Heli là nguyên tố hóa học có ký hiệu He và số nguyên tử 2.[1][2] Trong bảng tuần hoàn, heli thuộc nhóm 18 bao gồm các nguyên tố được gọi chung là khí hiếm hay khí trơ.[3] 'Trơ' ý nói nguyên tố kém hoạt động:[3] nguyên tử của nó rất ổn định với vỏ electron hoàn thiện nên rất khó tạo thành hợp chất.[4] Thực tế là chưa từng có một hợp chất hóa học nào của heli được tạo ra.[5] Heli có thể bị ion hóa thành các ion He+ và He2+ nhưng nguyên tử heli không liên kết với nguyên tử heli hay bất kỳ nguyên tố nào khác.[6] Bởi vậy, không có gì để nói về tính chất hóa học của heli và mọi nghiên cứu về nó đều liên quan đến tính chất vật lý.[2]
Heli là khí không màu, không mùi sở hữu những đặc điểm thú vị.[4] Một ví dụ là nó có điểm sôi thấp nhất trong mọi nguyên tố: −268,93 °C, tức nó chuyển từ lỏng sang khí ở gần không độ tuyệt đối.[1][7] Điểm nóng chảy/đông đặc của heli là −272,2 °C;[1] đây là khí duy nhất không thể hóa rắn chỉ bằng việc hạ nhiệt độ mà đòi hỏi còn phải tăng áp suất.[8] Tại nhiệt độ khoảng −271 °C (điểm Lambda), heli biến đổi bất thường: nó vẫn là lỏng nhưng có thêm những đặc tính lạ, một trong số đó là siêu lỏng.[8] Vì hai dạng heli lỏng quá khác biệt nên chúng được đặt tên riêng: trên −271 °C là heli I và dưới −271 °C là heli II.[8]
Cấu hình electron của heli là 1s2, hạt nhân của nó có hai proton và ít nhất một neutron.[6] Nguyên tử heli đối xứng hoàn hảo và nhỏ hơn mọi nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn.[9] So với nguyên tử đơn giản nhất là hydro chỉ có một proton và một electron; nguyên tử heli với hai proton, hai neutron và hai electron còn có đường kính bé hơn.[9] Heli tồn tại tự nhiên là hai đồng vị bền heli 3 và heli 4 với heli 4 chiếm khoảng 99,9999%;[1][10] ngoài ra heli còn có sáu đồng vị phóng xạ.[11] Heli 3 là sản phẩm phân rã phóng xạ của triti, còn heli 4 là sản phẩm trong chuỗi phân rã của urani và thori.[1]
Heli là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vũ trụ sau hydro nhưng không dễ để tìm thấy nó trên Trái Đất.[12] Trong khí quyển Trái Đất, tỷ phần heli chỉ vào khoảng 0,0005%.[1] Lượng nhỏ heli này không bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn và liên tục thoát vào không gian.[1] Nguồn gốc của heli trong khí quyển là từ vỏ Trái Đất; ở đó, các hạt alpha sinh ra từ chuỗi phân rã urani−thori bắt giữ hai electron để trở thành nguyên tử heli.[13] Heli được tạo ra tìm đường len qua các kẽ nứt trong vỏ để đi vào khí quyển.[13] Các bể khí tự nhiên trong lòng đất là nguồn heli chính để khai thác; ngoài ra heli còn có thể được thu thập bằng hóa lỏng không khí nhưng cách này quá tốn kém.[14][15]
Heli là nguyên tố nhẹ thứ hai sau hydro và nhẹ hơn không khí, bởi vậy nó được dùng trong các loại bóng bay hay khí cầu.[16][17] Trong hàn kim loại, khí heli với tính trơ được đưa vào mối hàn để ngăn kim loại phản ứng với nguyên tố khác ở nhiệt độ cao (ví dụ oxy tạo thành oxide) làm giảm chất lượng mối hàn.[18][19] Khí heli còn có ứng dụng trong các hệ thống lọc và điều áp, hoặc để phát hiện lỗ rò trong đường ống.[19] Heli lỏng là vật liệu làm lạnh quan trọng, được dùng trong nghiên cứu siêu dẫn và các thiết bị siêu dẫn.[1][19]
Tham khảo
- ↑ a b c d e f g h "Helium", PubChem, National Center for Biotechnology Information, 2023, truy cập ngày 7 tháng 9 năm 2023
- ↑ a b Halka & Nordstrom 2010, tr. 65.
- ↑ a b Newton 2010, tr. 239.
- ↑ a b "Bo" Sears 2015, tr. 1.
- ↑ Halka & Nordstrom 2010, tr. 64.
- ↑ a b Halka & Nordstrom 2010, tr. 64−65.
- ↑ "Bo" Sears 2015, tr. 8.
- ↑ a b c Newton 2010, tr. 242.
- ↑ a b "Bo" Sears 2015, tr. 9.
- ↑ Halka & Nordstrom 2010, tr. 65, 70.
- ↑ Newton 2010, tr. 243.
- ↑ Halka & Nordstrom 2010, tr. 67−68.
- ↑ a b "Bo" Sears 2015, tr. 71.
- ↑ Halka & Nordstrom 2010, tr. 71.
- ↑ Newton 2010, tr. 244.
- ↑ Halka & Nordstrom 2010, tr. 75.
- ↑ "Bo" Sears 2015, tr. 2.
- ↑ "Bo" Sears 2015, tr. 5.
- ↑ a b c Newton 2010, tr. 245.
Sách
- Newton, David E. (2010), Chemical Elements (lxb. 2), Gale, ISBN 978-1-4144-7608-7
- Halka, Monica; Nordstrom, Brian (2010), Halogens and Noble Gases, Facts on File, ISBN 978-0-8160-7368-9
- "Bo" Sears, Wheeler M. (2015), Helium: The Disappearing Element, Springer Cham, ISBN 978-3-319-15122-9
