Nhóm Khí hiếm, Xenon (Xe), Krypton (Kr)

Chia sẻ: Dao Huong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

437
lượt xem 79
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khí hiếm hay khí quý hoặc khí trơ : là nhóm các nguyên tố hóa học trong nhóm nguyên tố 18, (trước đây gọi là nhóm 0) trong bảng tuần hoàn. Chuỗi nguyên tố hóa học này chứa heli, neon, agon, krypton, xenon, radon và ununocti (nguyên tố cuối cùng này hiện tại vẫn chưa được đặt tên chính thức - xem dưới đây). Khí hiếm trước đây được gọi là khí trơ, nhưng thuật ngữ này không chính xác một cách chặt chẽ do một số trong các nguyên tố này cũng tham gia vào một số phản ứng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nhóm Khí hiếm, Xenon (Xe), Krypton (Kr)

Nhóm Khí hiếm, Xenon (Xe), Krypton (Kr) Khí hiếm hay khí quý hoặc khí trơ : là nhóm các nguyên tố hóa học trong nhóm nguyên tố 18, (trước đây gọi là nhóm 0) trong bảng tuần hoàn. Chuỗi nguyên tố hóa học này chứa heli, neon, agon, krypton, xenon, radon và ununocti (nguyên tố cuối cùng này hiện tại vẫn chưa được đặt tên chính thức - xem dưới đây). Khí hiếm trước đây được gọi là khí trơ, nhưng thuật ngữ này không chính xác một cách chặt chẽ do một số trong các nguyên tố này cũng tham gia vào một số phản ứng hóa học. Thuật ngữ khí hiếm cũng là một tên gọi cũ, mặc dù trên thực tế agon tạo thành một phần đáng kể (0,93% theo thể tích hay 1,29% theo khối lượng) của khí quyển Trái Đất. Tên gọi khí quý có lẽ là có liên quan tới các kim loại quý kém hoạt động hóa học, chúng được gọi như thế là do sự quý báu, khả năng chống ăn mòn cao và có một sự gắn kết lâu dài với tầng lớp quý tộc, nhưng các khí quý thì không thấy có liên quan gì đến các yếu tố đã nói như kim loại quý, ngoại trừ một số trong chúng là đắt tiền. Như vậy, trên thực tế cả ba tên gọi đều không thực sự chặt chẽ và không phản ánh đầy đủ các tính chất hóa-lý hay lịch sử của nhóm các nguyên tố này. Do độ hoạt động hóa học cực kỳ yếu của chúng, các khí hiếm đã không được phát hiện cho đến tận năm 1868, khi heli được phát hiện ra trong quang phổ của Mặt Trời. Trên Trái Đất, mãi đến năm 1895 thì người ta mới cô lập được heli. Các khí hiếm có các lực tương tác nội nguyên tử cực kỳ yếu, kết quả là chúng có điểm nóng chảy và điểm sôi rất thấp. Điều này giải thích tại sao tất cả chúng đều ở dạng khí trong các điều kiện bình thường, thậm chí ngay cả các nguyên tố có nguyên tử lượng lớn hơn so với nhiều chất rắn thông thường khác. Bảng tuần hoàn chứa một ô trống phía dưới radon, với số nguyên tử bằng 118. Điều này gián tiếp chỉ ra sự tồn tại, mặc dù có thể chu kỳ tồn tại rất ngắn, của một nguyên tố khí hiếm vẫn chưa được phát hiện ra, mà hiện nay người ta tạm thời đặt tên là ununocti. Mặc dù các khí hiếm nói chung là không hoạt động hóa học, nhưng trong một số điều kiện cụ thể thì chúng vẫn tạo ra các hợp chất (hợp chất của khí hiếm). 1. Thuộc tính vật lý Số nguyên Tên nguyên Tỷ Nguyên tử Điểm nóng chảy Điểm sôi tử tố trọng lượng (°C) (°C)
2 Heli 0,1786 4,0 00 −272,00 0 −268,83 10 Neon 0,9002 20,,20 −248,52 2 −245,92 18 Agonn 1,7818 39,,90 −189,60 0 −185,81 36 Kryptton 3,708 82,,92 −157,00 0 −151,70 54 Xenon 5,851 1300,20 −111,50 0 −106,60 86 Radonn 9,970 2222,40 −71,00 −62,00 118 Ununnocti ch hưa chư biết ưa ết chưa biế t chưa biết bi iết Krypton (Kr) n Krypton là m nguyên tố hóa học có ký hiệu Kr và số ng K một guyên tử bằằng 36 Là một k hiếm không màu, k 6. khí krypton có m trong kh quyển Tr mặt hí rái Đất dướ dạng dấu vết và được cô lập bằn cách chư cất phân đoạn khôn khí lỏng và ới c ng ưng n ng g, nó thườn được sử dụng cùng các khí hiế khác tron các đèn huỳnh quan Krypton là ng ếm ng ng. n trơ trong phần lớn các ứng dụn thực tế n g c ng nhưng ngườ ta đã biết rằng nó tạo ra hợp chấ ời o ất với flo. K Krypton cũ có thể tạ ra các m lưới với nước khi cá nguyên t của nó bị ũng ạo mắt ác tử ị mắc kẹt lại trong lư các phân tử nước. ưới n 1. Đặc t trưng nổi bật b Krypton trước đây được gọi là một khí tr do có độ hoạt động hóa học rất yếu, được đặc n, à rơ t trưng bở quang phổ màu xanh lục và da cam rực rỡ. Nó là một trong các s phẩm ph ởi h . t sản hân rã hạt nh của uran Krypton ở dạng rắn là chất kết tinh màu tr hân n. rắng với cấu trúc tinh t u thể là hình l phương tâm mặt, đây cũng là t lập tính chất ch hung của mọi "khí hiếm m". 2. Lịch s sử Krypton (tiếng Hy Lạp kryptos có nghĩa l "ẩn") đượ William Ramsay và Morris n là ợc à Travers phát hiện năm 1898 tr n rong phần còn lại của k không khí lỏ khi cho bay hơi gầ ỏng o ần hết mọi thành phần Năm 1960 một thỏa t n. 0 thuận quốc tế đã xác đ định độ dài của mét the eo thuật ngữ của bước sóng ánh s ữ c sáng phát ra từ một đồn vị của kr a ng rypton. Thỏ thuận này đã ỏa y thay thế cho mét tiê chuẩn cũ được đặt ở Paris - là m thanh k loại đư làm từ h êu ũ một kim ược hợp kim plattin-iridi (mé cũ này đư ước lượ bằng m phần mư triệu của một phần tư ét ược ợng một ười a chu vi T Đất tính theo hai cự Vào th Trái h ực). háng 10 năm 1983 thì t chuẩn k m tiêu krypton này y
cũng đã được Bureau International des Poids et Mesures (Ủy ban đo lường quốc tế) thay thế. Mét hiện nay được định nghĩa như là khoảng cách mà ánh sáng có thể vượt qua trong chân không trong 1/299.792.458 s. 3. Sự phổ biến Nồng độ của khí này trong khí quyển Trái Đất là khoảng 1 ppm. Nó có thể tách ra từ không khí hóa lỏng bằng chưng cất phân đoạn. 4. Hợp chất Giống như các khí hiếm khác, krypton nói chung được coi là trơ về mặt hóa học. Tuy nhiên, các nghiên cứu từ năm 1962 trở đi đã khám phá ra một số hợp chất hóa học của krypton. Điflorua krypton đã được tạo ra với khối lượng tính bằng gam và có thể sản xuất bằng một số cách khác nhau. Các florua và muối khác của ôxôaxít krypton cũng đã được tìm thấy. Các phân tử-ion ArKr+ và KrH+ cũng đã được nghiên cứu và có chứng cứ cho thấy sự tồn tại của KrXe hay KrXe+. 5. Đồng vị Krypton nguồn gốc tự nhiên bao gồm 5 đồng vị ổn định và 1 đồng vị phóng xạ nhẹ. Vạch quang phổ của krypton dễ dàng được tạo ra với một số đường rất sắc nét. Kr81 là sản phẩm của các phản ứng trong khí quyển của các đồng vị nguồn gốc tự nhiên khác của krypton. Nó là đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 250.000 năm. Giống như xenon, krypton rất dễ bay hơi khi nó gần với nước bề mặt và vì thế Kr81 được sử dụng để xác định niên đại của nước ngầm cổ (50.000-800.000 năm). Kr85 là đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã 10,76 năm, được tạo ra bằng các phản ứng phân rã hạt nhân của uran và pluton. Các nguồn tạo ra nó bao gồm các thử nghiệm bom nguyên tử, lò phản ứng hạt nhân và sự giải phóng Kr85 trong quá trình tái chế các thanh nhiên liệu từ các lò phản ứng hạt nhân. Người ta cũng ghi nhận là có sự chênh lệch về nồng độ của Kr85 ở Bắc cực và Nam cực là khoảng 30%. Ở Bắc cực nồng độ này cao hơn do một thực tế là phần lớn đồng vị này được tạo ra ở Bắc bán cầu và sự hòa trộn không khí giữa hai bán cầu diễn ra tương đối chậm. 6. Laser florua krypton Một trong các ứng dụng chính của krypton là laser florua krypton. Một lượng năng lượng nhất định được truyền vào để làm cho khí krypton phản ứng với khí flo để tạo ra florua krypton (KrF2).
Hợp chấ bị phân hủ ngay sau khi việc c ất ủy u cung cấp nă lượng bị ngừng lại. Trong quá ăng . á trình phâ hủy, lượ năng lượ dư thừa được lưu trữ trong hợ chất sẽ đ ân ợng ợng a ợp được thoát r ra dưới dạn năng lượ laser mạ ng ợng ạnh. 7. Linh tinh Hành tin quê hươn của nhân vật anh hù "Superm nh ng n ùng man" (siêu nhân) trong các sách b g báo và phim ảnh hoạt họa phổ biến được đặt t theo ngu h n tên uyên tố này Điểm yếu của y. u Supermaan,loại đá "kryptonite" cũng là từ tên gọi củ nguyên tố này. ", ừ ủa ố Xenon ( (Xe) Xenon là mộ nguyên tố hóa học tr X ột ố rong bảng t tuần hoàn có ký hiệu X và số ngu Xe uyên tử bằng 54. Là một khí hiếm không màu, khô mùi và r nặng, xe ử L g ông rất enon có tron ng khí k quyển Tr Đất với một lượng nhỏ dạng d vết và là một phần của hợp ch rái dấu à hất khí k hiếm đầu tiên được tổng hợp. u 1. Đặc t trưng nổi bật b Xenon là thành viên của nhóm các nguyê tố hóa trị 0 được gọi là các khí hiếm hay k à n m ên ị i khí trơ. Từ " "khí trơ" đã được sử dụ từ lâu đ chỉ nhóm các nguyê tố này, so có lẽ cầ ã ụng để m ên ong ần phải bỏ do một số nguyên tố h trị 0 cũn có thể tạo ra hợp ch với các n n hóa ng o hất nguyên tố k khác. Trong cá ống chứa khí thì xen phát ra ánh sáng m xanh la khi khí n bị phón ác a non a màu am này ng điện qua Với áp lự nén hàng gigapascal thì xenon d a. ực l dạng kim lo được tạo ra. Xenon oại o n cũng có thể tạo ra các mắt lưới với nước k các ngu c khi uyên tử của nó bị mắc k trong lư kẹt ưới của các pphân tử nướớc. 2. Ứng d dụng Khí này được dùng rộng rãi nh và nổi ti g hất iếng nhất tr rong các thiết bị phát ra ánh sáng gọi a là các đè chớp xen được sử dụng tron các đèn c èn non, ng chớp của m ảnh, để tạo ra môi máy trường k hoạt tro các thiế bị tạo laser mà sau đ sẽ phát sinh ánh sán giao thoa kích ong ết đó ng a?, trong các đèn diệt khuẩn (hiếm dùng) và sử dụng tro một số ứ dụng y học liên qu k m ong ứng uan đến bệnh da liễu. Các đèn hồ q h C quang xenon liên tục, h quang ng áp suất cao có nhi hồ gắn, t iệt độ màu g với ánh sáng Mặt Trời lúc giữ trưa và đ gần h ữa được dùng t trong các th bị giả lậ hiết ập Mặt Trờ một số hệ thống đèn chiếu và m số ứng dụng đặc bi khác. Ch ời, ệ n một iệt húng là các
nguồn rất tốt để tạo ra các tia cực tím có bước sóng ngắn cũng như chúng có các bức xạ rất mạnh trong các bước sóng gần tia hồng ngoại, được sử dụng trong một số thiết bị quan sát ban đêm. Các sử dụng khác của xenon bao gồm: * Được sử dụng như là chất gây mê toàn phần, mặc dù giá thành quá đắt. * Trong các ứng dụng năng lượng hạt nhân nó được sử dụng trong các buồng bọt, máy dò và trong các khu vực khác mà phân tử lượng lớn cũng như tính trơ là các yêu cầu. * Các perxenat được sử dụng như là tác nhân ôxi hóa trong hóa phân tích. * Đồng vị Xe133 là có ích trong vai trò của một đồng vị phóng xạ. * Việc chụp cộng hưởng từ (MRI) siêu phân cực phổi và các cơ quan nội tạng khác sử dụng Xe129[1]. * Nhiên liệu thích hợp cho động cơ đẩy dùng ion do phân tử lượng cao, dễ bị ion hóa, lưu trữ như là chất lỏng ở nhiệt độ phòng (với áp suất cao) và dễ dàng chuyển ngược lại dạng khí để nạp năng lượng cho động cơ, bản chất trơ làm cho nó là thân thiện môi trường và ít ăn mòn đối với động cơ ion so với các loại nhiên liệu khác, chẳng hạn thủy ngân hay xêzi. Tuy nhiên, hiện vẫn đang có các ý kiến trái ngược nhau về khả năng phổ biến trong tương lai về việc sử dụng nó trong công nghiệp thám hiểm vũ trụ, do nó sẽ bị mất đi vĩnh cửu trong không gian và làm suy giảm nguồn cung cấp hữu hạn trong khí quyển Trái Đất. * Được sử dụng phổ biến trong tinh thể học protein. Khi ở áp suất cao (~600 psi) tác động vào các tinh thể protein thì các nguyên tử xenon liên kết chủ yếu trong các hốc không ưa nước, thông thường tạo ra dẫn xuất nặng nguyên tử, đồng hình và chất lượng cao. 3. Lịch sử Xenon (tiếng Hy Lạp xenon có nghĩa là "kỳ dị") được William Ramsay và Morris Travers phát hiện tại Anh năm 1898 trong phần còn lại sau khi cho các thành phần khác của không khí lỏng bay hơi. 4. Sự phổ biến Xenon là khí ở dạng dấu vết trong khí quyển Trái Đất, ở mức 1 phần 20 triệu (0,05 ppm). Nguyên tố này thu được trong công nghiệp nhờ chiết ra từ phần còn lại của không khí hóa lỏng. Khí hiếm này trong tự nhiên được tìm thấy như là khí thoát ra từ một số suối nước khoáng. Xe133 và Xe135 được tổng hợp bằng chiếu xạ nơtron trong không khí làm mát các lò phản ứng hạt nhân. 5. Hợp chất
Các tinh thể XeF4. Ả Các tinh thể XeF4. Ảnh chụp năm 1962. Trước năm 1962, xenon và các khí hiếm khác nói chung được coi là trơ về mặt hóa học và không thể tạo ra các hợp chất hóa học. Các chứng cứ sau đó chỉ ra rằng xenon, cùng với các khí hiếm khác, trên thực tế có tạo ra các hợp chất. Một số hợp chất của xenon là điflorua xenon, têtraflorua xenon, hexaflorua xenon, hiđrat và đơterat cũng như perxenat natri. Hợp chất có tính gây nổ cao là triôxít xenon cũng được tạo ra. Có ít nhất 80 hợp chất của xenon, trong đó flo hay ôxy được liên kết với xenon. Một số hợp chất của xenon có màu nhưng đa phần là không màu. 6. Đồng vị Xenon nguồn gốc tự nhiên bao gồm 7 đồng vị ổn định và 2 đồng vị phóng xạ nhẹ. Ngoài các dạng ổn định này còn có 20 đồng vị không ổn định đang được nghiên cứu. Xe129 được tạo ra nhờ phân rã beta của I129 (chu kỳ bán rã: 16 triệu năm); Xe131m, Xe133, Xe133m và Xe135 là một phần sản phẩm phân rã hạt nhân của cả U235 và Pu239 và vì thế được dùng làm chỉ số của các vụ nổ hạt nhân. Đồng vị nhân tạo Xe135 có tầm quan trọng đáng lưu ý trong hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân. Xe135 có tiết diện vuông lớn cho các nơtron nhiệt (2,65x106barn, vì thế nó đóng vai trò của chất hấp thụ nơtron hay "chất độc" mà có thể làm chậm hay dừng các chuỗi phản ứng sau một thời gian hoạt động. Đây đã là một vấn đề đáng kể trong các lò phản ứng hạt nhân đầu tiên được Dự án Manhattan của Mỹ xây dựng để sản xuất plutoni. Nồng độ tương đối cao của các đồng vị xenon phóng xạ cũng được phát hiện là tỏa ra từ các lò phản ứng hạt nhân do sự giải phóng của khí này từ các thanh nhiên liệu bị gãy hay sự phân hạch của urani trong nước làm mát. Nồng độ của các đồng vị này nói chung vẫn là thấp khi so với các khí hiếm phóng xạ nguồn gốc tự nhiên, như Rn222. Do xenon là nguồn dò vết cho 2 đồng vị cha, tỷ lệ các đồng vị của xenon trong các thiên thạch là công cụ mạnh để nghiên cứu sự hình thành của hệ Mặt Trời. Phương pháp I-Xe trong xác định niên đại bằng phóng xạ cho ta khoảng thời gian đã trôi qua giữa tổng hợp hạt nhân và sự đông đặc của các thiên thể rắn từ tinh vân Mặt Trời. Các đồng vị xenon cũng là công cụ mạnh để nghiên cứu sự tiến hóa của đất đá. Tỷ lệ cao của Xe129 tìm thấy trong các giếng khí điôxít cacbon ở New Mexico được cho là do sự phân rã của các khí có trong lớp phủ ngay sau khi Trái Đất hình thành. 7. Phòng ngừa
Khí này có thể lưu giữ an toàn trong các chai lọ thủy tinh có gắn nắp thông thường ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn. Xenon là không độc, nhưng nhiều hợp chất của nó là độc do tcác tính chất ôxi hóa mạnh của chúng. Do xenon nặng hơn không khí, nên tốc độ truyền âm thanh của nó thấp hơn so với không khí, và khi bị hít thở phải thì nó làm giảm các tần số cộng hưởng của hệ thống thanh âm. Nó tạo ra cường độ âm thanh thấp đặc trưng, tương tự như cường độ âm thanh lớn sinh ra do hít thở phải heli. Vì một vài lý do, sự hít thở phải xenon là nguy hiểm hơn so với hít thở phải heli. Đầu tiên là do các tính chất gây mê của xenon còn ít được nghiên cứu, tương tự như các tính chất của ôxít nitrơ. Sự hít thở phải xenon có thể gây ra các hiệu ứng từ nhẹ đến trung bình, kéo dài không lâu, bao gồm các cảm giác lạ đối với ánh sáng và âm thanh. Do các nguy hiểm gắn liền với sự hít thở phải xenon nên nhiều trường đại học đã không còn cho phép sử dụng nó như là sự minh họa trong hóa đại cương. Xenon trong bất kỳ hoàn cảnh nào đều là rất đắt tiền (giá của nó khoảng 60 USD trên 0,077 pps). Khí hexaflorua lưu huỳnh nói chung được sử dụng để thay thế.