Language
Country/Area
No result found
Siêu năng lực của Heli: Tại sao loại khí này lại khó nắm bắt đến vậy?
Trong hóa học, heli được biết đến là khí hiếm nhỏ nhất và nhẹ nhất, nhưng nó cũng là một trong những nguyên tố ít phản ứng nhất. Do những tính chất này, heli thường được coi là không có khả năng tạo thành hợp chất, ít nhất là trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, khi nghiên cứu khoa học ngày càng sâu hơn, chúng ta dần khám phá ra hành vi kỳ lạ và tiềm năng của heli trong môi trường khắc nghiệt.
Năng lượng ion hóa đầu tiên của heli lên tới 24,57 eV, cao nhất trong tất cả các nguyên tố. Điều này khiến các nguyên tử heli khó có thể nhận thêm electron và tạo thành hợp chất cộng hóa trị với các chất khác.
Heli có cấu trúc độc đáo với lớp vỏ electron hoàn chỉnh, khiến nó cực kỳ kém hoạt động trong các phản ứng hóa học. Độ ái lực electron của nó gần bằng không và bán kính lớp vỏ electron ngoài cùng chỉ là 0,29 Å, điều này có nghĩa là các nguyên tử heli hầu như không tương tác với các nguyên tử khác trong điều kiện bình thường.
Mặc dù heli không tạo liên kết hóa học với các nguyên tử khác nhưng vẫn có thể tạo thành các phân tử thông qua lực van der Waals ở nhiệt độ cực thấp.
Mặc dù heli gần như khó nắm bắt do nhiệt độ sôi thấp (4,2 K), các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách khiến nó có khả năng phản ứng hóa học. Khi áp suất cao được áp dụng, lực đẩy giữa các nguyên tử heli và các chất khác có thể bị khắc phục và chúng có cơ hội tạo thành các hợp chất rắn. Ví dụ, heli có thể tạo thành hợp chất heli dinatri ổn định với natri bên trong Trái Đất hoặc các hành tinh khác.
Nghiên cứu về heli đã chỉ ra rằng loại khí này cũng có thể phản ứng với các loại khí khác như nitơ trong điều kiện áp suất cao để tạo thành hợp chất heli-nitơ tồn tại trong môi trường này. Heli cũng được tìm thấy kết hợp với silic trong một số khoáng chất. Ví dụ, heli lần đầu tiên được quan sát thấy vào năm 2007 khi đi vào cấu trúc silicat để tạo thành heli silicat.
Dưới áp suất cao, heli có thể xuyên qua một số cấu trúc silicat, làm tăng đáng kể độ bền và độ ổn định của vật liệu.
Mặc dù heli không dễ tạo thành hợp chất ở nhiệt độ và áp suất bình thường, nhưng khả năng phản ứng của nó trong điều kiện khắc nghiệt đã thu hút sự chú ý rộng rãi trong cộng đồng khoa học. Ví dụ, hợp chất của heli và một số kim loại nhất định có thể dần dần hình thành chất rắn có cấu trúc khác nhau ở nhiệt độ và áp suất khác nhau. Ví dụ, các nguyên tử heli trong canxi zirconi florua thay đổi cấu trúc khi nhiệt độ thay đổi, điều này có tiềm năng ứng dụng trong khoa học vật liệu.
Ngoài những tính chất vật lý đáng chú ý, hiện tượng bao bọc heli cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng. Ví dụ, heli có thể tạo thành phức chất với các phân tử lớn hơn khác như perfluoroolefin và những cấu trúc này có thể được sử dụng để phát triển các vật liệu hiệu suất cao. Trên thực tế, các nhà khoa học đã tạo ra thành công clathrat heli phân cực mà không cần bất kỳ không khí nào, đây sẽ là một cơ hội chưa từng có trong thiết kế vật liệu trong tương lai.
Độ không hoạt động cao của heli có thể là bí quyết cho ứng dụng của nó trong các vật liệu và cấu trúc mới, và cũng là chủ đề đang được nghiên cứu cho các cuộc khám phá khoa học trong tương lai.
Trong vũ trụ bí ẩn, do tính chất cực đoan của heli, sự tồn tại của nó trong cấu trúc của các ngôi sao cũng đã thúc đẩy nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng hóa học của nó. Các nhà khoa học tin rằng khả năng phản ứng và tính chất bao hàm của heli có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của vũ trụ. Trong nghiên cứu trong tương lai, việc khám phá thêm nhiều ứng dụng tiềm năng của heli có thể thay đổi hiểu biết của chúng ta về loại khí này.
Vậy, liệu còn có những tính chất và tiềm năng ứng dụng nào ẩn chứa trong bí ẩn của heli mà chúng ta chưa khám phá ra không?
