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

Khí trơ được biết đến là loại khí gì? Nó có những tính chất đặc trưng nào và những ứng dụng những thông tin hữu ích được LabVIETCHEM chia sẻ sau đây. 

1. Khí trơ là gì?

Khí hiếm, hay còn gọi là khí trơ, là nhóm các nguyên tố hóa học nằm ở nhóm 18 của bảng tuần hoàn. Chúng được gọi là "hiếm" hay "trơ" bởi vì các nguyên tử của chúng có lớp electron ngoài cùng đã 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 heli (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) và radon (Rn). Tính chất trơ của các khí này khiến chúng rất ổn định và khó tương tác với các chất khác. Chính vì vậy, nguồn cung cấp khí hiếm trên Trái Đất là có hạn và không thể tái tạo. 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 về khí trơ là gì?

2. Các loại khí trơ điển hình

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

• Argon (Ar): Chiếm khoảng 0,93% khí quyển, argon được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàn để tạo môi trường trơ bảo vệ mối hàn, đồng thời cũng được ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh.
• Krypton (Kr): Với lượng nhỏ có trong khí quyển, krypton được biết đến với vai trò quan trọng trong sản xuất đèn huỳnh quang và laser.
• Xenon (Xe): Xenon cũng là một khí hiếm có mặt trong khí quyển với lượng rất nhỏ. Nó được sử dụng để tạo ra ánh sáng trắng sáng trong các loại đèn xenon, đồng thời có ứng dụng trong y tế 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 dòng điện chạy qua. Chính vì vậy, neon được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đèn quảng cáo.
• Helium (He): Với tỷ lệ khoảng 5 ppm trong khí quyển, helium là một khí nhẹ và trơ. Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như làm lạnh, y tế (ví dụ: hỗn hợp khí thở cho thợ lặn), và công nghiệp hàng không.
• Radon (Rn): Radon là một khí hiếm phóng xạ, được sinh ra từ quá trình phân rã của uranium và thorium trong đất đá. Mặc dù có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu, radon cũng được xem là một chất phóng xạ gây hại cho sức khỏe con người nếu tiếp xúc lâu dài.

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

3. Tính chất đặc trưng của khí trơ 

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

3.1 Đặc điểm chung

• Khí trơ không mùi, không màu, không vị. Nếu đặt ở điều kiện tiêu chuẩn, khí trơ không bắt lửa và cũng không cháy. 
• Hầu hết các loại khí trơ sẽ không phản ứng với các nguyên tố khác trong điều kiện thường. Ngoại trừ trong một số trường hợp đặc biệt.
• Điểm sôi và nóng chảy của các khí trơ tương đối gần nhau. Vì vậy, mức chênh lệch điểm sôi và nóng chảy giữa các khí trơ không quá cao, nằm trong khoảng 10 độ C. 
• Khí trơ có thể chuyển sang trạng thái lỏng hoặc rắn trong môi trường đặc biệt. Thậm chí, có thể biến chuyển thành các màu sắc khác nhau.
• Khí trơ có khả năng trao đổi oxy hoá gần như bằng 0, trong khi đó lại có năng lượng ion hoá khá cao. 

3.2 Tính chất riêng của 6 khí hiếm 

Khí trơ có những đặc tính chung và mỗi loại khí trơ lại có những đặc tính riêng biệt

4. Tác dụng của khí trơ 

Khí trơ trong thực tế có rất nhiều tác dụng và ứng dụng hữu ích. Theo đó, từng loại khí trơ sẽ mang đến những tác dụng cụ thể sau đây:

4.1 Ứng dụng của khí Heli

Trong lĩnh vực hàng không:

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

Trong lĩnh vực y tế:

• Bình dưỡng khí cho thợ lặn: Helium giúp ngăn ngừa tình trạng ngộ độc khí nitrogen và carbon dioxide.
• Điều trị bệnh hô hấp: Helium lỏng được sử dụng trong điều trị một số bệnh về đường hô hấp như hen suyễn.

Trong công nghiệp:

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

Khí heli giúp khinh khí cầu bay lên

4.2 Ứng dụng của khí Neon

Chiếu sáng:

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

Công nghệ laser:

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

Công nghiệp 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 ứng 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 khí này giúp bảo vệ dây tóc vonfram khỏi bị oxi hóa, kéo dài tuổi thọ của bóng đèn.
• Trong hàn: Argon tạo ra môi trường trơ trong quá trình hàn, bảo vệ mối hàn khỏi sự ô nhiễm 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 các chất bán dẫn.
• Trong y tế: Argon đang được nghiên cứu để ứng dụng trong điều trị ung thư nhờ những đặc tính vật lý và hóa học độc đáo của nó.

4.4 Ứng dụng khí Krypton

Krypton, mặc dù không phổ biến rộng rãi như các khí hiếm khác, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ laser. Đặc biệt, Krypton là thành phần không thể thiếu trong việc chế tạo laser florua Krypton. 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 của khí Xenon 

• Trong nhiếp ảnh: Xenon được sử dụng làm nguồn sáng trong các đèn flash của máy ảnh, tạo ra ánh sáng mạnh và ổn định.
• Trong hóa học: Khí này đóng vai trò quan trọng trong các phân tích hóa học, đặc biệt là trong nghiên cứu cấu trúc protein.
• Trong y tế: Xenon được sử dụng như một chất gây mê hiệu quả, tuy nhiên việc ứng dụng rộng rãi còn hạn chế do chi phí 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 khí hiếm có ứng dụng đặc biệt trong quá trình xạ trị kiểm soát và tiêu diệt những tế bào ung thư,...Nhờ vậy, người mắc bệnh ung thư sẽ có thêm cơ hội điều trị để kéo dài sự sống. 

Khí Radon hiếm được ứng dụng trong quá trình xạ trị y học

Mặc dù nguồn cung khí trơ ngày càng hạn hẹp, các khí hiếm này vẫn giữ vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Chúng ta đã có thể tìm hiểu sâu hơn về những ứng dụng đa dạng và ý nghĩa của khí trơ thông qua bài viết chi tiết của LabVIETCHEM. Mong rằng qua bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của các khí hiếm và những thách thức mà chúng ta đang phải đối mặt.