Trong hóa học, có vô số nguyên tố có thể có hoặc không liên quan đến nhau. Có kim loại, phi kim, lantan và actinide, kim loại chuyển tiếp và kim loại kiềm thổ; và tất nhiên chúng tôi có một trong những nguyên tố hóa học Người mà chúng ta đã ít chú ý đến trong các giờ học hóa học, và càng ít hơn khi nói đến việc tiếp tục cuộc sống của chúng ta. Tất nhiên, tôi đang nói đến khí quý.
Những yếu tố này, rất hiếm trong môi trường, chúng tôi không thể phân tích quá nhiều. Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu về lịch sử của khí quý, công dụng và đặc tính của chúng, cũng như những điều tò mò khác. Ở lại đây và tìm hiểu những điều thú vị nhất về khí quý.
Chúng ta hãy làm quen với các loại khí
Chúng là một nhóm các hợp chất hóa học có tính chất rất giống nhau. Ví dụ, ở điều kiện bình thường chúng là chất khí không màu, không mùi, đơn tính và có khả năng phản ứng hóa học rất thấp. Chúng nằm ở nhóm 18 của bảng tuần hoàn và được gọi là: Heli, neon, Xenon, Argon, Krypton, chất phóng xạ: Radon và chất tổng hợp: Oganeson.
Các tính chất của nó có thể được giải thích bằng các lý thuyết hiện đại hiện có về cấu trúc nguyên tử. Lớp vỏ của các electron hóa trị của chúng được coi là hoàn chỉnh, điều này khiến chúng có xu hướng hạn chế tham gia vào các phản ứng hóa học, và là một trong những lý do tại sao chúng chưa được hiểu rõ. Trên thực tế, rất ít hợp chất khí quý đã được điều chế cho đến ngày nay.
Chúng ta lấy khí quý ở đâu?
Chúng tôi nhận được neon, argon, xenon và krypton từ không khí bằng cách sử dụng phương pháp chưng cất và hóa lỏng phân đoạn. Heli được tìm thấy trong khí tự nhiên, nơi nó thường được tách ra. Và radon thu được thông qua sự phân rã phóng xạ của các hợp chất hòa tan trong radium.
Và Oganeson là một nguyên tố tổng hợp được tạo ra vào năm 2002, và đạt được danh pháp IUPAC vào năm 2016. Nó được biết đến là khá dễ phản ứng cũng như không ổn định, vì vậy chưa có nhiều công việc được thực hiện với nó.
Những loại khí này đã có những ứng dụng rất quan trọng trong lĩnh vực chiếu sáng, hàn và thám hiểm không gian. Trimix, là một giải pháp của heli-oxy-nitơ, được sử dụng để các thợ lặn không bị ảnh hưởng của nitơ ở độ sâu. Hơn nữa, sau khi biết các nguy cơ dễ bắt lửa của hydro, điều này đã được thay thế bằng heli trong việc tạo ra khí cầu và khinh khí cầu.
Tính chất của các khí này
Khí quý lấy tên từ bản dịch từ tiếng Đức edelgas, tên được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1898 bởi nhà hóa học Hugo Erdman. Với cái tên này tìm cách đề cập đến tỷ lệ phản ứng thấp của các yếu tố này. Trên thực tế, đây là những nguyên tố ít phản ứng nhất được biết đến, đến mức chúng thực tế là trơ hoặc không phản ứng.
Điều này là do chúng có một lớp vỏ hóa trị hoàn chỉnh khiến chúng có khả năng giải phóng electron thấp và làm cho hành vi của chúng gần với hành vi của khí lý tưởng.
Nói chung, các khí quý có các đặc tính khác nhau.
- Chúng là các nguyên tố phi kim loại: Là chất khí, nó không có bất kỳ hạt kim loại nào trong cấu trúc của nó. Đồng thời chúng không có khả năng phản ứng với các kim loại khác.
- Chúng không màu và không mùi: mặc dù chúng có thể được đưa ra màu sắc cho bóng đèn và đèn được tạo ra bởi các khí này sử dụng điện, ban đầu chúng không màu và không mùi.
- Chúng có đầy đủ lớp hóa trị: Neon, xenon, argon, krypton và radon có XNUMX electron trong lớp vỏ cuối cùng của chúng. Về phần mình, heli có hai electron. Bằng cách này, các khí quý có một vỏ hóa trị hoàn chỉnh. Đó là lý do tại sao, trong những trường hợp bình thường, các yếu tố này không tạo thành liên kết.
- Chúng tồn tại dưới dạng khí đơn nguyên: Như đã hiểu, những nguyên tố này, dù là nguyên tử lớn nhất, cũng chỉ có một nguyên tử.
- Chúng thực tế không phản ứng: Do có đầy đủ hóa trị và khó chuyển electron, chúng được coi là trơ về mặt thực tế.
- Chúng dẫn điện và tạo ra huỳnh quang: Mặc dù rất thấp, những khí này có khả năng dẫn điện, và khi làm như vậy, chúng phát sáng lân tinh.
- Chúng có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấpNhững khí quý này có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất thấp.
- Chúng có độ âm điện rất thấp: các nguyên tố này có độ âm điện rất thấp
- Chúng có năng lượng ion hóa cao: Năng lượng ion hóa của bạn thực sự cao nhất trong kỳ kinh nguyệt.
- Chúng không dễ cháy: Ngay cả do cốc hydro dễ cháy, nó đã được thay thế bằng heli trong sản xuất khí cầu và bóng bay.
Cũng như khả năng phản ứng, lực liên nguyên tử của chúng cũng rất yếu, đó là lý do tại sao chúng có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp, và chúng đều là khí đơn nguyên ở điều kiện bình thường, kể cả những khí có khối lượng nguyên tử lớn hơn.
Heli có nhiều đặc tính mà không một loại khí cao quý nào khác hoặc bất kỳ nguyên tố nào khác trong bảng tuần hoàn có được. Của anh ấy điểm nóng chảy là thấp nhất trong tất cả các nguyên tố đã biết, ngoài việc là nguyên tố duy nhất sở hữu trạng thái siêu lỏng; trạng thái mà vật chất ở trạng thái lỏng, nhưng có thể chạy mà không bị mất động năng. Heli cần áp suất 25atm và nhiệt độ -272ºC để có thể đông đặc.
Vỏ hóa trị đầy đủ của chúng cũng là nguyên nhân khiến các khí này có khả năng ion hóa cao (cao nhất trong bảng tuần hoàn). và không thể hình thành các ion một cách dễ dàng, cho thấy sự ổn định trong cấu hình điện tử của nó.
Năng lượng ion hóa giảm khi nhóm giảm, vì bán kính nguyên tử tăng và các điện tử hóa trị ở xa hạt nhân hơn và do đó ít bị hút vào nó hơn. Điều này gây ra rằng, mặc dù thời kỳ của nó là cao nhất, một số khí quý có một năng lượng ion hóa có thể so sánh được của các yếu tố khác. Ví dụ, năng lượng ion hóa của xenon có thể so sánh với năng lượng ion hóa của oxy.
Công dụng của các loại khí này
Bằng cách có điểm sôi và điểm nóng chảy thấp như vậy, chúng đặc biệt hữu ích trong sản xuất thiết bị làm lạnh, và làm cho chúng hữu ích như là chất làm lạnh đông lạnh.
Heli lỏng, sôi ở 4,2K (-268,93ºC) được sử dụng trong sản xuất nam châm siêu dẫn, chẳng hạn như nam châm dùng để chụp cộng hưởng từ và cộng hưởng từ hạt nhân.
Neon lỏng, mặc dù nó không đạt đến nhiệt độ thấp bằng helium lỏng, nhưng có nhiều ứng dụng hơn trong quá trình lạnh, vì nó có khả năng Làm mát gấp 40 lần helium lỏng và lớn hơn 3 lần so với hiđro lỏng.
Heli được sử dụng như một thành phần của khí thở để thay thế nitơ, nhờ vào độ hòa tan thấp trong chất lỏng, đặc biệt là trong lipid. Các chất khí được hấp thụ vào máu và các mô của cơ thể khi có áp lực, chẳng hạn như lặn biển, tạo ra hiệu ứng gây mê được gọi là say sâu. Do tính hòa tan thấp, ít heli đi vào màng tế bào, giúp hạn chế tác dụng gây mê.
Do khả năng bắt lửa thấp và nhẹ, và sau thảm họa Hindenburg năm 1937, helium đã thay thế hydro trong sản xuất nhiên liệu, ngay cả khi mất sức nổi 8,6%.
Các khí này được sử dụng trong chiếu sáng do tính dẫn điện của chúng. Trong sản xuất bóng đèn sợi đốt, hỗn hợp argon và nitơ được sử dụng để lấp đầy chúng. Krypton được sử dụng trong bóng đèn hiệu suất caochẳng hạn như đèn halogen, có nhiệt độ màu cao hơn và hiệu quả cao hơn.
Xenon thường được sử dụng trong đèn pha xenon, nhờ đạt được quang phổ ánh sáng tương tự như ánh sáng ban ngày, được sử dụng trong máy chiếu phim cũng như đèn pha ô tô.
Trong y học, heli được sử dụng để cải thiện tình trạng dễ thở ở bệnh nhân hen suyễn. Xenon có thể được sử dụng như một chất gây mê Do khả năng hòa tan cao trong lipid, làm cho nó hiệu quả hơn so với oxit nitơ thông thường, và vì nó dễ dàng được cơ thể đào thải, nó cho phép phục hồi nhanh hơn.
Việc chụp ảnh được thực hiện bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, có xenon kết hợp với các khí khác. Radon, có tính phóng xạ cao và chỉ có ở lượng nhỏ, được sử dụng trong điều trị xạ trị.
Sản lượng và sự phong phú
Sự phong phú và dễ dàng mà các khí quý có thể thu được tỷ lệ nghịch với số nguyên tử của chúng. Do đó, sự phong phú của các khí này giảm khi số nguyên tử của chúng tăng lên.
Trong vũ trụ, heli là nguyên tố dễ kiếm thứ hai, sau hydro, với phần trăm khối lượng xấp xỉ 24%. Hầu hết lượng heli trong vũ trụ được hình thành bởi quá trình tổng hợp hạt nhân ban đầu, nhưng số lượng của nó ngày càng tăng lên nhờ sự tham gia của hydro trong quá trình tổng hợp hạt nhân của sao (một quá trình phát sinh bởi phản ứng hạt nhân trong quá trình tiến hóa của các ngôi sao).
Phần còn lại của các khí gần như không nhiều hoặc không đơn giản để thu được. Radon, ví dụ, có thể hình thành trong thạch quyển thông qua sự phân rã alpha của radium; Trong khi đó anh ấy xenon đã phát triển một lý thuyết được gọi là "lý thuyết thiếu xenon" do số lượng tương đối thấp của nó trong khí quyển.
Hãy nói một chút về mỗi
- Thuật in ảnh chìm: Do khả năng bắt cháy thấp, và vì nó là nguyên tố dễ kiếm thứ hai, nó đã có thể thay thế hydro làm nguyên tố tiềm năng để lấp đầy bóng bay và zeppelin, vì chúng không phát nổ khi tiếp xúc với lửa
- Neon: Loại khí này, do huỳnh quang và màu đỏ cam thu được khi tiếp xúc với điện, được sử dụng cho mục đích quảng cáo. Dễ dàng tìm thấy trong đèn neon. Bạn cũng có thể mua các ống và đèn neon có màu sắc khác, mặc dù chúng thực sự có các khí khác bên trong.
- Argon: Khí này được sử dụng trong đèn sợi đốt vì nó không phản ứng với dây tóc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Trong các ống huỳnh quang, nó tạo ra màu xanh lục-xanh lam. Nó cũng được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp để tránh các phản ứng hóa học không mong muốn.
- Krypton: Nó được sử dụng cùng với các loại khí khác trong việc tạo ra và sản xuất đèn ánh sáng sân bay, do cường độ của đèn đỏ phát ra; nó cũng có thể được sử dụng trong máy chiếu rạp chiếu phim. Việc sử dụng krypton cũng hữu ích trong phẫu thuật võng mạc bằng laser.
- Xenon: công dụng chính của Xenon là chế tạo bộ phát sáng có đặc tính diệt khuẩn; ống phát sáng, đèn flash chụp ảnh, và cả trong ống huỳnh quang có khả năng kích thích tia laser hồng ngọc.
- Radon: Khí này được tạo ra bởi sự phân rã phóng xạ của uranium thành vô tuyến. Bởi vì điều này và vì nó rất phóng xạ, nó có rất ít ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày.
Để phản ánh
Mặc dù chúng được sáng tác phần nào khó có được ở trạng thái tự nhiên (có lẽ ngoại trừ heli), và bởi vì chúng tạo ra hoặc cho phép khá ít phản ứng với chúng, khí quý là những hợp chất quan trọng mà chúng ta có thể nhìn thấy, và thậm chí sử dụng hàng ngày.
Có lẽ việc sử dụng chúng chỉ giới hạn trong các lĩnh vực cụ thể, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng hoàn toàn vô dụng. Từ việc thắp sáng ngôi nhà của chúng ta bằng bóng đèn và đèn, đến việc giữ thức ăn của chúng ta khi dùng trong tủ lạnh, đến cứu sống khi được sử dụng trong y họcNhững loại khí này, tự nhiên hoặc tổng hợp, vẫn chưa cho thấy tất cả những gì chúng có thể làm cho chúng ta. Và chắc chắn rằng, khi nghiên cứu ngày càng tiến bộ, công dụng của nó sẽ lớn hơn rất nhiều.
Khả năng ion hóa là gì?
và sự mong manh của nó