Khí hiếm là bảy nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học tạo nên nhóm 18 (VIIIa). Các nguyên tố là helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), radon (Rn) và oganesson (Og). Khí hiếm là khí không màu, không mùi, không vị, không cháy.
Theo truyền thống, chúng được dán nhãn nhóm 0 trong bảng tuần hoàn vì trong nhiều thập kỷ sau khi phát hiện chúng. Người ta tin rằng chúng không thể liên kết với các nguyên tử khác. Nghĩa là nguyên tử của chúng không thể kết hợp với nguyên tử của các nguyên tố khác để tạo thành hợp chất hóa học.
Khí hiếm là gì?
-
Khi các thành viên của nhóm được phát hiện, chúng được cho là cực kỳ hiếm cũng như trơ về mặt hóa học. Và do đó được gọi là khí hiếm hoặc khí trơ. Tuy nhiên hiện nay người ta đã biết rằng một số nguyên tố này có khả nhiều trên vỏ trái đất và phần còn lại của vũ trụ, vì vậy tên gọi khí hiếm có thể gây hiểu lầm.
Tương tự việc sử dụng thuật ngữ khí trơ bao hàm tính thụ động hóa học, cho thấy các hợp chất của nhóm 18 không thể được hình thành.
Sự phong phú của các khí hiếm giảm khi số nguyên tử của chúng tăng lên. Helium là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ chỉ thua hydro. Tất cả các loại khí hiếm đều có trong bầu khí quyển của trái đất.
Helium thương mại được tìm thấy ở các giếng khí đốt tự nhiên sau đó nó được hóa lỏng để vận chuyển. Radon thường được phân lập như sản phẩm của quá trình phân hủy phóng xạ của radium.
Một số tính chất của khí hiếm được liệt kê trong bảng sau:
| Tính chất vật lý của khí hiếm | |||||||
|
|
helium | neon | argon | krypton | xenon | radon | ununoctium |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Số hiệu nguyên tử | 2 | 10 | 18 | 36 | 54 | 86 | 118 |
| Khối lượng nguyên tử | 4.003 | 20.18 | 39.948 | 83.8 | 131.293 | 222 | 294*** |
| Điểm nóng chảy (°C) | −272.2* | −248.59 | −189.3 | −157.36 | −111.7 | −71 | — |
| Điểm sôi (°C) | −268.9 | −246 | −185 | −153.2 | −108 | −61.7 | — |
| Màu sắc khi phóng điện | yelow | red | red or blue | yellow - green | blue to green | — | — |
Nguồn gốc của nhóm khí hiếm
1785 Henry Cavendish, người anh phát hiện không khí chứa một phần nhỏ (ít hơn 1/100) chất ít hoạt động hóa học hơn nito. 1894 William Ramsay đã hợp tác với Rayleigh trong việc cô lập khí này và chứng minh được nó là một nguyên tố mới Argon.
Ramsay và các đồng nghiệp đã tìm kiếm các loại khí liên quan bằng cách chưng cất phân đoạn khí lỏng đã phát hiện ra krypton, neon, and xenon đều vào năm 1898. Radon lần đầu được xác định vào năm 1900 bởi nhà hóa học người Đức Friedrich E.Dorn. Rayleigh và Ramsay đã đoạt giải Nobel năm 1904 cho công trình của họ.
Tính chất chung của nhóm khí hiếm
-
Mỗi nguyên tố khí hiếm nằm trong bảng tuần hoàn giữa một nguyên tố của nhóm có độ âm điện lớn nhất. Các nguyên tố halogen (nhóm 17) các nguyên tố này cần thêm 1 electron để đạt bộ tám và do đó trở thành ion âm. Và là nhóm có độ âm điện lớn nhất.
Nhóm nhiễm điện, các kim loại kiềm nhóm 1, các nguyên tử dễ dàng mất electron để trở thành ion dương.
Khí hiếm có mấy electron ở lớp ngoài cùng?
Khí hiếm có đầy đủ 8 electron ở lớp ngoài cùng của nó. Đó là lý do trong nhiệt độ phòng tất cả các nguyên tố khí hiếm đều trơ về mặt hóa học, trong tự nhiên chúng tồn tại ở dạng đơn chất.
Ứng dụng chung của nhóm khí hiếm
-
Một số ứng dụng quan trọng của khí hiếm phụ thuộc vào khả năng trơ về hóa học của chúng. Ví dụ, sự thờ ơ của chúng đối với oxy đã tạo ra khả năng hoàn toàn không bắt lửa. Mặc dù heli không hoàn toàn nổi như hydro nhưng tính không cháy của nó làm cho nó trở thành khí nâng cho khinh khí cầu vì nhẹ hơn không khí.
Khí heli và argon dùng làm môi trường không phản ứng hóa học cho các hoạt động cắt, hàn, tinh chế kim loại. (oxy, nito, cacbon và một số khí khác sẽ phản ứng với kim loại nóng.)
Dưới áp suất thấp trong ống thủy tinh và phóng điện qua nó. Khí hiếm sẽ phát sáng, neon tạo ra màu đỏ cam, xenon phát ra màu xanh nên sử dụng trong đèn huỳnh quang.
Điểm nóng chảy thấp của khí hiếm hữu ích trong việc nghiên cứu vật chất ở nhiệt độ cực thấp.
Heli kết hợp với oxy để làm bình lặn biển vì nó không hòa tan trong máu nên không tạo thành áp suất.
Xeno được dùng làm chất gây mê vì không bắt lửa và dễ dàng đào thải khỏi cơ thể.
Radon có tính phóng xạ cao công dụng duy nhất ví dụ: xạ trị.
Oganesson tính phóng xạ cao không có ứng dụng thực tế.
Chỉ krypton, xenon và radon được biết đến là tạo thành các hợp chất ổn định. Các hợp chất của khí hiếm này là tác nhân oxy hóa mạnh (có xu hướng loại bỏ các electron khỏi các chất khác). Có giá trị tiềm năng trong quá trình tổng hợp các hợp chất hóa học khác.
Any comments?