KHÍ TRƠ: ĐẶC ĐIỂM VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC

Các khí trơ , còn được gọi là khí hiếm hoặc quý tộc, là những người không có phản ứng đáng kể. Từ 'trơ' có nghĩa là các nguyên tử của những khí này không có khả năng tạo thành một số lượng đáng kể các hợp chất, và một số trong số chúng, như heli, hoàn toàn không phản ứng.

Do đó, trong không gian bị chiếm giữ bởi các nguyên tử khí trơ, những nguyên tử này sẽ phản ứng với các nguyên tử rất cụ thể, bất kể điều kiện áp suất hoặc nhiệt độ mà chúng phải chịu. Trong bảng tuần hoàn, họ soạn nhóm VIIIA hoặc 18, được gọi là nhóm khí quý.

Nguồn: Bằng hình ảnh độ phân giải cao của các nguyên tố hóa học (http://images-of-elements.com/xenon.php), qua Wikimedia Commons

Hình trên tương ứng với một bóng đèn chứa đầy xenon được kích thích bằng dòng điện. Mỗi loại khí quý đều có thể tỏa sáng với màu sắc riêng của nó thông qua tác động của dòng điện.

Khí trơ có thể được tìm thấy trong khí quyển, mặc dù với tỷ lệ khác nhau. Ví dụ, Argon có nồng độ 0,93% trong không khí, trong khi neon là 0,0015%. Các khí trơ khác phát ra từ mặt trời và đến trái đất, hoặc được tạo ra trong nền đá của nó, được coi là sản phẩm phóng xạ.

Đặc tính khí trơ

Các khí trơ thay đổi tùy thuộc vào các ô nguyên tử của chúng. Tuy nhiên, tất cả đều có một loạt các đặc điểm được xác định bởi cấu trúc điện tử của nguyên tử của chúng.

Lớp Valencia đầy đủ

Chuyển động qua bất kỳ chu kỳ nào của bảng tuần hoàn từ trái sang phải, các electron chiếm các obitan có sẵn cho lớp vỏ điện tử n. Khi các obitan s đã được lấp đầy, tiếp theo là các obitan d (từ chu kỳ thứ tư) và sau đó là các obitan p.

Khối p được đặc trưng bởi có cấu hình điện tử nsnp, tạo ra số lượng tối đa là tám electron, được gọi là octet hóa trị, ns ² np ⁶ . Các nguyên tố thể hiện lớp hoàn toàn đầy này nằm ở cực bên phải của bảng tuần hoàn: các nguyên tố thuộc nhóm 18, nguyên tố của các khí quý.

Do đó, tất cả các khí trơ đều có vỏ hóa trị hoàn toàn với cấu hình ns ² np ⁶ . Do đó, thay đổi số n mỗi khí trơ thu được.

Ngoại lệ duy nhất cho đặc tính này là heli, có n = 1 và do đó thiếu obitan p cho mức năng lượng đó. Do đó, cấu hình electron của heli là 1s ² và nó không có một octet hóa trị, mà có hai electron.

Họ tương tác bởi các lực lượng của London

Các nguyên tử khí cao quý có thể được hình dung như những khối cầu cô lập với rất ít xu hướng phản ứng. Bằng cách lấp đầy các lớp vỏ hóa trị của chúng, chúng không cần nhận electron để tạo liên kết, và chúng cũng có sự phân bố điện tử đồng nhất. Do đó, chúng không hình thành liên kết hoặc giữa chúng với nhau (không giống như oxy, O ₂ , O = O).

Là nguyên tử, chúng không thể tương tác với nhau thông qua lực lưỡng cực-lưỡng cực. Vì vậy, lực duy nhất có thể tạm thời giữ hai nguyên tử khí trơ lại với nhau là lực London hoặc lực tán xạ.

Điều này là do, ngay cả khi là những hình cầu có sự phân bố điện tử đồng nhất, các điện tử của chúng có thể bắt nguồn từ các lưỡng cực tức thời rất ngắn; đủ để phân cực một nguyên tử khí trơ lân cận. Do đó, hai nguyên tử B hút nhau và trong một thời gian rất ngắn chúng tạo thành một cặp BB (không phải liên kết BB).

Điểm nóng chảy và sôi rất thấp

Do lực London yếu giữ các nguyên tử của chúng lại với nhau, chúng hầu như không thể tương tác để hiển thị dưới dạng khí không màu. Để ngưng tụ thành pha lỏng, chúng yêu cầu nhiệt độ rất thấp, do đó buộc các nguyên tử của chúng "chậm lại" và tương tác BBB kéo dài hơn.

Điều này cũng có thể đạt được bằng cách tăng áp suất. Bằng cách này, nó buộc các nguyên tử của nó va chạm với nhau ở tốc độ cao hơn, buộc chúng ngưng tụ thành chất lỏng với những đặc tính rất thú vị.

Nếu áp suất rất cao (gấp hàng chục lần so với khí quyển) và nhiệt độ rất thấp, các khí quý thậm chí có thể đi vào pha rắn. Như vậy, khí trơ có thể tồn tại ở 3 pha chính của vật chất (rắn-lỏng-khí). Tuy nhiên, điều kiện cần cho nhu cầu này đòi hỏi công nghệ và phương pháp.

Năng lượng ion hóa

Khí quý có năng lượng ion hóa rất cao; cao nhất của tất cả các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Tại sao? Vì lý do của tính năng đầu tiên của nó: một lớp hóa trị đầy đủ.

Bằng cách có octet hóa trị ns ² np ⁶ , việc loại bỏ một điện tử khỏi quỹ đạo p và trở thành một ion B ⁺ với cấu hình điện tử ns ² np ⁵ , cần rất nhiều năng lượng. Đến mức năng lượng ion hóa thứ nhất I ¹ đối với các khí này có giá trị vượt quá 1000 kJ / mol.

Liên kết mạnh mẽ

Không phải tất cả các khí trơ đều thuộc nhóm 18 của bảng tuần hoàn. Một số trong số chúng chỉ đơn giản là hình thành các liên kết đủ mạnh và ổn định mà chúng không thể dễ dàng bị phá vỡ. Hai phân tử tạo khung cho loại khí trơ này: khí nitơ, N ₂ và khí cacbonic, CO ₂ .

Nitơ có đặc điểm là có một liên kết ba rất bền, N≡N, không thể bị phá vỡ nếu không có điều kiện năng lượng cực lớn; ví dụ, những thứ được kích hoạt bởi sét. Trong khi CO ₂ có hai liên kết đôi, O = C = O, và là sản phẩm của tất cả các phản ứng đốt cháy với oxy dư.

Ví dụ về khí trơ

Heli

Được ký hiệu bằng các chữ cái He, nó là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ sau hydro. Nó tạo thành khối lượng bằng 1/5 các ngôi sao và mặt trời.

Trên Trái đất, nó có thể được tìm thấy trong các hồ chứa khí đốt tự nhiên, nằm ở Hoa Kỳ và Đông Âu.

Neon, argon, krypton, xenon, radon

Các khí quý còn lại trong nhóm 18 là Ne, Ar, Kr, Xe và Rn.

Trong số đó, argon có nhiều nhất trong vỏ trái đất (0,93% không khí chúng ta hít thở là argon), trong khi radon cho đến nay là hiếm nhất, là sản phẩm của sự phân rã phóng xạ của uranium và thorium. Do đó, nó được tìm thấy ở nhiều địa hình khác nhau với các nguyên tố phóng xạ này, ngay cả khi chúng được tìm thấy sâu dưới lòng đất.

Bởi vì những nguyên tố này là trơ, chúng rất hữu ích để chuyển oxy và nước khỏi môi trường; để đảm bảo rằng chúng không can thiệp vào một số phản ứng nhất định mà chúng làm thay đổi sản phẩm cuối cùng. Argon tìm thấy rất nhiều công dụng cho mục đích này.

Chúng cũng được sử dụng làm nguồn sáng (đèn neon, đèn xe, đèn chiếu sáng, tia laser, v.v.).

Người giới thiệu

Cynthia Shonberg. (2018). Khí trơ: Định nghĩa, Các loại & Ví dụ. Phục hồi từ: study.com
Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. Trong các phần tử của nhóm 18. (xuất bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Learning, tr 879-881.
Wikipedia. (2018). Khí trơ. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
Brian L. Smith. (Năm 1962). Khí trơ: Nguyên tử lý tưởng để nghiên cứu. . Lấy từ: caltaries.library.caltech.edu
Giáo sư Patricia Shapley. (2011). Khí trơ. Đại học Illinois. Được khôi phục từ: butane.chem.uiuc.edu
Nhóm Bodner. (sf). Hóa học của khí hiếm. Đã khôi phục từ: chemed.chem.purdue.edu

KHÍ TRƠ: ĐẶC ĐIỂM VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026