Tài liệu Nhóm Khí hiếm, Xenon (Xe), Krypton (Kr) doc

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.. Khí hiếm tr

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

tử Tên nguyên tố Tỷ trọng Nguyên tử lượng Điểm nóng chảy (°C) Điểm sôi (°C)

2

10

18

36

54

86

118

Krypton

Đất dướ

nó thườn

trơ trong

với flo K

mắc kẹt

1 Đặc t

Krypton

trưng bở

rã hạt nh

là hình l

2 Lịch s

Krypton

Travers

hết mọi

thuật ngữ

thay thế

kim plat

chu vi T

Heli Neon Agon Krypt Xeno Radon

Unun

n (Kr)

K 36

ới dạng dấu

ng được sử

g phần lớn c

Krypton cũ

lại trong lư

trưng nổi b

n, trước đây

ởi quang ph

hân của uran

lập phương

sử

n (tiếng Hy

phát hiện n

thành phần

ữ của bước

cho mét tiê

tin-iridi (mé

Trái Đất tính

0 0

nocti ch

bi

Krypton là m

6 Là một k vết và được dụng cùng các ứng dụn ũng có thể tạ ưới các phân

bật

được gọi là

ổ màu xanh

n Krypton tâm mặt, đ

Lạp krypto năm 1898 tr

n Năm 1960

c sóng ánh s

êu chuẩn cũ

ét cũ này đư

h theo hai cự

,1786 4,0 ,9002 20, ,7818 39, ,708 82, ,851 130 ,970 222 hưa

iết

chư

một nguyên khí hiếm kh

c cô lập bằn các khí hiế

ng thực tế n

ạo ra các m

n tử nước

à một khí tr

h lục và da

ở dạng rắn

ây cũng là t

s có nghĩa l rong phần c

0 một thỏa t sáng phát ra

ũ được đặt ở ược ước lượ ực) Vào th

00 ,20 ,90 ,92 0,20 2,40

ưa biết

tố hóa học ông màu, k

ng cách chư

ếm khác tron nhưng ngườ mắt lưới với

rơ do có độ cam rực rỡ

là chất kết tính chất ch

là "ẩn") đượ

òn lại của k thuận quốc

a từ một đồn

ở Paris - là m ợng bằng m háng 10 năm

−272,00

−248,52

−189,60

−157,00

−111,50

−71,00 chưa biế

có ký hiệu krypton có m ưng cất phân

ng các đèn

ời ta đã biết nước khi cá

hoạt động Nó là một tinh màu tr hung của m

ợc William không khí lỏ

tế đã xác đ

ng vị của kr một thanh k một phần mư

m 1983 thì t

0

2

0

0

0

ết

Kr và số ng mặt trong kh

n đoạn khôn huỳnh quan rằng nó tạo

ác nguyên t

hóa học rất

t trong các s rắng với cấu

ọi "khí hiếm

Ramsay và ỏng khi cho định độ dài rypton Thỏ kim loại đư ười triệu của tiêu chuẩn k

−268,83

−245,92

−185,81

−151,70

−106,60

−62,00 chưa biết

guyên tử bằ

hí quyển Tr

ng khí lỏng

ng Krypton

o ra hợp chấ

tử của nó bị

t yếu, được sản phẩm ph

u trúc tinh t m"

à Morris

o bay hơi gầ của mét the

ỏa thuận này ược làm từ h

a một phần krypton này

t

ằng rái

g, và

n là

ất

ị

đặc hân thể

ần

eo

y đã hợp

tư

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

trình phâ

dưới dạn

7 Linh

Hành tin

và phim

Superma

Xenon (

X

tử

k

k

1 Đặc t

Xenon là

trơ Từ "

phải bỏ

Trong cá

điện qua

cũng có

của các p

2 Ứng d

Khí này

là các đè

trường k

trong cá

đến bệnh

độ màu g

Mặt Trờ

ất bị phân hủ

ân hủy, lượ

ng năng lượ

tinh

nh quê hươn

ảnh hoạt h

an,loại đá "

(Xe)

Xenon là mộ

ử bằng 54 L

khí quyển Tr

khí hiếm đầu

trưng nổi b

à thành viên

"khí trơ" đã

do một số n

ác ống chứa

a Với áp lự

thể tạo ra c

phân tử nướ

dụng

được dùng

èn chớp xen

kích hoạt tro

c đèn diệt k

h da liễu C

gần với ánh

ời, một số hệ

ủy ngay sau ợng năng lượ ợng laser mạ

ng của nhân họa phổ biến kryptonite"

ột nguyên tố

Là một khí rái Đất với

u tiên được

bật

n của nhóm

ã được sử dụ nguyên tố h

a khí thì xen

ực nén hàng các mắt lướ

ớc

g rộng rãi nh non, được s ong các thiế khuẩn (hiếm Các đèn hồ q

h sáng Mặt

ệ thống đèn

u khi việc c ợng dư thừa ạnh

n vật anh hù

n được đặt t

", cũng là từ

ố hóa học tr hiếm không một lượng tổng hợp

m các nguyê ụng từ lâu đ hóa trị 0 cũn non phát ra gigapascal

i với nước k

hất và nổi ti

ử dụng tron

ết bị tạo las

m dùng) và quang xeno Trời lúc giữ

n chiếu và m

cung cấp nă

a được lưu

ùng "Superm tên theo ngu

ừ tên gọi củ

rong bảng t

g màu, khô nhỏ dạng d

ên tố hóa trị

để chỉ nhóm

ng có thể tạo

a ánh sáng m

l thì xenon d khi các ngu

iếng nhất tr

ng các đèn c

er mà sau đ

sử dụng tro

n liên tục, h

ữa trưa và đ một số ứng

ăng lượng b trữ trong hợ

man" (siêu uyên tố này

ủa nguyên tố

tuần hoàn c ông mùi và r dấu vết và là

ị 0 được gọi

m các nguyê

o ra hợp ch màu xanh la dạng kim lo uyên tử của

rong các thi chớp của m

đó sẽ phát s ong một số ứ

hồ quang ng được dùng t dụng đặc bi

ị ngừng lại

ợp chất sẽ đ

nhân) trong

y Điểm yếu

ố này

ó ký hiệu X rất nặng, xe

à một phần

i là các khí

ên tố này, so hất với các n

am khi khí n oại được tạo

nó bị mắc k

ết bị phát ra máy ảnh, để inh ánh sán ứng dụng y gắn, áp suất trong các th iệt khác Ch

Trong quá được thoát r

g các sách b

u của

Xe và số ngu enon có tron của hợp ch

hiếm hay k ong có lẽ cầ nguyên tố k này bị phón

o ra Xenon kẹt trong lư

a ánh sáng tạo ra môi

ng giao thoa

y học liên qu

t cao có nhi hiết bị giả lậ húng là các

á

ra

báo

uyên

ng hất

khí

ần khác

ng

n ưới

gọi

a?, uan iệt

ập

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