Phân biệt các loại khí

Định nghĩa khí

Khí là trạng thái vật chất không có hình dạng cố định và thể tích cố định. Các trạng thái khác của vật chất là rắn, lỏng và plasma. Khí có tính chất khác nhau so với các trạng thái khác của vật chất. Một loại khítinh khiết có thể được tạo thành từ các nguyên tử riêng lẻ (như khí nitơ, khí oxy, v.v.) hoặc hỗn hợp các nguyên tử khác nhau (như carbon dioxide, sulphur dioxide, v.v.). Các ví dụ phổ biến về khí là oxy, CO2, khí amoniac, không khí (là hỗn hợp khí), v.v. Khí có thể được phân loại thành nhiều dạng dựa trên số lượng nguyên tử, khả năng phản ứng, quá trình nén, nguồn gốc, độc tính, v.v. Trong bài viết này, Hào Phát sẽ thảo luận tổng quan về khí.

Phân loại khí

Về cơ bản chúng ta có hai loại là khí tự nhiên (phổ biến nhất) và khí nhân tạo

1. Khí tự nhiên: là loại khí bạn gặp trong môi trường tự nhiên và không khí ví dụ như khí oxy, khí nitơ, hydro, carbon dioxide, carbon monoxide, khí heli, neon, argon, krypton, methane, radon, fluorine, chlorine, sulfur dioxide, ammonia, nitrous oxide, acetylene, methyl chloride, dichlorodifluoromethane, hydrogen chloride,... Trong số các loại khí tự nhiên này, một số là nguyên tố, trong khi một số khác là hợp chất. Tất nhiên chúng cũng có thể được tổng hợp và nhân tạo. Khí tự nhiên có mặt ngay cả trước khi sự sống tồn tại trên trái đất. Vì vậy, chúng không gây hại cho tự nhiên miễn là tỷ lệ nồng độ không bị xáo trộn. Như Hào Phát đã đề cập, khí tự nhiên có 2 loại là khí nguyên tố và khí hợp chất.

*Khí nguyên tố là những chất khí được hình thành cùng với vật chất trên trái đất và các hành tinh khác. Chúng được tạo thành từ các nguyên tử đơn chất. Ví dụ như: Hydro (H2), oxy (O2), nitơ (N2), Clo (Cl2), Flo (F2) kết hợp với các chất. Các khí hiếm như helium (He), argon (Ar), krypton (Kr), radon (Rn), neon (Ne) là các nguyên tố đơn nguyên tử, có nghĩa là chúng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng lẻ.

* Khí hợp chất là khí được hình thành trong tự nhiên từ các quá trình sinh hóa. Về mặt hóa học, đây là sự kết hợp của hai hoặc nhiều nguyên tố. Chúng được hình thành bởi sự kết hợp của carbon, oxy, nitơ, hydro và lưu huỳnh. Ví dụ carbon dioxide (CO2), metan (CH4), sulfur dioxide (SO2), amoniac (NH3), v.v.

Khí tự nhiên có mặt ngay cả trước khi sự sống tồn tại trên trái đất. Vì vậy, chúng không gây hại cho tự nhiên miễn là tỷ lệ nồng độ của chúng không bị xáo trộn.

2. Khí tổng hợp: là loại được con người tổng hợp thông qua các phản ứng hóa học để sử dụng vào mục đích riêng. Chúng được tạo thành từ nhiều yếu tố bên cạnh những nguyên tố được liệt kê ở trên. Ví dụ như Chlorofluorocarbons, R11, R12. Thuốc gây mê như halothane, sevoflurane, desflurane, isoflurane. Các chất khử trùng vi sinh vật như diethyl ether. Những thứ này không tốt cho tự nhiên và một số trong số chúng thậm chí gây hại cho tự nhiên. Clorofluorocarbons được sử dụng trong tủ lạnh gây hại cho tầng ozone (bảo vệ chúng ta khỏi tia UV có hại của tia nắng mặt trời chiếu xuống mặt đất).

Ngoài 2 loại khí trên chúng ta còn phân loại theo đặc tính riêng của chúng như:

*Khí axit: Những khí này có tính axit hóa học trong tự nhiên. Chúng có độ pH dưới 7 và một trong số chúng là axit mạnh như axit clohydric (HCl), axit flohydric (HF). Khí axit dễ bay hơi nên chúng được sử dụng dưới dạng hỗn hợp trong nước. Chúng có độ pH rất thấp.

*Khí nhà kính: Đây là những khí làm tăng nhiệt độ trái đất. Những khí này bao gồm carbon dioxide, metan, nitơ oxit, v.v. Chúng dẫn đến hiệu ứng nhà kính làm bề mặt trái đất được giữ ấm. Nếu nồng độ của các khí này tăng lên, nó có thể dẫn đến sự nóng lên toàn cầu. Như vậy chúng ta có thể hiểu rằng những loại khí này có ích và cũng có thể gây hại cho con người.

Công dụng của khí

Một số loại khí phổ biến và công dụng của chúng.

- Oxy - Hỗ trợ hô hấp, hàn, tiệt trùng;

- Carbon Dioxide - Chất làm lạnh, chống nổ khi kết hợp với các loại khí khác;

- Nitơ Lỏng - Nitơ dùng cho kho lạnh, dùng cho môi trường không có oxy, trong hỗ trợ hô hấp, trong chăm sóc sức khỏe;

- Acetylene - Hàn khí;

- Neon, Argon, Xenon - Trong bóng đèn và ống điện;

- N2O (nitơ oxit) - Thuốc mê trong phẫu thuật, nha khoa;

- Hydro - Nhiên liệu;

- Chlorine - Chất khử trùng;

- Không khí - Nấu ăn, đốt cháy;

- Lưu huỳnh đioxit - Bảo quản hoa quả, làm rượu;

Phân loại theo công dụng 

- Trong trường hợp suy hô hấp, bình khí oxy được dùng để duy trì sự sống. Suy hô hấp là tình trạng phổi không có khả năng giãn nở và co bóp. Do đó, chúng không thể lấy đủ oxy từ không khí một cách tự nhiên. Suy hô hấp xảy ra trong các bệnh như COPD và viêm phổi. Tại đây, oxy kết hợp với không khí bình thường, nitơ hoặc thậm chí carbon dioxide. Liệu pháp oxy giúp người già, cả những người bị tổn thương não và tủy sống phục hồi sau khi bị ngạt. Ngoài ra, trong quy trình nuôi cấy mô, nơi mô hoặc tế bào được phát triển bên ngoài, khí oxy kết hợp với nitơ thường được dùng.

- Gây mê: Các loại khí như halothane, enflurane, ether, chloroform được sử dụng để khiến bệnh nhân bất tỉnh. Sự mất ý thức trong thời gian mong muốn được gọi là gây mê. Nó đặc biệt quan trọng trong quá trình mổ, phẫu thuật. Điều đặc biệt là các loại khí này được hít vào và bắt đầu gây mê rất nhanh. Do thở ra nên quá trình hồi phục sau khi gây mê cũng nhanh chóng. Vì quá trình khởi mê và phục hồi diễn ra nhanh chóng nên những loại thuốc gây mê dạng khí này được sử dụng thường xuyên trong y học.

- Thí nghiệm: Đối với phân tích hóa học, khí được sử dụng ngay cả trong phân tích định tính và định lượng các hợp chất. Vật liệu được sử dụng trong sản xuất thuốc, dinh dưỡng và nghiên cứu. Trong sắc ký khí, nitơ được sử dụng làm khí mang. Trong khi đo quang ngọn lửa, các loại khí như hydro, argon được sử dụng vì chúng giúp đánh lửa các mẫu.

- Sinh hoạt: Làm chất đốt đun nấu và các nơi khác. Để nấu ăn, khí đốt tự nhiên được sử dụng rộng rãi, khí tạo ra ngọn lửa màu xanh ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, ngọn lửa này cũng không tạo thành vết đen và khói như các loại nhiên liệu truyền thống. Ngay cả đối với ô tô, hydro làm nhiên liệu. Tương tự như vậy, Methane, một phân tử sinh học thu được từ sinh khối, được sử dụng để tạo ra điện.

- Gia công kim loại: Các khí như oxi, axetilen, argon được dùng trong hàn kim loại gọi là hàn khí.

- Đèn: Hầu hết các loại đèn điện chúng ta sử dụng đều có khí hiếm. Khí heli, xenon thường được sử dụng trong bóng đèn giúp tránh làm hỏng các điện cực trong bóng do các ion có vận tốc lớn. Các khí này làm chậm vận tốc của các ion, do đó nâng cao tuổi thọ của dây tóc trong ống và bóng đèn.

- Tủ lạnh (làm mát): Trong tủ lạnh và máy điều hòa không khí, các loại khí như carbon dioxide, amoniac, chlorofluorocarbons, sulfur dioxide được sử dụng để làm mát. Những khí này lấy nhiệt từ bên trong và giải phóng nhiệt ra ngoài bằng cách ngưng tụ thành chất lỏng. Sau đó, chúng chuyển đổi thành khí bằng cách lấy nhiệt bên trong. Do đó, chúng chuyển đổi từ pha lỏng sang pha khí một cách luân phiên. Bằng cách này, khí hỗ trợ làm mát các ngăn trong tủ lạnh và cả trong máy điều hòa không khí. Chúng được sử dụng rộng rãi trong lưu trữ, công nghiệp dược phẩm, ô tô và vận tải khác.

- Bảo quản lạnh: Khí lỏng được sử dụng để chuyển các chất nhạy nhiệt. Nitơ lỏng có nhiệt độ -196°C, trong khi carbon dioxide rắn có nhiệt độ -78,5°C. Nhiệt độ thấp như vậy phù hợp để giữ các chất ở trạng thái đông lạnh trong một thời gian dài. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi trong việc vận chuyển thực phẩm, mẫu mô sinh học, vi khuẩn, v.v.

- Khử trùng: Ethylene oxide là một trong những loại khí được sử dụng trong quá trình khử trùng bằng vi sinh vật. Khí này độc hại và tiêu diệt tất cả các vi khuẩn có thể có khi tiếp xúc. Khử trùng bằng khí đặc biệt hữu ích đối với các hộp đựng thuốc, thực phẩm. Sau khi các gói thuốc hoặc thực phẩm được sắp xếp trong các thùng chứa để vận chuyển, khí độc này được phép đi qua. Khí khử trùng sẽ len lỏi vào mọi ngóc ngách, khe hở của bình chứa và giúp khử trùng hiệu quả.

- Nghiên cứu: Nitơ được sử dụng để tạo ra bầu không khí không có oxy. Ngoài ra, nó được sử dụng để loại bỏ oxy khỏi dung dịch để nghiên cứu mức độ oxy hóa. Nuôi cấy mô trong thực vật, để cung cấp oxy vô trùng cho mô thực vật đang phát triển.

- Tinh chế và tách các chất: Khi một chất rắn hoặc chất lỏng ở trạng thái không tinh khiết, nó có thể được tinh chế bằng cách chuyển đổi sang trạng thái khác. Ví dụ, naphtalen là chất rắn ở nhiệt độ phòng và nếu nó không tinh khiết, nó sẽ chuyển thành khí. Dạng khí này được làm lạnh thành dạng rắn trong một vật chứa khác để thu được mẫu tinh khiết. Tương tự, bằng cách chưng cất, chúng ta có thể thu được nước không có ion.  Nếu vật liệu nhạy cảm với nhiệt, nó có thể được đun sôi ở nhiệt độ thấp trong chân không để chuyển thành khí, sau đó khí được ngưng tụ lại thành trạng thái rắn hoặc lỏng ban đầu. Do đó, chuyển đổi một chất thành khí giúp thanh lọc nó.

- Nông nghiệp: Nitơ là một nguyên tố quan trọng được sử dụng làm phân bón. Nó được chuyển đổi từ không khí thành amoniac và một số vi khuẩn cố định trong đất. Amoniac này hoạt động như một loại phân bón cho cây trồng. Khi cây trồng bị phá hủy, khí trả lại bầu khí quyển. Tương tự như vậy, trong bể bơi và nguồn nước công cộng, bột tẩy trắng được sử dụng để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh. Bột tẩy trắng này, tức là Ca(ClO)2, là chất oxy hóa mạnh. Khi trộn với nước, nó giải phóng các nguyên tử khí clo và oxy (O), rất độc đối với vi khuẩn. Những nguyên tử khí này tiêu diệt vi khuẩn và do đó làm sạch nước ngọt. Ngoài ra, chất làm thơm phòng, thuốc chống côn trùng mà chúng ta sử dụng thường xuyên thải ra các dạng khí dễ bay hơi.