Khí không màu biến thành màu nâu trong không khí là gì?

1. Tổng quan về khí

- Các chất khí gồm các nguyên tử hoặc phân tử tự do di chuyển trong không gian với lực tương tác yếu, chủ yếu qua va chạm ngẫu nhiên. Chúng chủ yếu tương tác qua va chạm với nhau hoặc với thành chứa, di chuyển với tốc độ và hướng ngẫu nhiên. Các chất khí được coi là một trong bốn trạng thái vật chất chính bên cạnh chất rắn, chất lỏng và plasma.

- Các chất thường ở trạng thái rắn khi nhiệt độ thấp, chuyển thành lỏng khi nhiệt độ tăng (nóng chảy), và thành khí khi tiếp tục tăng nhiệt độ (bay hơi). Chất cũng có thể chuyển ngay từ rắn sang khí (thăng hoa). Mặc dù chuyển động của các hạt trong khí là ngẫu nhiên, vận tốc của chúng có thể được mô tả bằng các phân bố như Maxwell-Boltzmann, Fermi hay Bose, cho thấy sự thay đổi của vận tốc trung bình với nhiệt độ. Nhiệt độ cao hơn làm tăng vận tốc trung bình của các hạt.

- Các nguyên tố hóa học dưới dạng phân tử gồm hai nguyên tử ở điều kiện tiêu chuẩn là hydro (H₂), nitơ (N₂), oxy (O₂), cùng với hai halogen: flo (F₂) và clo (Cl₂). Khi nhóm với các khí noble như heli (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) và radon (Rn), chúng được gọi là 'khí nguyên tố'.

- Vì các phân tử khí di chuyển tự do trong bình chứa, khối lượng của chúng thường được đặc trưng bằng mật độ. Mật độ là khối lượng trên một đơn vị thể tích của chất hoặc là nghịch đảo của khối lượng riêng. Đối với khí, mật độ có thể thay đổi lớn vì các hạt có thể đến gần nhau hơn dưới áp suất hoặc thể tích hạn chế. Sự thay đổi này gọi là khả năng nén. Tỷ trọng là một biến trạng thái của khí, thay đổi theo các định luật nhiệt động lực học, và là đồng nhất trong toàn bộ bình chứa khí tĩnh.

- Chuyển động Brown là mô hình toán học mô tả chuyển động ngẫu nhiên của các hạt lơ lửng trong chất lỏng. Hoạt ảnh hạt khí với các hạt màu hồng và xanh lá cây minh họa hiện tượng này, dẫn đến sự phân tán các chất khí (entropy). Mặc dù việc quan sát các hạt khí riêng lẻ hiện tại có hạn, các tính toán lý thuyết chỉ ra rằng chuyển động của chúng khác với chuyển động Brown do lực cản của nhiều phân tử khí và va chạm mạnh của một số phân tử khí đơn lẻ, khiến hạt chuyển động theo đường zigzag, nhưng không quá bất thường nếu chỉ xét một phân tử khí.

2. Khí không màu chuyển thành màu nâu trong không khí là gì?

Khí không màu chuyển thành màu nâu trong không khí chính là:

A. N₂O

B. NO

C. NH₃

D. NO₂

Đáp án đúng là B

3. Một số đặc điểm của khí không màu

- NO: Đây là loại khí không màu có khả năng chuyển thành màu nâu khi tiếp xúc với không khí và không hòa tan trong nước.

+ NO là một oxide không tạo muối, nghĩa là nitric oxide không phản ứng với các oxide bazơ, bazơ và muối của axit khác, ngoại trừ KMnO₄. NO phản ứng với Cl₂ tạo nitrosyl chloride:

2NO + Cl₂ → 2NOCl

Trong phản ứng này, nitric oxide thể hiện tính khử. Khi tiếp xúc với oxy, nitric oxide chuyển hóa thành dioxide nitơ: 2NO + O₂ → 2NO₂

- N2O: Là một loại khí không màu, không biến màu khi tiếp xúc với không khí và là oxit trung tính.

+ N2O, hay còn gọi là Đinitơ monoxit (Nitrous Oxide) hoặc khí gây cười, bao gồm hai nguyên tử nitơ và một nguyên tử oxy. Dưới điều kiện bình thường, N2O tồn tại dưới dạng khí và có mặt trong khí quyển của Trái Đất. N2O được sinh ra chủ yếu từ quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch và tăng khoảng 0,2 – 0,3% mỗi năm. Khí này không màu, không mùi và nặng hơn không khí gấp 1,5 lần.

+ N2O được sản sinh trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, và hàm lượng của nó đang gia tăng toàn cầu với tốc độ khoảng 0,2–0,3% hàng năm.

+ Một phần nhỏ N2O cũng xâm nhập vào khí quyển từ quá trình nitrat hóa phân bón hữu cơ và vô cơ. N2O giữ nguyên trạng thái trong khí quyển lâu dài và chỉ tác động chậm chạp với nguyên tử oxy khi lên tới các tầng cao hơn của khí quyển.

+ Dù dinitơ monoxide chỉ hiện diện với số lượng nhỏ trong khí quyển, nó vẫn là tác nhân mạnh mẽ làm cản trở sự hình thành tầng ozon, tương đương với các hợp chất CFC. Khoảng 30% lượng N2O trong khí quyển là do hoạt động của con người, chủ yếu từ nông nghiệp và công nghiệp. Dinitơ monoxide là khí tồn tại lâu thứ ba trong các khí nhà kính, đóng góp lớn vào hiện tượng nóng lên toàn cầu.

- NO2: Đây là oxit axit có liên quan đến hai axit HNO3 và HNO2. NO2 là khí màu nâu đỏ, mùi xốc, rất độc hại. Nó là hợp chất của nitơ và oxy, tồn tại trong đất và nước. NO2 đóng vai trò trung gian trong quá trình sản xuất axit nitric và là sản phẩm phụ của phản ứng oxy hóa amoniac thành nitrite và sau đó thành nitrat dưới tác động của vi khuẩn.

+ Nitơ dioxide có khối lượng phân tử là 46,0055 g/mol, làm cho nó nặng hơn không khí.

+ Độ dài liên kết giữa nguyên tử nitơ và nguyên tử oxy là 119,7 pm, tương ứng với bậc liên kết từ 1 đến 2. Nitơ dioxide phản ứng với nước theo phản ứng:

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

+ Trong khí quyển, NO2 kết hợp với các gốc OH để tạo thành HNO3. Khi trời mưa, NO2 và HNO3 theo nước mưa sẽ làm giảm độ pH của nước mưa.

+ Ozon trong tầng đối lưu có thể biến NO thành NO2 thông qua phản ứng: NO + O3 → O2 + NO2

- N2: không màu, không hỗ trợ cháy và hô hấp.

+ Nito dạng khí được tạo ra nhanh chóng bằng cách làm ấm nitơ lỏng và cho nó bay hơi. Nó được sử dụng để thay thế không khí khi cần ngăn chặn oxy hóa, cũng như trong việc bảo quản thực phẩm để làm chậm quá trình ôi thiu và các tổn thất khác. Nito cũng dùng để đảm bảo an toàn trong việc xử lý chất nổ lỏng.

+ Nito còn được ứng dụng trong việc sản xuất linh kiện điện tử như transistor, diode, và mạch tích hợp (IC).

+ NO2 được sử dụng trong sản xuất thép không gỉ, bơm lốp ô tô và máy bay nhờ tính chất trơ và không ẩm, trái ngược với không khí. Dù có ý kiến cho rằng nitơ thẩm thấu qua lốp cao su chậm hơn không khí, thực tế không khí chủ yếu chứa nitơ và oxy, và phân tử nitơ nhỏ hơn.

Trên đây là những điểm chính của bài viết. Để tìm hiểu thêm, xem thêm: Phản ứng hóa học là gì? Các ví dụ cụ thể?

Trân trọng,