Khí hiếm là gì? Trong bảng tuần hoàn hóa học khí hiếm nằm ở nhóm nào?

Khí hiếm là các nguyên tố hóa học trơ về mặt phản ứng hóa học, vì vậy nó không tạo phản ứng trong môi trường thường. Khí hiếm có trữ lượng rất ít trong tự nhiên, nhưng nó có thể được điều chế để ứng dụng vào cuộc sống và sản xuất. Tìm hiểu kỹ hơn về các loại khí hiếm hiện nay. Trả lời câu hỏi: Trong bảng tuần hoàn hóa học khí hiếm nằm ở nhóm nào? Bỏ túi thông tin bổ ích với chia sẻ đến từ Admin trong bài viết này các em nhé!

Khí hiếm hay còn gọi là khí trơ hoặc khí quý là các khí tự nhiên trong khí quyển có tỉ lệ rất thấp, thường ít hơn 0,1 ppm (phần triệu) hoặc 0,00001% về khối lượng của khí quyển. Chúng thường được tìm thấy ở dạng đơn chất và không phản ứng với các nguyên tố khác hoặc phản ứng rất ít với chúng. Các khí hiếm thường bao gồm He, Ne, Ar, Kr, Xe và Ra.

Khí hiếm là gì?

Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm sử dụng làm khí bảo vệ trong hàn, sử dụng trong đèn huỳnh quang, sử dụng trong các thiết bị laser, sử dụng trong các nghiên cứu khoa học và sử dụng trong ngành y tế. Chẳng hạn như việc sử dụng helium để làm mát cho từng bộ phận máy MRI (các khối lượng lớn của heli được dùng trong các lò phản ứng hạt nhân để làm tăng áp suất và nhiệt độ). Do đó, việc khai thác, sản xuất và sử dụng các khí hiếm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

Trong bảng tuần hoàn hóa học, các khí hiếm nằm ở nhóm 18 (theo chiều từ trái sang phải của bảng tuần hoàn), tương đương với nhóm VIIIA. Nhóm này còn được gọi là nhóm của các khí hiếm hay nhóm khí nguyên tử đơn chất. . Các nguyên tố trong nhóm 18 đều là khí ở điều kiện phòng thí nghiệm và có cấu trúc electron ngoài cùng bao gồm 8 electron, ngoại trừ helium (He) có chỉ 2 electron. Vì các khí hiếm có tính chất hóa học rất ổn định, chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và khoa học.

Trong bảng tuần hoàn hóa học khí hiếm nằm ở nhóm 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 là Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn) và Oganesson (Og).

Nhóm khí hiếm gồm có những nguyên tố hóa học nào?

Các khí hiếm được phát hiện khá muộn do mức độ hoạt động hóa học thấp. Khí Helium được phát hiện vào năm 1868 bởi người Anh Jules Janssen và nhà khoa học người Anh Joseph Norman Lockyer thông qua quan sát quang phổ mặt trời. Sau đó, các khí hiếm khác như Neon được phát hiện vào năm 1898, Argon vào năm 1894, Krypton và Xenon vào năm 1898, Radon vào năm 1900 và Oganesson vào năm 2006.

Khí hiếm mang những đặc điểm được Admin tổng hợp ngắn gọn trong bảng thông tin dưới đây như sau:

Tên khí hiếm	Ký hiệu hóa học	Số hiệu nguyên tử	Cấu hình electron	Nhiệt độ sôi (Độ C)	Nhiệt độ nóng chảy (độ C)
Helium	He	2	$1 s^{2}$	− 268,83	– 272,00
Neon	Ne	10	$1 s^{2} 2 s^{2} 2 p^{6}$	− 245,92	− 248,52
Argon	Ar	18	$[N e] 3 s^{2} 3 p^{6}$	− 185,81	− 189,60
Krypton	Kr	36	$[A r] 3 d^{10} 4 s^{2} 4 p^{6}$	− 151,70	− 157,00
Xenon	Xe	54	$[K r] 4 d^{10} 5 s^{2} 5 p^{6}$	− 106,60	− 111,50
Radon	Rn	86	$[X e] 4 f^{14} 5 d^{10} 6 s^{2} 6 p^{6}$	− 62,00	− 71,00

Từ cấu hình electron các em có thể thấy được rằng, lớp ngoài cùng của các nguyên tố khí hiếm luôn có đầy đủ 8 electron. Tuy nhiên, Helium lại là trường hợp đặc biệt khi lớp ngoài cùng chỉ có 2 electron. Cấu tạo electron của các nguyên tố khí hiếm là bền vững bởi chúng không có khuynh hướng nhận thêm hoặc bớt electron. Vì vậy mà lớp ngoài cùng luôn có cấu tạo 8 electron khiến chúng có khả năng hoạt động hóa học yếu, trơ về mặt phản ứng hóa học. Tuy nhiên, ở điều kiện đặc biệt thì khí hiếm vẫn có thể tạo ra các phản ứng hóa học.

Cấu hình electron của các khí hiếm

Các nguyên tố khí hiếm có tương tác nội phân tử rất yếu, dẫn đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy thấp. Chênh lệch nhiệt độ giữa trạng thái rắn và lỏng cũng không lớn, chỉ khoảng 10 độ C. Vì vậy, trong điều kiện thông thường, các nguyên tố này tự nhiên tồn tại dưới dạng khí, ngay cả khi khối lượng nguyên tử của chúng lớn hơn nhiều so với các chất rắn khác như sắt (56) và đồng (64).

Radon là nguyên tố khí hiếm được tạo ra trong chuỗi phân rã của Uranium
Helium là khí hiếm tồn tại trong bầu khí quyển tự nhiên hoặc trong các mỏ khoáng chứa Thori, Urani,...
Khí hiếm Neon, Argon, Krypton và Xenon đều tồn tại trong bầu khí quyển của trái đất. Có thể tách chúng ra khỏi bầu khí quyển bằng cách hóa lỏng không khí và chưng cất phân đoạn.

Các nguyên tố khí hiếm trong bảng tuần hoàn hóa học mặc dù trơ về mặt phản ứng hóa học, nhưng chúng được đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất của con người. Mỗi nguyên tố khí hiếm sẽ có những ứng dụng cụ thể khác nhau. Admin sẽ cung cấp kiến thức chi tiết dưới đây:

Ứng dụng của khí Heli

Helium là một nguyên tố khí hiếm nhẹ, chỉ năng hơn khí Hydrogen, vì vậy mà nó được đưa vào ứng dụng trong:

Ứng dụng của khí Heli

Dùng khí Helium để thổi bóng bay giúp bóng bay bay lên hoặc ứng dụng vào làm nhiên liệu đốt giúp khinh khí cầu có thể bay lên không trung dễ dàng.
Khí Helium được đưa vào sử dụng trong bình dưỡng khí của thợ lặn sâu dưới biển. Ứng dụng này có tác dụng ngăn ngừa khí độc $N_{2}$ , $C O_{2}$ có thể tràn vào bình thở của người thợ lặn khiến họ bị ngộ độc, ngạt thở.
Khí Helium ở dạng lỏng được đưa vào ứng dụng trong việc điều trị bệnh hen suyễn và các bệnh lý có liên quan đến đường hô hấp ở con người.
Khí Helium có thể làm biến đổi giọng nói của người nói khi được hít vào, tạo ra hiệu ứng giọng nói bình thường không giống với bình thường.
Helium còn được sử dụng như một lớp bảo vệ trong quá trình hàn kim loại để ngăn chặn khí oxygen và khí nitrogen gây ra các tác hại cho quá trình hàn.

Ứng dụng của khí Neon

Khí Neon được đưa vào ứng dụng rất nhiều trong đời sống và sản xuất của con người. Tiêu biểu như:

Ứng dụng của khí Neon

Kỹ thuật điện: Khí Neon được sử dụng làm một trong những khí làm mát chính trong các ống kính máy ảnh, đèn flash, các loại đèn quảng cáo neon và các thiết bị điện tử khác.
Công nghiệp: Khí Neon được sử dụng để làm sạch các thiết bị điện tử, đèn màn hình plasma và bảng hiệu, và cũng được sử dụng trong quá trình hàn kim loại để ngăn chặn oxi hóa.
Y tế: Khí Neon được sử dụng trong hình ảnh học y tế, trong đó nó được sử dụng làm chất trợ giúp để tạo ra các hình ảnh bóng đen trong MRI và CT.
Khoa học: Khí Neon cũng được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong việc nghiên cứu quang phổ, vật liệu và trong các thiết bị đo lường chính xác.
Giải trí: Khí Neon được sử dụng để tạo ra ánh sáng đỏ sáng rực rỡ trong các loại đèn neon và các biểu tượng quảng cáo khác. Nó cũng được sử dụng để tạo ra ánh sáng trong các bữa tiệc và sự kiện giải trí.

Ứng dụng của khí Argon

Khí Argon được đưa vào ứng dụng trong các lĩnh vực sản xuất, đời sống con người như sau:

Ứng dụng của khí Argon

Khí Argon được sử dụng trong quá trình hàn kim loại để ngăn chặn oxi hóa và giảm thiểu sự phát tán của các hạt kim loại nóng chảy.
Khí Argon được sử dụng để bảo vệ các mạch điện tử và ngăn chặn oxi hóa của các bề mặt kim loại trong các thiết bị điện tử.
Khí Argon được sử dụng để làm lạnh các thiết bị y tế, giảm đau và tê liệt, và cũng được sử dụng trong phẫu thuật.
Khí Argon được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong việc nghiên cứu vật liệu và các thiết bị đo lường chính xác.
Khí Argon được sử dụng để tạo ra ánh sáng trong các đèn trang trí, đèn sân khấu và ánh sáng laser.
Khí Argon được sử dụng trong quá trình đóng gói thực phẩm để giảm thiểu sự phát triển của vi khuẩn và chất oxi hóa, kéo dài tuổi thọ của thực phẩm.
Khí Argon được sử dụng trong việc nghiên cứu dầu khí để đo lường sự thấm dầu của các đá phiến.

Ứng dụng của khí Krypton

Khí Krypton có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

Ứng dụng của khí Krypton

Krypton được sử dụng để tạo ra ánh sáng trong các đèn cao áp, đèn halogen và đèn phát sáng neon.
Krypton được sử dụng trong quá trình hàn và cắt kim loại, nơi nó có thể giảm thiểu sự phát tán của các hạt kim loại nóng chảy và ngăn chặn oxi hóa.
Khí Krypton được sử dụng trong phẫu thuật mắt để giảm đau và tê liệt, và cũng được sử dụng trong điều trị tăng huyết áp.
Khí hiếm Krypton được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong việc nghiên cứu vật liệu và các thiết bị đo lường chính xác.
Khí Krypton được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để làm mát các thiết bị nhạy cảm và giảm độ rung của chúng.
Krypton được sử dụng trong việc nghiên cứu dầu khí để đo lường sự thấm dầu của các đá phiến và khai thác dầu mỏ.
Nguyên tố khí hiếm Krypton cũng được sử dụng trong các hệ thống trợ lực tàu vũ trụ để cung cấp áp suất để duy trì hệ thống sưởi ấm và làm mát cho các thiết bị vũ trụ.

Ứng dụng của khí Xenon

Khí hiếm Xenon được đưa vào ứng dụng như sau:

Ứng dụng của khí Xenon

Xenon được sử dụng để tạo ra ánh sáng trong các đèn xenon, đèn sân khấu, đèn ô tô và các đèn cao áp khác.
Khí Xenon được sử dụng trong các phẫu thuật để tạo ra hiệu ứng gây mê, giảm đau và tê liệt.
Khí hiếm Xenon được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong việc nghiên cứu cấu trúc phân tử và các phản ứng hóa học.
Khí Xenon được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để làm mát các thiết bị nhạy cảm và giảm độ rung của chúng.
Nguyên tố khí hiếm Xenon được sử dụng trong việc nghiên cứu dầu khí để đo lường sự thấm dầu của các đá phiến và khai thác dầu mỏ.
Khí hiếm Xenon được sử dụng trong quá trình hàn và cắt kim loại, nơi nó có thể giảm thiểu sự phát tán của các hạt kim loại nóng chảy và ngăn chặn oxi hóa.
Khí Xenon cũng được sử dụng trong các hệ thống động cơ tàu vũ trụ và các hệ thống trợ lực tàu vũ trụ.

Ứng dụng của khí Radon

Khí hiếm Radon cũng được con người khai thác để đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống sản xuất. Tiêu biểu như:

Ứng dụng của khí Radon

Kiểm tra độ an toàn của môi trường sống: Radon là một chất gây ung thư và thường xuất hiện trong không khí bên trong nhà ở. Do đó, việc đo lường nồng độ Radon trong nhà cửa và tòa nhà là rất quan trọng để đảm bảo sức khỏe của con người.
Trị liệu ung thư: Radon được sử dụng trong điều trị ung thư với một số loại liều phóng xạ đặc biệt.
Các ứng dụng trong nghiên cứu vật liệu và khoa học: Radon có thể được sử dụng để đo lường các tính chất của các chất rắn, vật liệu và kim loại.
Các ứng dụng trong khoan dầu và khai thác mỏ: Radon có thể được sử dụng để đánh giá mức độ thấm dầu và khí của các lớp đá và giúp cải thiện khai thác dầu khí.
Các ứng dụng trong bảo vệ bức xạ: Radon có thể được sử dụng để giảm thiểu tác động của bức xạ trong một số ngành công nghiệp như sản xuất điện hạt nhân.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng Radon là một chất phóng xạ và có thể gây hại cho sức khỏe nếu được tiếp xúc quá nhiều hoặc không được kiểm soát cẩn thận.

Như vậy, bài viết trên Admin đã cung cấp cho các em kiến thức bổ ích về khí hiếm. Đặc biệt các em đã có thể lý giải được “trong bảng tuần hoàn hóa học khí hiếm nằm ở nhóm nào?” Bên cạnh đó, các em còn nắm được ứng dụng của các loại khí hiếm trong đời sống, sản xuất hiện nay.