Khí hiếm (khí trơ) là gì? Ứng dụng của khí hiếm

Khí hiếm là nhóm nguyên tố thuộc nhóm thứ 18 trong bảng tuần hoàn nằm. Điều đặc biệt là các loại khí hiếm không xảy ra phản ứng hóa học với các chất khác trong môi trường. Vậy bạn đọc hãy cùng Khoangsanvina.com tìm hiểu về loại hợp chất này, các tính chất của chúng cũng như ứng dụng trong cuộc sống.

1. Khí hiếm – khí trơ là chất gì?

Khí hiếm hay còn được gọi là khí trơ là tên gọi chung khi nhắc đến các nguyên tố thuộc nhóm thứ 18 trong bảng tuần hoàn. Sở dĩ các nguyên tố này được gọi là khí hiếm hay khí trơ bởi vì chúng không tham gia vào bất kỳ các phản ứng hóa học nào. Tuy nhiên trên thực tế các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn nguyên tố có số nguyên tử là 118 được đặt tên là Oganesson có thể không phải là khí hiếm. 

Vị trí nhóm khí hiếm trong bảng tuần hoàn hóa học

2. Nhóm khí hiếm gồm có các chất nào? 

Khi nhìn vào bảng tuần hoàn ta sẽ thấy các nguyên tố thuộc nhóm khí hiếm được sắp xếp từ trên xuống dưới lần lượt gồm có: Heli, Neon, Argon, Krypton, Xeon, Radon và Organeson (có thể không).

Cũng bởi vì mức độ hoạt động hóa học kém nên các khí hiếm được các nhà khoa học phát hiện ra khá muộn. Đến tận năm 1868 mới phát hiện ra khí Heli trong quang phổ mặt trời. Tiếp đó khí Neon phát hiện năm 1898, Argon – 1894, Krypton, Xenon – 1898, Radon – 1900 và Organeson – 2006.

3. Khí hiếm có đặc điểm là gì?

Để tìm hiểu về các tính chất của khí hiếm cũng như giải thích vì sao khí hiếm lại không có phản ứng hóa học nào, trước tiên hãy cùng xem cấu hình electron của các nguyên tố khí hiếm trong bảng dưới đây:

Tên nguyên tố	Ký hiệu hóa học	Số hiệu nguyên tử	Cấu hình e	Nhiệt độ sôi (độ C)	Nhiệt độ nóng chảy (độ C)
Heli	He	2	1s2	−268,83	–272,00
Neon	Ne	10	1s22s22p6	−245,92	−248,52
Argon	Ar	18	[Ne]3s23p6	−185,81	−189,60
Krypton	Kr	36	[Ar]3d104s24p6	−151,70	−157,00
Xenon	Xe	54	[Kr]4d105s25p6	−106,60	−111,50
Radon	Rn	86	[Xe]4f145d106s26p6	−62,00	−71,00

Từ cấu hình electron ta thấy ở lớp ngoài cùng của các nguyên tố đều có đầy đủ 8 electron, ngoại trừ Heli có 2 e. Các khí hiếm không có khuynh hướng nhận thêm hoặc bớt electron để tạo cấu hình bền vững có đủ 8 e lớp ngoài cùng nên ta có thể hiểu vì sao chúng lại có độ hoạt động hóa học yếu như vậy. Tuy nhiên trong các điều kiện đặc biệt, các khí hiếm vẫn có thể xảy ra phản ứng.

Mô hình cấu tạo vỏ của một số khí hiếm

Các khí hiếm có lực tương tác nội phân tử cực kỳ yếu nên nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy đều thấp. Đồng thời khoảng chênh lệch giữa 2 nhiệt độ trên cũng nhỏ, không quá 10 độ C. Do đó trong điều kiện bình thường, trạng thái tự nhiên của các nguyên tố này là ở thể khí ngay cả khí nguyên tử khối của chúng có thể lớn hơn nhiều so với các chất rắn khác (ví dụ như sắt – 56, đồng – 64).

– Radon được tạo ra trong chuỗi phân rã của Urani.

– Heli tồn tại trong bầu khí quyển, trong các mỏ khoáng chất chứa urani, thori…

– Neon, Argon, Krypton, Xenon đều có trong bầu khí quyển của Trái Đất và được tách bằng cách hóa lỏng không khí và chưng cất phân đoạn. 

4. Các ứng dụng của khí hiếm trong đời sống sản xuất

Mặc dù các khí hiếm trơ về mặt hóa học nhưng chúng đều có những ứng dụng quan trọng được sử dụng trong sản xuất và đời sống của con người. Mỗi loại khí hiếm lại có những ứng dụng cụ thể khác nhau, cụ thể là:

4.1 Ứng dụng của Heli

Heli là chất khí nhẹ, chỉ nặng hơn khí Hiđro, Heli được sử dụng trong:

• Thổi bóng bay, làm nhiên liệu đốt để khinh khí cầu bay lên không trung.
• Có trong bình dưỡng khí của thợ lặn sâu bởi vì khí heli có tác dụng ngăn ngừa độc tính của các khi N2, CO2 có thể tràn vào bình thở của người lặn.
• Khí Heli hóa lỏng được sử dụng trong phương pháp chữa bệnh hen suyễn và bệnh trên đường hô hấp.
• Có khả năng làm biến đổi giọng nói.
• Được sử dụng làm lớp bảo vệ trong hàn kim loại…

Khí Heli giúp khinh khí cầu bay lên

4.2 Ứng dụng của Neon

• Do khí Neon có màu da cam ánh đỏ nên được sử dụng trong các đèn lắp trên biển quảng cáo. Neon còn được sử dụng làm đèn chỉ thị điện cao thế.
• Cùng với Heli, Neon là chất khí ứng dụng trong tạo các loại laser khí.
• Neon lỏng là chất làm lạnh trong công nghiệp.
• Ngoài ra Neon còn ứng dụng trong thu lôi, ống đo bước sóng, ống âm cực trong tivi…

Neon trong đèn các biển quảng cáo

4.3 Ứng dụng của Argon

• Argon sử dụng làm chất khí trong các bóng đèn dây tóc do ngay ở nhiệt độ cao cũng ổn định và không tác dụng với dây tóc bóng đèn làm bằng vonfram.
• Tạo môi trường khí trơ trong công nghệ hàn kim loại.
• Có vai trò là lớp phủ bảo vệ trong sản xuất titan và một số nguyên tố hóa học khác, trong sản xuất chất bán dẫn…
• Ngoài ra Argon đang được nghiên cứu sử dụng trong điều trị ung thư.

4.4 Ứng dụng của Krypton

Krypton được ứng dụng trong chế tạo laser florua krypton.

4.5 Ứng dụng của Xenon

• Giúp chế tạo các đèn chớp xenon sử dụng trong đèn chớp của máy ảnh.
• Là các tác nhân oxy hóa trong hóa phân tích, sử dụng trong nghiên cứu tinh thể học protein.
• Là chất gây mê toàn phần trong y học, tuy nhiên ít khi sử dụng do giá thành cao.
• Xenon được dùng trong các ứng dụng năng lượng hạt nhân như sử dụng trong các ,máy dò, buồn bọt hay các khu vực yêu cầu đặc biệt.

Khí hiếm có rất nhiều ứng dụng quan trọng nhưng hiện nay do sử dụng quá mức nên nguồn khí hiếm đang dần cạn kiệt. Do vậy chúng ta cần tiết kiệm, sử dụng khí hiếm hợp lý. 

Trên đây là những kiến thức tổng quan về khí hiếm, các nguyên tố thuộc nhóm khí hiếm, đặc điểm cũng như ứng dụng của nó. Nếu bạn đọc có thêm thắc mắc gì hãy liên hệ với chúng tôi qua trang web vietchem.com.vn hoặc qua số hotline 0826 010 010.