Khí trơ là gì? Khái niệm, tính chất và những ứng dụng nổi bật

Chu Văn An

Loại khí nào được gọi là khí trơ? Nó có những đặc tính tiêu biểu nào và ứng dụng gì là những thông tin hữu ích được LabvietCHEM chia sẻ dưới đây?

1. Khí trơ là gì?

Khí hiếm hay còn gọi là khí hiếm là một nhóm các nguyên tố hóa học nằm trong nhóm 18 của bảng tuần hoàn. Chúng được gọi là “hiếm” hoặc “trơ” vì nguyên tử của chúng có lớp vỏ electron bên ngoài bão hòa, khiến chúng rất khó tham gia vào các phản ứng hóa học để tạo thành hợp chất với các nguyên tố khác.

Nhóm khí hiếm bao gồm helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) và radon (Rn). Bản chất trơ của các loại khí này khiến chúng rất ổn định và khó tương tác với các chất khác. Vì vậy, nguồn cung cấp khí hiếm trên Trái đất là có hạn và không thể tái tạo được. Điều này đặt ra thách thức trong việc đảm bảo nguồn cung cấp khí hiếm cho các ứng dụng công nghiệp trong tương lai.

Tìm hiểu khí trơ là gì?

2. Khí trơ điển hình

Khí hiếm là các nguyên tố hóa học có trong khí quyển với tỷ lệ rất nhỏ, thường chỉ một phần triệu. Dưới đây là một số loại khí hiếm phổ biến cùng với các ứng dụng điển hình của chúng:

• Argon (Ar): Chiếm khoảng 0,93% trong khí quyển, argon được sử dụng rộng rãi trong ngành hàn để tạo môi trường trơ ​​bảo vệ mối hàn, ngoài ra còn được sử dụng trong lĩnh vực điện lạnh.
• Krypton (Kr): Với một lượng nhỏ trong khí quyển, krypton được biết đến với vai trò quan trọng trong việc sản xuất đèn huỳnh quang và tia laser.
• Xenon (Xe): Xenon cũng là một loại khí hiếm có trong khí quyển với lượng rất nhỏ. Nó được sử dụng để tạo ra ánh sáng trắng trong đèn xenon và có ứng dụng trong y học và nghiên cứu hạt nhân.
• Neon (Ne): Chiếm khoảng 18 ppm trong khí quyển, neon nổi tiếng với khả năng phát ra ánh sáng màu đỏ cam đặc trưng khi có dòng điện chạy qua nó. Vì vậy, đèn neon được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đèn quảng cáo.
• Helium (He): Với nồng độ khoảng 5 ppm trong khí quyển, helium là một loại khí nhẹ và trơ. Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như điện lạnh, y tế (ví dụ, hỗn hợp khí thở cho thợ lặn) và công nghiệp hàng không.
• Radon (Rn): Radon là một loại khí phóng xạ hiếm, được tạo ra từ sự phân rã của uranium và thorium trong đất và đá. Mặc dù có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu nhưng radon cũng được coi là chất phóng xạ có hại cho sức khỏe con người khi tiếp xúc lâu dài.

Các loại khí trơ hiện nay có tỷ lệ xuất hiện rất thấp trong khí quyển

3. Tính chất đặc trưng của khí trơ

Để nhận biết và nhận biết các loại khí trơ, người ta có thể dựa vào những tính chất đặc trưng của loại khí này. Theo đó, các tính chất điển hình được thể hiện như sau:

3.1 Đặc điểm chung

• Khí trơ là chất không mùi, không màu và không vị. Nếu đặt ở điều kiện tiêu chuẩn, khí trơ không bốc cháy và không cháy.
• Hầu hết các khí trơ sẽ không phản ứng với các nguyên tố khác trong điều kiện bình thường. Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt.
• Điểm sôi và điểm nóng chảy của khí trơ tương đối gần nhau. Vì vậy, chênh lệch nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy giữa các khí trơ không quá cao, trong khoảng 10 độ C.
• Khí trơ có thể chuyển sang trạng thái lỏng hoặc rắn trong môi trường đặc biệt. Nó thậm chí có thể biến đổi thành nhiều màu sắc khác nhau.
• Khí trơ có khả năng trao đổi oxy hóa gần như bằng 0, đồng thời có năng lượng ion hóa khá cao.

3.2 Tính chất riêng của 6 khí hiếm

Khí trơ có những tính chất chung và mỗi loại khí trơ có những tính chất riêng

4. Tác dụng của khí trơ

Khí trơ trên thực tế có nhiều tác dụng và ứng dụng hữu ích. Theo đó, mỗi loại khí trơ sẽ mang lại những tác dụng cụ thể sau:

4.1 Ứng dụng của khí Heli

Trong lĩnh vực hàng không:

• Thổi bong bóng và khinh khí cầu: Helium nhẹ hơn không khí nên giúp các vật thể này bay được.

Trong lĩnh vực y tế:

• Bình oxy cho thợ lặn: Helium giúp ngăn ngừa ngộ độc nitơ và carbon dioxide.
• Điều trị các bệnh về đường hô hấp: Heli lỏng được dùng để điều trị một số bệnh về đường hô hấp như hen suyễn.

Trong công nghiệp:

• Hàn kim loại: Helium tạo ra môi trường trơ, bảo vệ mối hàn và người thợ khỏi tác hại của nhiệt độ cao và tia lửa điện.

Khí heli giúp khinh khí cầu bay

4.2 Ứng dụng của khí Neon

Chiếu sáng:

• Đèn quảng cáo: Đèn đặc trưng của Neon thường được sử dụng để tạo nên những bảng hiệu quảng cáo bắt mắt và nổi bật.
• Đèn báo: Neon được sử dụng làm đèn báo điện áp cao.

Công nghệ laze:

• Laser khí: Neon kết hợp với các loại khí khác để tạo ra tia laser có nhiều ứng dụng công nghiệp và khoa học.

Ngành điện lạnh:

• Chất làm lạnh: Neon lỏng được sử dụng làm chất làm lạnh hiệu quả trong nhiều quy trình công nghiệp.

Các ứng dụng khác:

• Thiết bị điện tử: Neon được sử dụng trong các ống đo bước sóng, ống âm cực trong tivi và các thiết bị điện tử khác.

4.3 Ứng dụng của khí Argon

• Trong chiếu sáng: Argon được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bóng đèn dây tóc. Tính trơ của loại khí này giúp bảo vệ dây tóc vonfram khỏi bị oxy hóa, kéo dài tuổi thọ của bóng đèn.
• Trong hàn: Argon tạo môi trường trơ ​​trong quá trình hàn, bảo vệ mối hàn khỏi bị nhiễm bẩn và đảm bảo chất lượng mối hàn.
• Trong công nghiệp: Argon được dùng làm khí bảo vệ trong sản xuất các kim loại có hoạt tính cao như titan và chất bán dẫn.
• Trong y học: Argon đang được nghiên cứu ứng dụng trong điều trị ung thư nhờ những đặc tính lý hóa độc đáo.

4.4 Ứng dụng khí Krypton

Krypton, mặc dù không phổ biến như các loại khí hiếm khác, nhưng lại đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ laser. Đặc biệt, Krypton là thành phần không thể thiếu trong việc chế tạo tia laser Krypton fluoride. Ứng dụng này mang đến những đột phá đáng kể cho lĩnh vực laser, mở ra nhiều triển vọng mới cho công nghệ này.

4.5 Ứng dụng khí Xenon

• Trong nhiếp ảnh: Xenon được dùng làm nguồn sáng trong đèn flash của máy ảnh, tạo ra ánh sáng mạnh và ổn định.
• Trong hóa học: Khí này đóng vai trò quan trọng trong phân tích hóa học, đặc biệt là nghiên cứu cấu trúc protein.
• Trong y học: Xenon được sử dụng làm thuốc gây mê hiệu quả nhưng việc ứng dụng rộng rãi còn hạn chế do giá thành cao.
• Trong năng lượng hạt nhân: Xenon có một số ứng dụng đặc biệt trong các thiết bị và môi trường liên quan đến năng lượng hạt nhân.

4.6 Ứng dụng của khí Radon

Radon là loại khí hiếm có ứng dụng đặc biệt trong quá trình xạ trị nhằm kiểm soát và tiêu diệt tế bào ung thư… Nhờ đó, người mắc bệnh ung thư sẽ có nhiều cơ hội điều trị để kéo dài sự sống.

Khí radon rất hiếm và được sử dụng trong xạ trị y tế

Mặc dù nguồn cung cấp khí trơ ngày càng hạn chế nhưng các loại khí hiếm này vẫn đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Chúng ta đã có thể tìm hiểu thêm về những ứng dụng đa dạng và ý nghĩa của khí trơ qua bài viết chi tiết của LabTrường Lê Hồng Phong. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của khí hiếm và những thách thức mà chúng ta đang phải đối mặt.