Khí trơ là gì? Đặc điểm và tính chất của khí trơ

Lịch sử hình thành và phát triển của khí trơ trong bảng tuần hoàn

1. Khí trơ là gì?

Khí trơ hay còn được gọi là khí hiếm, một nhóm nguyên tố nằm ở vị trí thứ 18 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trước đây, do các nguyên tử của chúng không thể kết hợp với các nguyên tố khác để hình thành các hợp chất nên các nhà khoa học gọi chúng là nhóm O. 

Chuỗi nguyên tố hóa học này bao gồm Heli, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon và Oganesson. Tuy nhiên trên thực tế, các nhà khoa học vẫn chưa chắc đây có phải khí trơ hay không. Các nguyên tố này mang nhiều đặc trưng khác nhau và được gọi là khí trơ bởi chúng không tham gia vào bất kỳ phản ứng nào.

2. Sự hình thành và phát triển của khí trơ 

Mỗi nguyên tố khí trơ đều có lịch sử hình thành khác nhau:

• Khí trơ Argon: 

Vào năm 1765, Henry Cavendish phát hiện ra khí Argon tồn tại trong khí quyển và chúng được xếp vào nhóm khí đặc biệt. 

• Khí trơ Heli: 

Vào tháng 8/1868,  khí trơ Heli được phát hiện lần đầu bởi nhà thiên văn học Jules Janssen (Pháp) khi ông nghiên cứu, quan sát nhật thực toàn phần.

• Khí trơ Neon: 

Vào năm 1898 tại Anh, William Morris Travers và Do William Ramsden đã phát hiện ra khí trơ Neon, loại khí này được chiết xuất từ khí Argon.

• Khí trơ Xenon và khí trơ Krypton: 

Vào năm 1898, khí trơ Xenon và Krypton được phát hiện bởi 2 nhà hóa học William Ramsden và William Morris Travers.

3. Đặc điểm chung của khí trơ là gì?

Các loại khí trơ đều có chung những thuộc tính sau đây:

• Khí trơ tồn tại dưới dạng chất khí, không mùi, không màu, không vị. Ở điều kiện tiêu chuẩn thì chất khí này không bắt lửa và không cháy.

• Trong điều kiện thường, đa phần khí trơ sẽ không phản ứng với các nguyên tố khác, ngoại trừ những trường hợp đặc biệt. Đó là do cấu trúc nguyên tử với vỏ ngoài là hóa trị gần như đầy đủ, do vậy khí này ít tham gia vào các phản ứng hóa học.

• Trong môi trường đặc biệt, các chất khí này có thể chuyển sang những màu sắc khác nhau hoặc có thể chuyển sang trạng thái lỏng và rắn.

• Có khả năng trao đổi oxy hóa cực thấp, gần như bằng không.

• Khá trơ trong các phản ứng.

• Năng lượng ion hóa cao.

• Không có khả năng bắt lửa.

• Vỏ hóa trị với số oxy hóa và toàn bộ điện tử bên ngoài đều bằng 0.

• Các khí trơ có nóng chảy và điểm sôi gần nhau, mức chênh lệch không đáng kể, chỉ khoảng 10 độ C. Cụ thể là trong phạm vi nhiệt độ nhỏ, các khí này sẽ tồn tại ở dạng lỏng.

4. Khí trơ tồn tại ở đâu?

Khí trơ là một loại phi kim, có thể tìm thấy ở trong tầng khí quyển của Trái Đất.

Với cấu hình đều có dạng lớp electron ngoài cùng rất bền vững với công thức ns2np6. Chính vì vậy, nhìn chung chúng rất khó bị phá vỡ liên kết và cấu hình bền vững của khí trơ.

Khí trơ được tìm thấy ở trong tầng khí quyển của Trái Đất

5. Để thu được khí trơ cần làm như thế nào?

Do các khí trơ tồn tại trong khí quyển trái đất nên người ta thường thu khí trơ bằng phương pháp hóa lỏng và chưng cất phân đoạn không khí.

Ngoại trừ khí Heli được tách màng hoặc chưng cất đông lạnh, các khí trơ tinh khiết thường được thu bằng cách sử dụng máy phát điện chuyên dụng. Tuy nhiên, toàn bộ quá trình thu khí trơ cần đảm bảo cần thận, chu đáo để thu được khí tinh khiết nhất có thể.

6. Ứng dụng quan trọng của khí trơ trong cuộc sống

Trên thực tế, mỗi loại khí trơ đều có những ứng dụng khác nhau trong đời sống sản xuất như trong y tế, sản xuất công nghiệp, sản xuất bóng đèn, đề hồ quang, khinh khí cầu,...

6.1. Ứng dụng của khí Heli

Ứng dụng nổi bật của khí Heli

• Heli là một trong những nguyên liệu được sử dụng để làm nhiên liệu đốt để ể khinh khí cầu bay lên không trung hoặc thổi bóng bay.

• Do loại khí này có khả năng ngăn ngừa độc tính của các khí CO2, N2, không cho tràn vào bình thở của người lặn nên được ứng dụng trong các bình chứa dưỡng khí của thợ lặn.

• Bên cạnh đó, chúng còn có khả năng làm biến đổi giọng nói.

• Đồng thời, khí Heli cũng được dùng trong phương pháp chữa bệnh đường hô hấp và bệnh hen suyễn. 

• Ngoài ra, chúng còn được sử dụng làm lớp bảo vệ trong hàn kim loại,...

6.2. Ứng dụng của khí Neon

• Khí Neon được sử dụng phổ biến trong các đèn lắp trên biển quảng cáo, do chất khí này có màu da cam ánh đỏ. Hơn nữa, chất khí này còn được dùng làm đèn chỉ thị điện cao thế.

• Đây cũng là chất khí được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các loại laser khí.

• Neon ở dạng lỏng là chất làm lạnh công nghiệp.

• Ngoài ra, khí này còn được ứng dụng trong ống âm cực trong tivi, thu lôi và ống đo bước sóng,...

6.3. Ứng dụng của khí Argon

Khí Argon được sử dụng trong các bóng đèn dây tóc

• Do khi ở nhiệt độ cao, khí Argon vẫn ổn định và không tác dụng với dây tóc bóng đèn làm bằng vonfram. Loại khí này được dùng làm chất khí trong các bóng đèn dây tóc.

• Bên cạnh đó, trong công nghệ hàn kim loại, khí Argon còn tạo môi trường khí trơ.

• Đồng thời, chúng còn là lớp phủ bảo vệ cho một số nguyên tố hóa học, trong sản xuất chất bán dẫn và trong sản xuất titan,...

• Hiện nay, khí Argon đang được nghiên cứu để sử dụng trong điều trị ung thư.

6.4. Ứng dụng của khí Krypton

• Khí Krypton được sử dụng phổ biến trong công nghệ chiếu sáng và nhiếp ảnh do ánh sáng Krypton nhiều dài phố.

• Chất khí này cũng được trộn với khí Argon để làm giảm năng lượng tiêu thụ trong các bóng đèn huỳnh quang.

• Trong y tế, chúng được dùng trong cộng hưởng từ MPI, giúp cho hình ảnh sắc nét hơn, chi tiết và hỗ trợ việc chẩn đoán bệnh chính xác hơn.

Đóng vai trò quan trọng trong cộng hưởng từ MPI

• Ngoài ra, khí Krypton còn được ứng dụng trong chế tạo laser florua krypton.

6.5. Ứng dụng của khí Xenon

• Khí Xenon có vai trò hỗ trợ chế tạo các đèn chớp xenon sử dụng trong đèn chớp của máy tính. 

• Được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu tinh thể học protein, chất khí ày là tác nhân oxy hóa trong hóa phân tích.

• Đồng thời, khí Xenon còn được dùng làm chất gây mê trong y học nhưng do giá thành cao nên ít khi được sử dụng.

• Ngoài ra, chúng còn đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng năng lượng hạt nhân như sử dụng trong các khu vực yêu cầu đặc biệt hoặc máy dò, buồn bọt.

7. Một vài quan niệm sai lầm về khí trơ

• Nhiều người cho rằng, khí trơ là khí hiếm nhưng trên thực tế thì không phải vậy. Mặc dù khí Argon thuộc vào nhóm khí hiếm nhưng thực chất khí này lại không hề hiếm. Đây là loại khí phổ biến nhất trên thế giới và hiện nay, chúng đang được sản xuất và bán trên thị trường với giá rất rẻ.

• Các chất khí được gọi là khí trơ là do chúng không có khả năng tham gia vào các phản ứng hóa học và hình thành các hợp chất. Nhưng trong điều kiện đặc biệt, khí trơ vẫn tham gia vào một số phản ứng hóa học và tạo thành các chất đặc biệt được sử dụng phổ biến trong cuộc sống. 

Tóm lại, khí trơ đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong cuộc sống với đa dạng lĩnh vực khác nhau nhưng hiện nay, do sử dụng quá mức dẫn đến nguồn khí hiếm dần cạn kiệt. Chính vì vậy, chúng ta cần sử dụng một cách hợp lý, tiết kiệm mà vẫn đảm bảo  hiệu quả. 

Trên đây, hóa chất Đông Á đã giúp bạn đọc giải đáp được những thắc mắc liên quan đến khí trơ như Khí trơ là gì? Lịch sử, thuộc tính và ứng dụng nổi bật của chúng. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp bạn đọc hiểu kỹ hơn về khí trơ.