Khí Heli là gì? Tính chất vật lý, hóa học, điều chế và ứng dụng của Heli

thế nào? Cùng tìm hiểu sung thêm các kiến thức mà các em chưa biết về khí Heli với chia sẻ của Admin trong bài viết dưới đây nhé!

Khí Heli là gì?

Heli là một nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học có số nguyên tử là 2 và khối nguyên tử là 4. Với ký hiệu hóa học He, heli là một khí không màu, không mùi và không mùi. Nó có điểm sôi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố và chỉ đông đặc được ở nhiệt độ rất thấp hoặc ở áp suất cao.

Khí Heli là gì?

Heli được xem là nguyên tố không tương tác hóa học vì nó không dễ dàng tạo ra các liên kết hóa học với các nguyên tố khác. Do tính trơ của nó, heli thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi môi trường không phản ứng hóa học, như trong các thiết bị đo lường, máy phân tích khí và phân tích phổ.

Trên Trái đất, heli có mật độ thấp trong khí quyển. Nồng độ heli trong không khí ở mực nước biển là khoảng 5,2.10-6 theo thể tích. Tuy nhiên, heli có xu hướng tăng dần theo độ cao và đạt đỉnh vào khoảng 24km. Một phần lớn heli trong khí quyển đã thoát ra không gian vũ trụ, đây là một trong những nguyên nhân khiến heli trở thành một nguyên tố khí hiếm trong môi trường Trái đất.

Trong lớp vỏ Trái đất, heli là một nguyên tố phổ biến với tỷ lệ khoảng 8.10-9. Nó có thể được tìm thấy trong các khoáng chất chứa uranium hoặc thorium, do heli là sản phẩm phân rã phóng xạ của các nguyên tố này. Ngoài ra, heli cũng có thể tồn tại trong một số loại nước khoáng và có thể được giải phóng từ núi lửa phun trào trong quá trình hoạt động địa chất.

Lịch sử về nguồn tố Heli (He)

Nguồn gốc của khí heli ban đầu là từ các bãi đá ngầm và giếng dầu. Tuy nhiên, trong quá khứ, phương pháp sản xuất heli chưa được phát triển. Trước đây, khí heli chủ yếu được sử dụng trong các khinh khí cầu. Hoa Kỳ đã trở thành trung tâm lưu trữ và sản xuất heli lớn nhất thế giới trong những năm đó.

Lịch sử về nguồn tố Heli (He)

Tuy nhiên, việc duy trì hoạt động của trung tâm này đòi hỏi chi phí quá lớn, trong khi thu nhập từ việc chế tạo và tiêu thụ heli không đủ để đảm bảo lợi nhuận. Vì vậy, trung tâm đã đóng cửa, tuy nhiên, điều này đã mở ra cánh cửa cho ngành công nghiệp heli trên toàn cầu. Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới có nguồn tài nguyên tự nhiên chứa heli. Các quốc gia như Mỹ, Nga, Qatar và nhiều quốc gia khác được xem là có nguồn heli dồi dào. Ước tính tổng lượng heli có thể trích xuất từ các quốc gia này là khoảng 410 tỷ mét khối.

Cấu hình electron của Heli

Khí heli có số hiệu nguyên tử là 2, vì vậy mà cấu hình electron của nó có dạng 1s2. Heli (He) là một nguyên tố không có hóa trị. Điều này có nghĩa là heli không tham gia vào các phản ứng hóa học để tạo ra các liên kết hóa học với các nguyên tố khác. Nguyên tử heli chỉ bao gồm hai electron, điều này khiến nó có cấu trúc electron rất ổn định và không cần nhận hoặc cho electron để đạt được cấu trúc electron mong muốn. Do đó, heli được xem là một nguyên tố không có khả năng tạo ra hóa trị và không có số oxi hóa.

Cấu hình electron của Heli

Tính chất vật lý của khí Heli là gì?

Khí heli (He) có các tính chất vật lý đặc trưng sau:

• Khối lượng phân tử và khối nguyên tử: Khối lượng phân tử của heli là 4 g/mol, trong khi khối nguyên tử là 4. Điều này đồng nghĩa với việc heli là nguyên tố nhẹ nhất trong bảng tuần hoàn.
• Trạng thái vật lý: Heli là một khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0 độ C và áp suất 1 atm). Nó không có màu, mùi và vị. Heli không hòa tan trong nước và không tạo thành các hợp chất hóa học phổ biến.
• Điểm nóng chảy và điểm sôi: Heli có điểm nóng chảy rất thấp, chỉ khoảng -272,2 0C (-457,96 0F). Điểm sôi của heli là -268,9 0C (-452,02 0F), là điểm sôi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố.
• Độ dẫn nhiệt: Heli có độ dẫn nhiệt tương đối cao là 0,152 Wm-1K-1. Điều này làm cho nó trở thành một chất truyền nhiệt tốt, được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh và làm mát.
• Độ bay hơi: Heli có độ bay hơi nhanh, điều này có nghĩa là nó chuyển từ trạng thái lỏng sang khí rất dễ dàng.
• Tính chất không hoá học: Heli là một nguyên tố không tác động hóa học và không tạo thành các hợp chất hóa học phổ biến. Nó không cháy và không hỗn hợp với các chất khác.
• Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của heli ở điều kiện tiêu chuẩn là khoảng 0,0001785 g/m3. Điều này làm cho heli có mật độ thấp hơn so với không khí.

Tính chất vật lý của khí Heli là gì?

Tính chất hóa học của khí Heli

Nguyên tố heli là khí đơn nguyên tử, vì vậy về mặt hóa học nó thể hiện tính trơ, không tham gia phản ứng hóa học với tất cả các chất, bao gồm cả đơn chất và hợp chất.

Trạng thái tự nhiên của khí Heli

Heli là một trong các nguyên tố phổ biến thứ 71 trong vỏ Trái Đất. Heli có 8 đồng vị, tuy nhiên chỉ có 2 đồng vị bền là Heli-3 và Heli-4. Heli được tìm thấy rất nhiều các mỏ khoáng chất chứa Urani, thori,... Ngoài ra thì nó còn được tìm thấy trong vài loại nước khoáng hoặc trong khí được tỏa ra khi núi lửa phun trào. Heli cũng tồn tại trong nhiều các loại khí tự nhiên khác.

Điều chế khí Heli như thế nào?

Quá trình tạo ra khí heli có thể được thực hiện theo các bước sau:

Điều chế khí Heli như thế nào?

• Bước 1: Chiết xuất từ không khí: Trước đây, khí heli chủ yếu được tách và chiết xuất từ không khí. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả và an toàn như ngày nay.
• Bước 2: Ngưng tụ và lọc khí: Ngày nay, phương pháp tạo ra khí heli an toàn và hiệu quả hơn. Quá trình bắt đầu bằng việc ngưng tụ khí tự nhiên ở nhiệt độ thấp, chuyển đổi nó từ dạng khí sang dạng lỏng. Kết quả là thu được khí heli trong trạng thái rắn đặc. Trong giai đoạn này, khối lượng khí heli được sản xuất chiếm khoảng 80% tổng lượng.
• Bước 3: Lọc và làm sạch: Sau giai đoạn ngưng tụ, quá trình lọc được tiến hành để loại bỏ các tạp chất có thể có trong hỗn hợp khí đã thu được trước đó. Các tạp chất thường bao gồm metan hydro và nitơ. Sau khi qua quá trình lọc, khí heli được tinh chế đạt độ tinh khiết trên 90%.

Nguyên tắc thực hiện của phương pháp này là sử dụng sự khác biệt về nhiệt độ hóa lỏng của từng khí để tách chúng theo trình tự. Các khí có nhiệt độ hóa lỏng cao hơn sẽ được tách ra trước. Tiếp theo, dòng khí còn lại được làm lạnh để tách các khí khác.

Phương pháp này có chi phí đáng kể, nhưng khả năng tách riêng của nó đối với khí heli trong không khí là rất thấp. Do đó, phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất nitơ và oxy. Cách tạo ra khí heli theo phương pháp hiện đại này đã cải thiện đáng kể hiệu suất và độ an toàn của quá trình sản xuất.

Ứng dụng của khí Heli hiện nay

Khí heli được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Tiêu biểu như:

Ứng dụng của khí Heli

• Điều khiển khinh khí cầu: Khí heli là lựa chọn phổ biến để bay cầm khinh khí cầu. Với khối lượng riêng thấp, heli tạo ra lực nâng đủ để nâng cả khinh khí cầu lên không trung. Điều này cho phép khinh khí cầu di chuyển và mang lại trải nghiệm bay độc đáo cho du khách.
• Sử dụng trong công nghiệp hàn: Helium được sử dụng như một chất bảo vệ trong quá trình hàn. Khi được sử dụng kết hợp với các chất khí khác, heli giúp ngăn chặn sự oxi hóa và tác động của không khí lên các điểm hàn, đảm bảo chất lượng và độ bền của các kết cấu hàn.
• Công nghiệp dầu và khí: Khí heli được sử dụng trong quá trình khoan dầu và khí để giảm ma sát và làm mát dụng cụ khoan. Nó cũng được sử dụng trong các quá trình xử lý dầu và khí để kiểm soát áp suất và tạo điều kiện an toàn.
• Công nghiệp nhiệt điện: Helium được sử dụng trong các máy phát điện nhiệt điện như chất làm mát. Tính chất truyền nhiệt cao của heli giúp tản nhiệt hiệu quả, duy trì hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống nhiệt điện.
• Dùng trong công nghệ viễn thông: Trong công nghệ viễn thông, heli được sử dụng trong quá trình làm khô cáp quang. Khí heli không tương tác hóa học với các vật liệu và không gây hư hỏng cho cáp quang, giúp duy trì chất lượng truyền thông.
• Y học và chẩn đoán hình ảnh: Trong lĩnh vực y học, heli được sử dụng trong máy hình ảnh như máy CT và máy MRI để tạo ra hình ảnh chính xác và chi tiết của cơ thể. Nó cũng được sử dụng trong các quy trình thở hỗ trợ và xét nghiệm chức năng phổi.
• Nghiên cứu khoa học: Khí heli được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để làm lạnh các thiết bị như nam châm siêu dẫn và các máy phân tích phổ.
• Giải trí và lễ hội: Helium được sử dụng để làm bay các bóng bay và tạo ra tiếng nổ nhỏ trong các bữa tiệc và sự

Khí Heli có độc không? Nó ảnh hưởng đến sức khỏe như thế nào?

Khí heli (He) không phải là chất độc và không gây hại cho sức khỏe khi được hít thở trong điều kiện bình thường. Trên thực tế, khí heli là một loại khí rất an toàn và không gây kích thích cho hệ thần kinh hoặc hệ hô hấp.

Khí Heli có độc không? Nó ảnh hưởng đến sức khỏe như thế nào?

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng heli có thể gây nguy hiểm nếu được hít thở trong môi trường không an toàn hoặc hít một lượng lớn. Một ví dụ là hít thở khí heli trong không gian không có đủ oxy có thể gây nguy hiểm do gây thiếu oxy trong cơ thể, dẫn đến nguy cơ ngất xỉu hoặc thậm chí tử vong.

Ngoài ra, sự lạm dụng hoặc sử dụng không đúng cách các dạng hỗn hợp heli có thể gây nguy hiểm. Ví dụ, khi hít thở heli từ bình chứa không được thiết kế đúng cách, nếu nồng độ heli quá cao, có thể gây tình trạng oxy hóa trong cơ thể và gây nguy hiểm cho sức khỏe.

Do đó, để đảm bảo an toàn, cần tuân thủ các quy tắc sử dụng và lưu trữ heli đúng cách và không sử dụng heli trong môi trường không thoáng khí hoặc không đủ oxy. Nếu có bất kỳ dấu hiệu khó thở, hoặc các triệu chứng không bình thường sau khi tiếp xúc với heli, nên tham khảo ý kiến ​​bác sĩ hoặc chuyên gia y tế để kiểm tra và tư vấn thích hợp.

Tóm lại, khí heli là một khí trơ nên nó không có phản ứng hóa học. Khí heli được đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống sản xuất. Khí heli sẽ gây độc khi bạn hít quá nhiều hoặc hít trong điều kiện thiếu oxi. Hy vọng với những thông tin và kiến thức bổ ích được Admin cung cấp trong bài sẽ giúp các em hiểu rõ về khí Heli (He). Theo dõi Admin để đóng đọc nhiều bài viết về các nguyên tố hóa học khác trong bảng tuần hoàn hóa học nhé! Đừng quên, tham gia FQA để đặt câu hỏi và giải đáp bài tập hóa trực tuyến, tận dụng kho giải bài tập SGK, cẩm nang học tập và đề ôn tập để học hóa tốt hơn. Chúc các em luôn đạt kết quả học tập cao hơn với môn hóa.