xenón permea más lentamente que ambos, como se esperaba. Entonces, ¿qué pasa con el criptón?

Answer 1

Como se menciona en algunos de los comentarios anteriores, un documento que compara directamente la permeación de gases nobles a través de varios materiales es S.J. Schowalter et al., Permeability of noble gases through Kapton, butyl, nylon, and "Silver Shield", in Nucl. Instr. Methods A 615 267-271 (2010) . Observan que $K = Db$ donde $K$ es la permeabilidad, $D$ es la difusividad, y $b$ es la solubilidad del gas noble en el material. Para los gases nobles, la difusividad disminuye monótonamente de He a Xe en todos los materiales. Sin embargo, la solubilidad tiene un comportamiento más extraño, con Ne siendo el caso excepcional con solubilidades más bajas que He o Ar a ambos lados.

El resultado neto es que la permeación puede no ser monótona en la naturaleza a través de los gases nobles. En particular, para el butil, $K$ es más alto para He, baja para Ne, aumenta para Ar, baja un poco para Kr, y luego continúa siendo más bajo para Xe.

Mucha información interesante en el documento, una buena comparación directa de los gases nobles y varios materiales en el mismo aparato bajo las mismas condiciones.

Answer 2

Voy a asumir que los datos son para la misma presión y temperatura y concentración, y otras condiciones experimentales Y que las unidades de medida son molares en lugar de basadas en masa. 300 páginas excede mi paciencia. Vale, si tu concepto de átomos es que son bolas de billar duras, entonces no tiene mucho sentido. Pero considera que Xe es más reactivo que Kr que es más que Ar que es más que Ne. Eso implica que esos traviesos electrones no están tan fuertemente unidos (en la capa de valencia) para Kr como para Ar. Desafortunadamente, esto es solo hablar por hablar. Si dijeras que Ar difunde más rápido que Kr, entonces diría "¡Ah, por supuesto! ¡Porque es más pequeño!" Entonces, todo lo que puedo decir con seguridad es que muy pocas situaciones tienen solo una variable contribuyente, en el mundo real. La mayoría de las cosas son un equilibrio entre dos (o más) factores. Si hubiera solo un "factor", esperarías un comportamiento de línea recta. Con dos factores, esperarías un cambio en la pendiente, al menos, o en los casos más severos sería posible un comportamiento parabólico. Esta es una explicación post hoc (después de conocer los hechos). En este caso, creo que tienes tres factores: tamaño de vdW, deformabilidad y masa. Cómo interactúan en el mundo real no es fácil de predecir. Esa es una razón por la que existen tablas de compatibilidad como para juntas tóricas. Ten en cuenta que la primera Energía de Ionización es mayor para Ar que para Kr, apoyando el argumento "Kr es más deformable, más reactivo".