Khí trơ là gì? Đặc điểm, ứng dụng và cách thu khí trơ

Khí trơ một nhóm nguyên tố đặc biệt trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, Chúng gần như không tham gia bất kỳ phản ứng hóa học nào và tồn tại ở dạng đơn chất. Vậy chính xác khí trơ là gì? Những đặc điểm nào khiến chúng trở nên đặc biệt và được ứng dụng như thế nào trong đời sống? Hãy cùng Văn Minh tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.
1. Khí trơ là gì?
Khí trơ, hay còn được biết đến là khí hiếm, là nhóm nguyên tố thuộc nhóm VIIIA trong bảng tuần hoàn. Nhóm này bao gồm các nguyên tố heli (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) và radon (Rn). Sở dĩ chúng được gọi là "trơ" bởi đặc điểm nổi bật nhất của nhóm nguyên tố này là tính chất hóa học kém hoạt động, rất khó tham gia phản ứng với các nguyên tố hay hợp chất khác. Điều này xuất phát từ cấu trúc electron lớp ngoài cùng đã được bão hòa của chúng, tạo nên sự ổn định và "lười biếng" trong việc liên kết hóa học.
2. Đặc điểm, tính chất của khí trơ
Lớp vỏ electron ngoài cùng của khí trơ đã được lấp đầy, tạo nên trạng thái bền vững và ít có xu hướng cho nhận thêm electron để tạo liên kết hóa học. Ví dụ, Heli có cấu hình electron 1s2 với lớp vỏ electron duy nhất đã được lấp đầy 2 electron.
Tuy nhiên, "trơ" không đồng nghĩa với "không hoạt động". Trong một số điều kiện đặc biệt, một số khí trơ nặng hơn như Xenon và Krypton có thể tham gia vào phản ứng hóa học và tạo thành hợp chất.
Tính chất "trơ" của khí hiếm mang đến nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ví dụ, Argon được sử dụng để tạo môi trường trơ trong hàn kim loại, ngăn chặn phản ứng oxi hóa. Heli được sử dụng để bơm bóng bay, khí cầu do khối lượng riêng nhẹ hơn không khí.
3. Cách thu được khí trơ
Do tính chất hóa học kém hoạt động, việc thu được khí trơ đòi hỏi các phương pháp đặc biệt. Một trong những phương pháp phổ biến nhất là chưng cất phân đoạn không khí lỏng.
Quá trình này diễn ra như sau:
Hóa lỏng không khí: Không khí được làm lạnh và nén đến khi chuyển sang trạng thái lỏng.
Chưng cất phân đoạn: Không khí lỏng được đưa vào tháp chưng cất phân đoạn. Tại đây, dựa vào sự khác biệt về nhiệt độ sôi của các thành phần trong không khí, chúng ta có thể tách riêng các khí trơ như argon, neon, krypton, xenon.
Bên cạnh chưng cất phân đoạn không khí lỏng, một số phương pháp khác cũng được sử dụng để thu khí trơ như:
Điện phân dung dịch muối halogenua: Phương pháp này thường được sử dụng để điều chế khí trơ heli.
Phân rã phóng xạ: Một số đồng vị phóng xạ phân rã tạo thành khí trơ. Ví dụ, radon được tạo ra từ sự phân rã của radium.
4. Ứng dụng của khí trơ
Mặc dù ít khi tham gia phản ứng hóa học, nhóm khí trơ lại mang đến nhiều ứng dụng thiết thực trong đời sống và công nghiệp.
Heli, một loại khí nhẹ chỉ đứng sau Hidro, thường được sử dụng để bơm vào bóng bay, khinh khí cầu. Ngoài ra, Heli còn là thành phần không thể thiếu trong bình dưỡng khí của thợ lặn sâu bởi khả năng ngăn ngừa độc tính của khí N2 và CO2. Heli ở dạng lỏng được ứng dụng trong điều trị hen suyễn và các bệnh liên quan đến đường hô hấp. Bên cạnh đó, Heli còn có khả năng làm biến đổi giọng nói và ứng dụng trong công nghệ hàn kim loại.
Khí heli có trong thành phần bình khí thợ lặn
Neon, với ánh sáng màu cam đỏ đặc trưng, thường được sử dụng trong các biển hiệu quảng cáo. Loại khí này cũng được ứng dụng trong đèn chỉ thị điện cao thế. Kết hợp với Heli, Neon được sử dụng để tạo ra laser khí. Neon ở dạng lỏng được sử dụng như một chất làm lạnh trong công nghiệp. Ngoài ra, Neon còn được ứng dụng trong thu lôi, ống đo bước sóng và ống âm cực trong tivi.
Ứng dụng khí neon
Argon, với đặc tính ổn định ở nhiệt độ cao, được ứng dụng trong sản xuất bóng đèn dây tóc. Loại khí này cũng được sử dụng để tạo môi trường trơ trong công nghệ hàn kim loại. Argon còn được ứng dụng trong sản xuất titan, các nguyên tố hóa học khác và chất bán dẫn. Nghiên cứu về ứng dụng của Argon trong điều trị ung thư cũng đang được tiến hành.
Ứng dụng khí argon
Krypton được biết đến với ứng dụng trong việc chế tạo laser florua krypton.
Xenon được sử dụng để chế tạo đèn flash máy ảnh. Loại khí này cũng được ứng dụng như một tác nhân oxy hóa trong hóa phân tích và nghiên cứu tinh thể học protein. Mặc dù Xenon có tiềm năng ứng dụng như một chất gây mê toàn phần, nhưng do chi phí cao nên ít được sử dụng phổ biến. Trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân, Xenon được ứng dụng trong các thiết bị như máy dò, buồng bọt và những khu vực yêu cầu an toàn đặc biệt.
Ứng dụng khí xenon
Như vậy, có thể thấy mỗi loại khí trơ đều có những đặc tính riêng biệt và được ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau.
Khí trơ là nhóm nguyên tố đặc biệt với tính chất hóa học kém hoạt động. Tuy nhiên, chúng có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Mỗi loại khí trơ đều có những đặc tính riêng biệt và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất công nghiệp, y tế, đến nghiên cứu khoa học. Hy vọng những thông tin Văn Minh vừa chia sẻ sẽ có ích với bạn.
CÔNG TY TNHH VĂN MINH
Trụ sở chính: Số 55 Phùng Hưng – Hoàn Kiếm - Hà Nội
Liên hệ: (+84) 243 9271027 - 9271028 – 9272364
Fax: 043. 8284434
Email: sales-hn@vanminh.com.vn
Website: https://vanminh.com.vn/
Văn Minh chân thành cảm ơn và rất hân hạnh được phục vụ Quý Khách.
MỜI QUÝ KHÁCH XEM THÊM CÁC SẢN PHẨM KHÁC CỦA CHÚNG TÔI TẠI ĐÂY: