Tabla de Contenidos
Các khí hiếm tạo nên nhóm 18 nguyên tố của bảng tuần hoàn (trước đây là nhóm VIII-A). Các nguyên tố này được đặc trưng bởi có cấu hình điện tử chứa đầy lớp vỏ trong đó mức năng lượng cuối cùng có các quỹ đạo syp của nó được lấp đầy hoàn toàn. Cấu hình điện tử này đặc biệt ổn định, đó là lý do tại sao các nguyên tố này không cần phải hình thành liên kết hóa học để chia sẻ các điện tử nhằm tìm kiếm sự ổn định hơn. Trên thực tế, hầu hết các phản ứng hóa học mà các nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn trải qua đều làm như vậy để bao quanh chúng bằng 8 electron giống như bao quanh các khí hiếm. Đây được gọi là quy tắc bát tử.
Bởi thực tế là chúng quá ổn định nên các nguyên tố nhóm 18 cũng cực kỳ trơ và hầu như không kết hợp với bất kỳ nguyên tố nào khác. Hơn nữa, những nguyên tố này thậm chí không có xu hướng liên kết với nhau, và tương tác duy nhất xảy ra giữa hai nguyên tử là lực phân tán London yếu. Vì lý do này, các nguyên tố này có điểm sôi rất thấp và thường ở trạng thái khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường. Cả hai đặc điểm hóa lý đã mang lại cho các nguyên tố này tên của khí hiếm.
Nói tóm lại, điều khiến khí hiếm trở thành khí hiếm là chúng ở trạng thái khí và chúng trơ về mặt hóa học. Đây là một điểm quan trọng khi xác định khí hiếm nào nặng hơn.
Khí cao quý nặng nhất có nghĩa là gì?
Trước tiên chúng ta hãy xác định ý nghĩa của “khí hiếm nặng nhất”. Vòng loại này thực sự có thể có một trong hai cách hiểu: một mặt, nó có thể đề cập đến nguyên tố khí có trọng lượng nguyên tử cao nhất. Mặt khác, chúng ta có thể đề cập đến khí đậm đặc hơn.
Mặc dù mật độ tỷ lệ thuận với khối lượng mol của khí và khối lượng mol của khí tăng lên khi bạn đi xuống một nhóm trong bảng tuần hoàn, câu trả lời cho câu hỏi khí nào nặng hơn không đơn giản như cuộn danh sách xuống để mục cuối cùng trong nhóm.
Trên thực tế, có hai ứng cử viên cho khí hiếm nặng nhất và không phải là nguyên tố cuối cùng trong nhóm.
Ogan không phải là khí cao quý nặng nhất.
Như chúng ta đã đề cập lúc trước, trái với trực giác ban đầu, khí hiếm nặng nhất không phải là thành viên cuối cùng của nhóm, nghĩa là oganeson, ký hiệu hóa học Og. Điều này là do một số lý do. Đầu tiên, oganeson là một nguyên tố transactinide tổng hợp, có nghĩa là nguyên tố này không tồn tại trong tự nhiên mà được tổng hợp trong máy gia tốc hạt thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Vấn đề với oganeson, và lý do chính khiến chúng ta không thể đặt cho nó danh hiệu khí hiếm nặng nhất, là nó có thời gian tồn tại rất ngắn; dưới 1ms. Hơn nữa, các yếu tố tổng hợp được sản xuất với số lượng cực kỳ nhỏ. Vì cả hai lý do, gần như không thể tích lũy đủ nguyên tử oganeson trong một thời gian đủ dài để đo các đặc tính hóa lý của nó. Do đó, không có gì được biết chắc chắn về trạng thái vật lý của nguyên tố này ở nhiệt độ và áp suất bình thường.
Trên thực tế, người ta ước tính rằng, nếu tồn tại đủ lâu, nguyên tố này sẽ ở thể rắn ở nhiệt độ phòng. Bản thân điều này khiến nó không đủ tư cách là “khí hiếm” nặng nhất, mặc dù là nguyên tố nặng nhất mà con người biết đến.
Mặt khác, nhiều tính toán lý thuyết cũng đã được thực hiện trên cấu trúc điện tử mà nguyên tố này sẽ có và kết quả thực sự bất ngờ. Người ta đưa ra giả thuyết rằng điện tích hạt nhân lớn sẽ tăng tốc các electron lên gần bằng tốc độ ánh sáng, khiến chúng hành xử rất khác so với các nguyên tố đã biết khác. Hậu quả rõ ràng nhất của điều này là chúng ta thậm chí còn không biết liệu nó có các đặc điểm trơ giống như các thành viên khác trong nhóm hay không.
Trong một số điều kiện nhất định, xenon có thể lấy cúp
Vì các khí, đặc biệt là khí hiếm, hành xử giống như khí lý tưởng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường, nên có thể dễ dàng thu được mối quan hệ giữa mật độ và khối lượng mol của khí. Mối quan hệ này được đưa ra bởi:
trong đó ρ là mật độ của khí tính bằng g/L, P là áp suất tính bằng khí quyển, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khí lý tưởng và MM là khối lượng mol của khí. Như bạn có thể thấy, mật độ tỷ lệ thuận với khối lượng mol. Nếu chúng ta cho rằng tất cả các khí hiếm đều ở dạng các nguyên tố đơn nguyên tử, thì nguyên tố đậm đặc nhất phải là radon.
Tuy nhiên, trong một số điều kiện rất đặc biệt (áp dụng phóng điện trên tia xenon khí siêu thanh), có thể chuyển đổi xenon thành dime ion hóa hoặc thành ion phân tử hai nguyên tử có công thức Xe 2 + . Loại khí mới này sẽ có khối lượng mol là 263 g/mol, lớn hơn khối lượng mol của radon là 222 g/mol. Có khối lượng phân tử lớn hơn, dạng khí này của Xe sẽ đặc hơn radon ở dạng khí, do đó đánh cắp vương miện.
Tuy nhiên, điều này sẽ mang tính suy đoán cao, vì các điều kiện trong đó các dime được hình thành rất khó duy trì, do đó các loài phân tử tồn tại trong một thời gian rất ngắn.
Khí hiếm nặng nhất là radon (Rn)
Với những lập luận trên, chúng tôi kết luận rằng khí hiếm nặng nhất là radon. Nguyên tố này là một loại khí trơ, không màu và không mùi, cũng có tính phóng xạ.
Trong số tất cả các nguyên tố trong nhóm 18, radon có trọng lượng nguyên tử cao nhất (222 u) và ngoài ngoại lệ gây tranh cãi của Xe 2 , còn là khí hiếm nhất, với mật độ 9,074 g/L ở nhiệt độ 25°C và áp suất 1 atm.
Người giới thiệu
Dubé, P. (1991, ngày 1 tháng 12). Làm mát siêu âm các chất kích thích khí hiếm được kích thích trong phóng điện một chiều . Tập đoàn xuất bản quang học. https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-16-23-1887
Jerabek, P. (2018, ngày 31 tháng 1). Các chức năng định vị electron và nucleon của Oganesson: Tiếp cận giới hạn Thomas-Fermi . Thư đánh giá vật lý 120, 053001. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053001
Lomaev, MI, Tarasenko, V., & Schitz, D. (2006, tháng 6). Đèn xenon dimer excilamp công suất cao . Thư Vật lý Kỹ thuật 32(6):495–497. https://www.researchgate.net/publication/243533559_A_high-power_xenon_dimer_excilamp
Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ. (2021). Làm mờ xenon . NIST. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/Xe2/c1-2
Oganessian, YT, & Rykaczewski, KP (2015). Một bãi biển trên đảo ổn định. Vật Lý Hôm Nay 68, 8, 32. https://physicstoday.scite.org/doi/10.1063/PT.3.2880
