Trả lời nhanh
Khí hiếm có nhiệt độ sôi thấp nhất là heli (He), sôi ở khoảng −268,9 °C (4,2 K) dưới áp suất 1 atm. Heli có nguyên tử nhỏ nhất, ít electron nhất nên tương tác van der Waals giữa các nguyên tử yếu nhất, chỉ cần rất ít năng lượng là đã chuyển sang thể khí.
Bảng nhiệt độ sôi của các khí hiếm
Các khí hiếm nằm ở nhóm VIIIA (nhóm 18). Số liệu dưới đây là giá trị gần đúng ở áp suất 1 atm.
| Khí hiếm | Số hiệu nguyên tử | Nhiệt độ sôi (°C) |
|---|---|---|
| Heli (He) | 2 | −268,9 |
| Neon (Ne) | 10 | −246,1 |
| Argon (Ar) | 18 | −185,8 |
| Krypton (Kr) | 36 | −153,4 |
| Xenon (Xe) | 54 | −108,1 |
| Radon (Rn) | 86 | −61,7 |
Đi từ He xuống Rn, nhiệt độ sôi tăng dần đều. Vì vậy dù đề cho bốn phương án nào trong nhóm này, khí hiếm đứng càng trên (càng gần He) thì sôi càng thấp.
Vì sao heli sôi thấp nhất?
Các khí hiếm là phân tử đơn nguyên tử, không phân cực. Giữa các nguyên tử chỉ có lực khuếch tán (một loại lực van der Waals), sinh ra do sự lệch tạm thời của đám mây electron.
- Nguyên tử càng lớn, càng nhiều electron thì đám mây electron càng dễ bị biến dạng, lực hút giữa các nguyên tử càng mạnh.
- Lực hút càng mạnh thì càng cần nhiều năng lượng nhiệt để tách các nguyên tử ra khỏi nhau, tức nhiệt độ sôi càng cao.
- Heli chỉ có 2 electron, khối lượng mol 4 g/mol, nên lực hút giữa các nguyên tử là yếu nhất trong nhóm.
Mẹo nhớ: “Khí hiếm càng nặng, càng khó bay” – khối lượng mol và nhiệt độ sôi tăng cùng chiều từ He đến Rn.
Loại trừ các phương án thường gặp
- Ne: sôi −246,1 °C, cao hơn He khoảng 23 °C nên không phải thấp nhất.
- Ar: sôi −185,8 °C, cao hơn Ne nhiều.
- Kr, Xe, Rn: sôi lần lượt −153,4 °C, −108,1 °C, −61,7 °C, đều cao hơn He rất nhiều.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm với hiđro (H2): H2 nhẹ nhất nhưng sôi ở khoảng −252,9 °C, cao hơn heli. H2 cũng không phải khí hiếm.
- Nghĩ khí hiếm nào cũng “không hoá lỏng được”: tất cả đều hoá lỏng được khi làm lạnh đủ sâu. Heli chỉ đặc biệt ở chỗ phải hạ tới gần 4 K.
- Lẫn nhiệt độ sôi với nhiệt độ nóng chảy: hãy đọc kỹ đề hỏi đại lượng nào.
Ứng dụng liên quan đến nhiệt độ sôi rất thấp của heli
Heli lỏng là chất làm lạnh cho nam châm siêu dẫn trong máy chụp cộng hưởng từ (MRI) và trong các máy gia tốc hạt. Ngoài ra heli còn được dùng nạp khinh khí cầu vì nhẹ và không cháy.
Bài luyện tập
- Sắp xếp Xe, Ne, Kr, Ar theo chiều nhiệt độ sôi tăng dần.
Đáp án: Ne < Ar < Kr < Xe. - Ở −200 °C và 1 atm, những khí hiếm nào chắc chắn vẫn ở thể khí?
Đáp án: He và Ne, vì nhiệt độ sôi của chúng (−268,9 °C và −246,1 °C) đều thấp hơn −200 °C. - Giải thích vì sao radon có nhiệt độ sôi cao nhất trong các khí hiếm.
Gợi ý đáp án: Rn có nguyên tử lớn nhất, nhiều electron nhất nên lực khuếch tán giữa các nguyên tử mạnh nhất, cần nhiều năng lượng nhất để chuyển sang thể khí.
Tóm tắt
Trong nhóm khí hiếm, nhiệt độ sôi tăng theo chiều tăng khối lượng nguyên tử. Heli đứng đầu nhóm nên có nhiệt độ sôi thấp nhất, khoảng −268,9 °C, và cũng là chất có nhiệt độ sôi thấp nhất trong tất cả các chất đã biết.
Câu hỏi thường gặp
Khí hiếm nào có nhiệt độ sôi thấp nhất?
Heli (He), sôi ở khoảng −268,9 °C (4,2 K) ở áp suất 1 atm.
Khí hiếm nào có nhiệt độ sôi cao nhất?
Radon (Rn), sôi ở khoảng −61,7 °C, vì nguyên tử lớn nhất nên lực van der Waals mạnh nhất.
Vì sao nhiệt độ sôi của khí hiếm tăng từ He đến Rn?
Nguyên tử càng lớn, càng nhiều electron thì lực khuếch tán giữa các nguyên tử càng mạnh, nên cần nhiều năng lượng hơn để chuyển sang thể khí.
Hiđro hay heli sôi thấp hơn?
Heli sôi thấp hơn: −268,9 °C so với khoảng −252,9 °C của hiđro.