So sánh khí Hydro và khí Heli
Hàng một trong bảng tuần hoàn chỉ có hai nguyên tố hydro và heli, đây là những nguyên tố nhẹ nhất trong bảng tuần hoàn. Chúng tồn tại dưới dạng khí ở nhiệt độ phòng và cũng là hai nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, với hydro chiếm khoảng 75% toàn bộ vật chất. Trên Trái đất, hydro chủ yếu tồn tại trong các phân tử như nước, khoáng chất trong lòng đất và các hợp chất hữu cơ. Bên cạnh đó, hầu hết heli trên trái đất được phát ra từ các nguyên tố phóng xạ dưới lòng đất. Cả hai yếu tố tồn tại với số lượng rất thấp trong khí quyển nhưng đó là nguyên liệu gốc để hình thành gần như tất cả các nguyên tố khác.
Helium: Sản phẩm phụ của phân rã phóng xạ
Tất cả helium chúng ta có trên Trái đất là sản phẩm phụ của quá trình phân rã phóng xạ từ các nguyên tử trong đá. Kể từ khi Trái đất hình thành, các nguyên tố phóng xạ nguyên thủy như uranium và thorium đã trải qua chuỗi phân rã của chúng, bao gồm các phân rã alpha từ từ giải phóng hạt nhân helium xuống lòng đất. Qua hàng thiên niên kỷ, các nguyên tử helium từ từ rò rỉ ra khỏi khoáng chất, đôi khi bị mắc kẹt trong các túi cùng với khí tự nhiên, đây là nguồn cung cấp phần lớn helium trên thế giới.
Sự hiện diện của khí hidro trên Trái đất
Hydrogen lấy tên từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là hydro và gen (nước trước đây), bởi vì nó tạo ra nước khi đốt cháy. Khi hydro ở dạng nguyên tố phổ biến, hai nguyên tử hydro liên kết với nhau thông qua một liên kết cộng hóa trị duy nhất để thu được lớp vỏ hóa trị đầy đủ. Ở dạng này, hydro là một chất khí. Khí hydro chỉ đậm đặc khoảng 1/10 so với không khí xung quanh chúng ta. Vì vậy, bất kỳ loại khí hydro nào mà bạn có thể tạo ra hoặc sản xuất trên Trái đất phải được giữ lại ngay lập tức trong một bình chứa, nếu không nó sẽ trôi dạt vào không gian. Hydro ban đầu được sử dụng để bơm bóng bay và khí cầu. Tuy nhiên, nó đã được thay thế bằng helium sau thảm họa Hindenburg năm 1937.
Khả năng phản ứng
Tương tự như kích thước của chúng, helium và hydro không phản ứng khác nhau nhiều. Nhiệm vụ không ngừng nghỉ của hydro để thu được electron thứ hai khiến nó có khả năng phản ứng cao như một nguyên tử đơn độc. Ngay cả khi được liên kết với một nguyên tử hydro khác, phân tử H2 thu được vẫn đủ phản ứng để đốt cháy, cung cấp năng lượng. Ngược lại, với lớp vỏ hóa trị khép kín có thể nhìn thấy toàn bộ hạt nhân của nó, helium là nguyên tố ít phản ứng nhất trên toàn bộ bảng. Vì vậy không giống như hydro, có thể được chiết xuất từ các hợp chất như metan, helium không kết hợp hóa học với các nguyên tố khác, khiến nó thực sự khan hiếm trên Trái đất. Điều này phần nào giải thích tên gọi của heli, xuất phát từ từ helios trong tiếng Hy Lạp — việc phát hiện ra nó ở vùng ngoài của vành nhật hoa Mặt Trời.
Sự khác biệt thuộc tính
- Hydro phân tử có các tính chất tương tự như các halogen nhóm 17 trong điều kiện tiêu chuẩn, khi nó xuất hiện dưới dạng hai nguyên tử và thậm chí có thể tạo thành anion hydrua. Nhưng hydro cũng hoạt động giống như một kim loại kiềm nhóm I hơn khi hòa tan trong nước để tạo thành các ion H+ có tính axit.
1. Ivy Mike là 'quả bom hydro' đầu tiên trên thế giới—một thiết bị thực hiện phản ứng hạt nhân, kết hợp hydro thành heli và giải phóng năng lượng thu được ngay lập tức, tạo ra vụ nổ mạnh nhất mà nhân loại từng tạo ra—mạnh hơn gần một nghìn lần so với quả bom hạt nhân đã hủy diệt Hiroshima.
2. Nó cũng được sử dụng trong nhiều quá trình hóa học khác nhau như một chất phản ứng. Hydro có rất nhiều tiềm năng làm nhiên liệu – bằng cách đốt cháy khí và sử dụng pin nhiên liệu hydro để tạo ra điện. Pin nhiên liệu hydro đã được sử dụng trong giao thông công cộng để cung cấp năng lượng cho xe buýt.
- Cấu hình của Helium có thể mang lại cho nó đặc quyền ở đầu nhóm 2 trong bảng. Nhưng helium thiếu khả năng phản ứng và lớp vỏ hóa trị khép kín của nó tạo nên một vỏ bọc hoàn hảo. Tất cả các tính chất của helium đều phù hợp với các tính chất của khí hiếm. Độ nổi đáng chú ý của helium mang lại cho nó một tập hợp các đặc tính có giá trị cao.
1. Helium quen thuộc nhất với việc bơm bóng bay để tạo độ nổi và khiến chúng bay lên. Cho dù trong một quả bóng bay tiệc tùng đơn giản hay loại bóng bay thời tiết phức tạp, helium thường là loại khí được lựa chọn để tạo ra nhấc bổng mà không gây nguy hiểm nổ như khí hydro tạo ra.
2. Khí Helium hóa lỏng sôi ở nhiệt độ rất thếp, gần với độ không tuyệt đối, khiến nó trở thành chất lỏng sẵn có lạnh nhất trên thế giới. Tính trơ của heli kết hợp với nhiệt độ thấp đáng kể, làm cho helium lỏng trở nên có giá trị đối với các điều kiện cần thiết để khám phá các trạng thái của vật chất hoặc vận hành các nam châm siêu dẫn, giống như các nam châm được sử dụng trong chụp ảnh cộng hưởng từ. Nó cũng không độc hại nên được các thợ lặn sử dụng như một giải pháp thay thế an toàn hơn cho nitơ ở độ sâu khắc nghiệt hơn.
Kết luận
Hydro và heli có những mối nguy hiểm khác nhau, nhưng tính chất hóa học tương tự nhau. Vì cả hai đều là khí, nên bạn tránh làm việc trong không gian kín hoặc giải phóng chúng là điều cần thiết trước khi mọi người được phép vào, trừ khi nhân viên đang đeo thiết bị bảo hộ thích hợp. Vì cả hai loại khí đều nhẹ hơn không khí nên điều quan trọng cần nhớ là chúng sẽ tích tụ ở phía trên cùng của bất kỳ không gian nào mà hidro & heli được giải phóng vào. Mặc dù hydro không độc hại nhưng nó rất dễ cháy, vì vậy việc giải phóng hidro trong không gian kín có khả năng tạo ra vụ nổ. Do đó, điều quan trọng là đảm bảo không có tác nhân gây cháy trong khu vực.
Khi hít heli nhiều sẽ khiến giọng nói bị bẻ chói tai. Đây là hiệu ứng gây cười của một số chương trình, tuy nhiên hít quá nhiều heli có thể gây bất tỉnh vì nó hạn chế lượng oxy trong phổi. Hít phải khí helium có thể gây ra những tác động này mà không có dấu hiệu báo trước hoặc ban đầu chúng có thể biểu hiện dưới dạng cảm giác choáng váng hoặc chóng mặt. Hít phải heli từ nguồn áp suất cao chẳng hạn như xi lanh, cũng có thể gây tổn thương vật lý cho phổi do lực mà nó rời khỏi xi lanh. Hydrogen có thể được giải phóng từ các phản ứng hóa học. Do đó, nó có thể là một vấn đề trong các sự cố mà khí ban đầu không được giải phóng. Hidro sẽ xuất hiện dưới dạng bong bóng được tạo ra khi axit và kim loại tiếp xúc. Khói cũng có thể được nhìn thấy tùy thuộc vào các điều kiện. Lượng hydro thoát ra phụ thuộc vào độ mạnh của axit và khả năng phản ứng của kim loại.
