Khí hiếm là gì? Các nguyên tố khí hiếm là những nguyên tố nào? Chúng thuộc nhóm mấy trong bảng tuần hoàn? Những khí này có đặc điểm gì và những ứng dụng của chúng? Bài viết hôm nay sẽ giúp chúng ta giải đáp các thắc mắc này.
I. Khí hiếm là gì?
Khí hiếm là các nguyên tố nằm ở nhóm VIIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Khí hiếm còn được gọi là khí trơ nhưng thuật ngữ này không chính xác do các nguyên tố hóa học này có thể tham gia vào một số phản ứng hóa học nhất định.
Các nguyên tố khí hiếm là: Heli (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe) và Radon (Rn). Phía dưới Radon trong bảng tuần hoàn còn một ô trống, người ta đặt tên cho nó là Oganesson nhưng đến nay người ta vẫn chưa phát hiện ra nó. Trong các nguyên tố này, đáng kể nhất là Argon tồn tại trong tự nhiên với 0.93% thể tích (1.29% khối lượng) của khí quyển Trái Đất.
Các loại nguyên tố khí hiếm
Do hoạt động hóa học rất yếu của chúng mà mãi đến năm 1868, người ta mới phát hiện khí hiếm đầu tiên là Heli có trong quang phổ Mặt trời. Đến năm 1895 thì người ta mới cô lập được Heli trên Trái Đất.
II. Đặc điểm của khí hiếm
1. Khí hiếm thuộc nhóm nào? Cấu hình khí hiếm
Khí hiếm thuộc nhóm VIIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, gồm He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn với số hiệu nguyên tử lần lượt là 2, 10 18, 36, 54, 86.
Cấu hình khí hiếm:
- Cấu hình của Heli: 1s2
- Cấu hình của Ne: 1s22s22p6
- Cấu hình của Ar: [Ne]3s23p6
- Cấu hình của Kr: [Ar]3d104s24p6
- Cấu hình của Xe: [Kr]4d105s25p6
- Cấu hình của Rn: [Xe]4f145d106s26p6
Khí hiếm có mấy e lớp ngoài cùng? Từ cấu hình electron trên, ta thấy các nguyên tố khí hiếm có 8e lớp ngoài cùng (ngoại trừ Heli có 2e lớp ngoài cùng). Với cấu hình bền vững như vậy nên các khí này hoạt động hóa học kém (trơ về mặt hóa học). Chúng gần như không tạo liên kết hóa học với nguyên tử của các nguyên tố khác. Tuy nhiên, trong một số điều kiện nhất định, chúng vẫn tạo ra các hợp chất.
2. Tính chất vật lý của khí hiếm
Chúng ta đã tìm hiểu nguyên tố khí hiếm là gì, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu tính chất vật lý của chúng.
Các chất khí này có lực tương tác nội nguyên tử cực kì yếu dẫn đến chúng có điểm sôi và điểm nóng chảy rất thấp. Chúng là những chất dạng khí ở điều kiện bình thường, kể cả những chất khí có nguyên tử khối lớn.
Bảng tính chất vật lý của khí hiếm:
| Số proton | Tên nguyên tố | Kí hiệu hóa học | Tỉ trọng | Nguyên tử khối | Nhiệt độ sôi (°C) | Nhiệt độ nóng chảy (°C) |
| 2 | Heli | He | 0.179 | 4.00 | -272.00 | −268.83 |
| 10 | Neon | Ne | 0.900 | 20.20 | -248.52 | −245.92 |
| 18 | Argon | Ar | 1.781 | 39.90 | -189.60 | −185.81 |
| 36 | Krypton | Kr | 3.708 | 82.92 | -157 | −151.70 |
| 54 | Xenon | Xe | 5.851 | 130.20 | -111 | −106.60 |
| 86 | Radon | Rn | 9.970 | 222.40 | -71 | −62.00 |
Tỉ khối của chất khí hiếm so với không khí: He và Ne nhẹ hơn không khí, Ar tương đương không khí. Trong khi đó Kr, Xe và Rn nặng hơn không khí.
III. Ứng dụng của khí hiếm
Các chất khí này có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Những ứng dụng nổi bật nhất là trong công nghệ sản xuất bóng đèn, phát sáng, giúp duy trì tuổi thọ của dây tóc và tạo ra màu sắc đẹp. Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng nhiều trong đèn hồ quang, chất làm lạnh và xạ trị, ký hiệu phát sáng, máy cộng hưởng từ, khinh khí cầu… Chúng ta cùng tìm hiểu ứng dụng của khí hiếm với từng chất cụ thể nhé!
1. Ứng dụng của Heli
Heli là khí hiếm nhẹ nhất, chỉ nặng hơn hidro và có nhiều ứng dụng quan trọng.
- Dùng cho khinh khí cầu bay lên không trung hay thổi bong bóng bay.
- Sử dụng trong khí thở của những thợ lăn ở những vùng biển sâu. Nó giúp ngăn ngừa độc tính của khí oxi, nito và CO2.
- Khí He hóa lỏng dùng trong điều trị các bệnh về ho hấp như huyen suyễn…
- Ứng dụng trong công nghiệp luyện kim: như một chất làm mát, chuyển nhiệt khi luyện kim.
2. Ứng dụng của Neon
Những ứng dụng của Neon có thể kể đến như:
- Ứng dụng để tạo lazer khí
- Sử dụng trong công nghệ làm mát hay chuyển nhiệt khi luyện kim
- Dùng trong đèn chỉ thị điện cao thế, bóng đèn không xả khí
- Thu lôi
3. Ứng dụng của Argon
Argon được ứng dụng trong bóng đèn không xả khí, ngăn dây tóc vonfram không bị oxi hóa.
4. Ứng dụng của Krypton
Krypton được ứng dụng để tạo ra laser florua krypton.
5. Ứng dụng của Xenon
Xenon có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, y học và nghiên cứu khoa học. Có thể kể đến như:
- Được ứng dụng trong năng lượng hạt nhân
- Sử dụng làm chất khí gây mê toàn phần
- Ứng dụng trong tinh thể học protein
- Là tác nhân oxi hóa trong hóa phân tích
- Sử dụng trong bóng đèn không xả khí, nó phát ra những ánh sáng đa sắc tuyệt đẹp khi phát sáng.
6. Ứng dụng của Radon
Radon được ứng dụng trong y tế. Nó được dùng trong quá trình xạ trị kiểm soát và tiêu diệt các tế bào ung thư.
IV. Cách thu các khí hiếm
Có mặt trong tự nhiên nên các khí hiếm có thể được con người khai thác sử dụng. Do phân bố khác nhau và tính chất khác nhau nên các chất khí này cũng có cách thu khác nhau.
– Heli: được khai thác từ các mỏ khí tự nhiên và được tách ra He nồng độ cao bằng các kỹ thuật tách khí lạnh.
– Neon, Argon, Krypton và Xenon: được thu từ không khí trong các nhà mát tách không khí. Hai phương pháp được sử dụng để tách chúng là hóa lỏng và chưng cất phân đoạn.
– Radon: được phân lập do các hợp chất radium bị phân rã phóng xạ.
Lời kết
Do được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cũng như sự khan hiếm ngày càng lớn của các khí hiếm mà hiện nay chúng dần cạn kiệt. Do đó giá trị của chúng cũng tăng lên đáng kể. Khí hiếm là một tài nguyên mà thiên nhiên ban tặng đến cuộc sống này. Chúng thật thú vị phải không các bạn!
