Heli chính là một loại khí quan trọng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống. Đây là một nguồn khí quý hiếm, không thể tái tạo và có giới hạn. Vậy, khí heli là gì và ứng dụng của nó trong cuộc sống con người cũng như quy trình điều chế khí heli đều là những điều rất nhiều người quan tâm. Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về khí heli qua những thông tin dưới đây nhé!
Khí Heli là gì?
Heli là một nguyên tố hóa học thứ hai trong bảng tuần hoàn với số hiệu nguyên tử là 2 và khối lượng nguyên tử là 4.002602 (2). Công thức của khí heli là He.
Khí Helium (He) là một loại khí trơ, không màu, không độc và có tỷ trọng rất thấp. Đây cũng là một trong những loại khí rất khó để hóa lỏng.
Do phân tử heli rất nhỏ, chúng có khả năng xuyên qua kim loại một cách tốt. Nó nhẹ hơn không khí và chỉ đứng sau khí Hiđro. Bởi vì không phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác, nó rất thích hợp để sử dụng như khí bảo vệ trong công nghệ hàn.
Nguồn gốc của khí Heli
Ban đầu, khí heli được tìm thấy trong các giếng dầu và đá dưới lòng đất. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, công nghệ để chế tạo khí heli chưa phát triển và nó chỉ được sử dụng chủ yếu trong các khinh khí cầu.
Trong những năm sau đó, Hoa Kỳ đã trở thành trung tâm sản xuất và cung cấp khí heli lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, chi phí để duy trì trung tâm này là quá lớn so với thu nhập từ việc chế tạo và bán sản phẩm. Vì vậy, trung tâm đã đóng cửa, nhưng đã mở ra một ngành công nghiệp khai thác khí heli trên phạm vi toàn cầu. Đặc biệt, các nước có nguồn khí tự nhiên giàu heli.
Khí Heli Trong bảng tuần hoàn hoá học
- Số nguyên tử (Z): 2
- Khối lượng nguyên tử (Ar): 4.002602(2)
- Phân loại: Khí hiếm
- Nhóm, phân lớp: 18, s
- Chu kỳ: Chu kỳ 1
- Cấu hình electron: 1s2 2
Hình ảnh minh hoạ khí Heli.
Tính chất vật lý Heli (He)
Heli là loại khí có điểm sôi thấp nhất và chỉ có thể chuyển sang trạng thái đông bằng cách áp dụng áp suất rất cao. Nguyên tố này thường tồn tại dưới dạng khí đơn nguyên tử và tình hình hóa học của nó là trạng thái trơ.
- Màu sắc: Không màu
- Trạng thái vật chất: Chất khí
- Nhiệt độ nóng chảy: 0,95 K (−272,20 °C, −457,96 °F)
- Nhiệt độ sôi: 4,22 K (−268,93 °C, −452,07 °F)
- Mật độ: 0,1786 g/L (ở 0 °C, 101.325 kPa)
- Mật độ ở thể lỏng: 0,145 g·cm−3 (ở nhiệt độ nóng chảy)
- Điểm tới hạn: 5,19 K, 0,227 MPa
- Nhiệt lượng nóng chảy: 0,0138 kJ·mol−1
- Nhiệt bay hơi: 0.0829 kJ·mol−1
- Nhiệt dung: 5R/2 = 20,786 J·mol−1·K−1
Heli là một loại khí trơ, không độc, không màu, không vị, và có tỷ trọng rất thấp là 0.178g/l. Đây là một trong những loại khí khó để hóa lỏng nhất từng được biết đến.
Heli có khả năng khuếch tán rất tốt qua chất rắn, là loại khí nhẹ hơn không khí và argon nhiều, và không phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học. Do đó, nó rất thích hợp để sử dụng như khí bảo vệ trong công nghệ hàn.
Ứng dụng của khí Heli
Khí heli được sử dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày, bao gồm hàng không, kỹ thuật, điện tử và ngành công nghiệp hạt nhân. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong quá trình hô hấp cho thợ lặn và trong nền y học để điều trị bệnh hen suyễn.
Một ứng dụng phổ biến khác của khí heli là trong việc bơm bong bóng và khinh khí cầu. Vì vậy, khí heli được coi là một loại khí an toàn phổ biến và được sử dụng rộng rãi ngày nay.
Tuy khí heli được coi là an toàn, nhưng nếu sử dụng quá nhiều, nó có thể gây hại và gây tình trạng ngạt khí, thay đổi giọng nói.
Điều chế khí Heli
Để điều chế khí heli, chúng ta cần trải qua hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Khí tự nhiên sẽ được ngưng tụ ở nhiệt độ thấp để chuyển hóa thành dạng lỏng. Sau đó, khí heli sẽ được thu về dưới dạng đặc đặc. Lượng khí thu được trong giai đoạn này có hàm lượng hữu ích không dưới 80%.
Giai đoạn 2: Loại bỏ các tạp chất khác trong khí heli như khí nitơ, metan, hydro... thông qua quá trình tinh chế. Khi đó, sẽ thu được khí heli tinh khiết với hàm lượng trên 90%.
Việc chế tạo khí heli được thực hiện ở các nhiệt độ hóa lỏng khác nhau tùy thuộc vào loại khí. Mỗi giai đoạn sẽ sử dụng một chất hóa lỏng nhất định để tách chúng ra theo thứ tự. Tuy nhiên, việc chế tạo khí heli này đòi hỏi chi phí cao và lượng khí thu được thấp, nên không phải công ty nào cũng thực hiện.
Kết luận
Hy vọng những thông tin bổ ích trên đã giúp bạn hiểu rõ hơn về khí heli, tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng và quy trình điều chế của nó trong cuộc sống. Để hiểu rõ hơn về 118 nguyên tố hóa học và cách học hoá hiệu quả, hãy tiếp tục tìm hiểu thêm.
