Thông tin về các nguyên tố Hóa học

CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Mục Lục

1.
3.
5.
7.
9.
11.
13.
15.
17.
19.
21.
23.
25.
27.
29.
31.
33.
35.
37.
39.
41.
43.
45.
47.
49.
51.
53.
55.

57.
59.

Ngun tố

Trang

Hydro
Liti
Bo
Nitơ
Flo
Natri
Nhơm
Photpho
Clo
Kali
Scandi
Vanadi
Mangan
Coban
Đồng
Gali
Asen
Brom
Rubiđi
Yttri
Niobi
Tecneti
Rhodi

Bạc
Indi
Antimon
Iốt
Xêsi
Lantan
Praseodymi

3
19
46
63
90
103
118
138
157
171
198
215
231
254
267
313
329
351
362
380
394
412

437
454
471
493
509
524
549
565

Ngun tố
2.
4.
6.
8.
10.
12.
14.
16.
18.
20.
22.
24.
26.
28.
30.
32.
34.
36.
38.
40.

42.
44.
46.
48.
50.
52.
54.
56.
58.
60.

Heli
Berili
Cacbon
Ơxi
Neon
Magie
Silic
Lưu huỳnh
Argon
Canxi
Titan
Crom
Sắt
Niken
Kẽm
Gecmani
Selen
Krypton
Stronti

Zirconi
Molypden
Rutheni
Paladi
Cadimi
Thiếc
Telua
Xenon
Bari
Xeri
Neodymi

Page 1 of 956

Trang
14
38
51
76
98
111
130
146
166
192
204
222
240
261
283

321
340
357
371
386
402
426
445
465
478
503
517
542
556
572


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
61. Promethi
63. Europi
65. Terbi
67. Holmi
69. Thuli
71. Luteti
73. Tantan
75. Rheni
77. Iridi
79. Vàng
81. Tali
83. Bismut

85. Astatin
87. Franxi
89. Actini
91. Protactini
93. Neptuni
95. Americi
97. Berkeli
99. Einsteini
101. Mendelevi
103. Lawrenci
105. Dubni
107. Bohri
109. Meitneri
111. Roentgeni
113. Nihoni
115. Moscovi
117. Tennessine

582
594
612
628
639
648
661
677
691
716
755
772

785
795
809
820
847
871
882
891
898
905
912
918
924
930
936
942
952

62. Samari
64. Gadolini
66. Dysprosi
68. Erbi
70. Ytterbi
72. Hafni
74. Wolfram
76. Osmi
78. Platin
80. Thủy ngân
82. Chì
84. Poloni

86. Radon
88. Radi
90. Thori
92. Urani
94. Plutoni
96. Curi
98. Californi
100. Fermi
102. Nobeli
104. Rutherfordi
106. Seaborgi
108. Hasi
110. Darmstadti
112. Copernixi
114. Flerovi
116. Livermori
118. Organesson

Page 2 of 956

587
604
619
631
643
654
668
687
708
743

760
778
789
803
814
823
850
876
887
894
901
909
915
921
927
933
939
944
954


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
1. Hydro (H)
Hydro (tiếng Anh: hydrogen, từ tiếng Latinh: hydrogenium) là một nguyên
tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với nguyên tử số bằng 1,
nguyên tử khối bằng 1đvC. Trước đây còn được gọi là khinh khí (như trong
"bom khinh khí" tức bom H); hiện nay từ này ít được sử dụng. Sở dĩ được gọi
là "khinh khí" là do hydro là nguyên tố nhẹ nhất và tồn tại ở thể khí, với trọng
lượng nguyên tử 1,00794u. Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ,
tạo nên khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên

tử. Các sao thuộc dải chính được cấu tạo chủ yếu bởi hydro ở trạng thái
plasma. Hydro nguyên tố tồn tại tự nhiên trên Trái Đất tương đối hiếm do khí
hydro nhẹ nên trường hấp dẫn của Trái Đất không đủ mạnh để giữ chúng
khỏi thốt ra ngồi khơng gian, do đó hydro tồn tại chủ yếu dưới dạng hydro
nguyên tử trong các tầng cao của khí quyển Trái Đất.
Đồng vị phổ biến nhất của hydro là proti, ký hiệu là H, với hạt nhân là một
proton duy nhất và không có neutron. Ngồi ra hydro cịn có một đồng vị bền
là deuteri, ký hiệu là D, với hạt nhân chứa một proton và một neutron và một
đồng vị phóng xạ là triti, ký hiệu là T, với hai neutron trong hạt nhân.
Với vỏ nguyên tử chỉ có một electron, nguyên tử hydro là nguyên tử đơn giản
nhất được biết đến, và cũng vì vậy ngun tử hydro tự do có một ý nghĩa to
lớn về mặt lý thuyết. Chẳng hạn, vì ngun tử hydro là ngun tử trung hịa
duy nhất mà phương trình Schrưdinger có thể giải được chính xác nên việc
nghiên cứu năng lượng và cấu trúc điện tử của nó đóng vai trị quan trọng
trong sự phát triển của cả cơ học lượng tử và hóa học lượng tử.
Ở điều kiện thường, các nguyên tử hydro kết hợp với nhau tạo thành những
phân tử gồm hai nguyên tử H2. (Ở những nhiệt độ cao, quá trình ngược lại
xảy ra.) Khí hydro lần đầu tiên được điều chế một cách nhân tạo vào đầu thế
kỉ 16 bằng cách nhúng kim loạivào trong một axit mạnh. Vào những năm
1766 - 1781, Henry Cavendish là người đầu tiên nhận ra rằng hydro là một
chất riêng biệt và rằng khi bị đốt trong khơng khí nó tạo ra sản phẩm là nước.
Tính chất này chính là nguồn gốc của cái tên "hydrogen", trong tiếng Hy Lạp
nghĩa là "sinh ra nước". Ở điều kiện tiêu chuẩn, hydro là một chất khí lưỡng
nguyên tử không màu, không mùi, không vị và là một phi kim.
Trong các hợp chất ion, hydro có thể có thể tồn tại ở hai dạng. Trong các hợp
chất với kim loại, hydro tồn tại dưới dạng các anionhydrua mang một điện
tích âm, ký hiệu H-. Hydro cịn có thể tồn tại dưới dạng các cation H+ là ion
dương sinh ra do nguyên tử hydro bị mất đi một electron duy nhất của nó.
Tuy nhiên một ion dương với cấu tạo chỉ gồm một proton trần trụi (khơng có
electron che chắn) khơng thể tồn tại được trong thực tế do tính dương điện

Page 3 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
hay tính axit và do đó khả năng phản ứng với các phân tử khác của H+ là rất
cao. Một cation hydro thực sự chỉ tồn tại trong quá trình chuyển proton từ
các axit sang các bazơ (phản ứng axit-bazơ). Trong dung dịch nước H+ (do
chính nước hoặc một loại axit khác phân ly ra) kết hợp với phân tử nước tạo
ra các cation hydroni H3O+, thường cũng được viết gọn là H+. Ion này đóng
một vai trị đặc biệt quan trọng trong hóa học axit - bazơ.
Hydro tạo thành các hợp chất cộng hóa trị với hầu hết các nguyên tố khác. Nó
có mặt trong nước và hầu hết các hợp chất hữu cơ cũng như các cơ thể sống.
Thuộc tính
Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có cơng
thức phân tử H2, khơng màu, khơng mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sơi 20,27°K
(-252,87°C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02°K (-259,14°C). Tinh thể hydro có
cấu trúc lục phương. Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các
nguyên tố hóa học khác.
Cháy
Space Shuttle Main Engine đốt hydro với oxy, một
phản ứng cháy hầu như khơng thấy được.
Khí hydro (hay phân tử hydro)[9] có tính cháy cao và
sẽ cháy trong khơng khí trong khoảng nồng độ thể tích
từ 4% đến 75%.[10] Entropy của quá trình cháy hydro
là −286 kJ/mol:[11]
t
→ 2H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)
2H2 (g) + O2 (g) ⎯⎯
0

Khí hydro nổ với hỗn hợp khơng khí với nồng độ 4 – 74% và với clo nếu
nồng độ nó là 5 – 95%. Hỗn hợp có thể được đốt cháy bằng tia lửa, nhiệt
hoặc ánh sáng mặt trời. Nhiệt độ tự cháy của hydro trong khơng khí là 500°C
(932°F).[12] Hỗn hợp oxy - hydro tinh khiết cháy phát ra ánh sáng tử ngoại và
hỗn hợp với nhiều oxy cháy gần như không thể quan sát bằng mắt thường
như được minh họa trong Space Shuttle Main Engine so với chùm lửa dễ
nhìn thấy của Space Shuttle Solid Rocket Booster. Việc phá hiện Phát hiện rò
rỉ khí hydro cháy có thể cần một thiết bị báo cháy; rị rỉ như vậy có thể rất
nguy hiểm. Ngọn lửa hydro trong các điều kiện khác là màu xanh, giống như
ngọn lửa khí đốt thiên nhiên màu xanh.[13]

Page 4 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Nguyên tử hydro
Nguyên tử hydro là nguyên tử của nguyên tố hydro. Nó bao gồm một
electron có điện tích âm quay xung quanh proton mang điện tích dương là hạt
nhân của nguyên tử hydro. Điện tử và proton liên kết với nhau bằng lực
Coulomb.
Đồng vị
Hydro có 3 đồng vị tự nhiên gồm 1H, 2H và 3H. Các đồng vị khác có hạt nhân
khơng bền (4H đến 7H) được tổng hợp trong phịng thí nghiệm nhưng khơng
quan sát được trong tự nhiên.[14][15]
Hydro là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các đồng vị của
nó. (Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu phóng xạ, các đồng vị phóng xạ
nặng khác nhau cũng được đặt tên, nhưng các tên gọi này không được sử
dụng, mặc dù một nguyên tố, radon, có tên gọi mà nguyên thủy được dùng
chỉ cho một đồng vị của nó). Các ký hiệu D và T (thay vì H2 và H3) đôi khi
được sử dụng để chỉ đơteri và triti, mặc dù điều này khơng được chính thức

phê chuẩn. Ký hiệu P đã được sử dụng cho photpho và không thể sử dụng để
chỉ proti.
•

H: Đồng vị phổ biến nhất của hydro chiếm hơn 99,98%, đồng vị ổn định
này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất một proton; vì thế trong miêu tả (mặc
dù ít) gọi là proti.[16]
• 2H: Đồng vị ổn định có tên là deuteri, với thêm một neutron trong hạt
nhân. Nó chiếm khoảng 0,0184 - 0,0082% của tồn bộ hydro (IUPAC); tỷ
lệ của nó tới proti được xác định liên quan với nước tham chiếu tiêu chuẩn
của VSMOW. Deuteri khơng có tính phóng xạ, và khơng thể hiện độc
tính. Nước được làm giàu chứa deuteri thay vì hydro thông thường được
gọi là nước nặng. Deuteri và các hợp chất của nó được dùng làm nhãn hiệu
khơng phóng xạ trong các thí nghiệm hóa học và trong các dung môi
dùng 1H - quang phổ NMR.[17] Nước nặng được dùng làm chất điều hòa
neutron và chất làm lạnh trong các lị phản ứng hạt nhân. Deuteri cũng có
thể là nhiên liệu tiềm năng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân thương
mại.[18]
• 3H: Đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên là triti. Hạt nhân của nó có hai
neutron và một proton. Nó phân rã theo phóng xạ beta và chu kỳ bán rã là
12,32 năm.[19] Do có tính phóng xạ nên nó có thể được dùng trong sơn
phản quang, như trong các loại đồng hồ. Tấm thủy tinh ngăn chặn một
lượng nhỏ phóng xạ thốt ra ngồi.[20] Một lượng nhỏ triti có mặt trong tự
1

Page 5 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC

•
•
•
•

nhiên do sự phản ứng giữa các tia vũ trụ với các khí trong khí quyển; triti
cũng được giải phóng trong các thử nghiệm vũ khí hạt nhân.[21] Nó được
dùng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân,[22] ở dạng vết trong địa hóa
đồng vị,[23] và đặc biệt trong các thiết bị tự phát sáng.[24] Triti cũng được
dùng trong các thí nghiệm ghi nhãn hóa học và sinh học.[25]
4
H: Hydro-4 được tổng hợp khi bắn phá triti bằng hạt nhân đơteri chuyển
động cực nhanh. Nó phân rã tạo ra bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã
9,93696x10−23 giây.
5
H: Năm 2001 các nhà khoa học phát hiện ra hydro-5 bằng cách bắn phá
hydro bằng các ion nặng. Nó phân rã tạo ra bức xạ neutron và có chu kỳ
bán rã 8,01930x10−23 giây.
6
H: Hydro-6 phân rã tạo ra ba bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã
3,26500x10−22 giây.
7
H: Năm 2003 hydro-7 đã được tạo ra tại phịng thí nghiệm RIKEN ở Nhật
Bản[26] bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử heli-8 năng lượng cao
với mục tiêu hydro lạnh và phát hiện ra các triton - hạt nhân của nguyên tử
triti - và các neutron từ sự phá vỡ của hydro-7, giống như phương pháp sử
dụng để sản xuất và phát hiện hydro-5.

Lịch sử
Phát hiện và sử dụng

Hydro (trong tiếng Pháp, hydrogène, hydr-, thân từ của hydros, tiếng Hy
Lạp nghĩa là "nước", và -gène, tiếng Pháp nghĩa là "sinh", có nghĩa là "sinh ra
nước" khi hợp với Oxy[27] Năm 1671, Robert Boyle đã phát hiện và miêu tả
phản ứng giữa sắt và axit loãng sinh ra khí hydro.[28][29] Năm 1766, Hydro lần
đầu tiên được Henry Cavendish phát hiện như một chất riêng biệt, và đặt tên
khí từ phản ứng kim loại-axit là "khí có thể cháy".[30][31] và phát hiện năm
1781 rằng khí này tạo ra nước khi đốt. Ơng thường được tín dụng cho phát
hiện của nó như là một yếu tố.[6][7] Cavendish tình cờ tìm ra nó khi thực hiện
các thí nghiệm với thủy ngân và các axit. Mặc dù ông đã sai lầm khi cho rằng
hydro là hợp chất của thủy ngân (và không phải của axit), nhưng ơng đã có
thể miêu tả rất nhiều thuộc tính của hydro rất cẩn thận. Năm 1783, Antoine
Lavoisier đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hydro
và oxy.[8] không ông và Laplace lập lại thí nghiệm phát hiện của Cavendish
thì nước được tạo ra khi hydro bị đốt cháy.[7] Lavoisier tạo ra hydro từ các thí
nghiệm nổi tiếng của ơng về bảo tồn khối lượng bằng cách phản ứng của
dòng hơi nước với sắt kim loại qua một sống sắt nung trên lửa. Quá trình oxy

Page 6 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
hóa kỵ khí của sắt của các proton của nước ở nhiệt độ cao có thể được biểu
diễn theo các phản ứng sau:
t
→ FeO + H2↑
Fe + H2O ⎯⎯
t
→ Fe2O3 + 3H2↑
2Fe + 3H2O ⎯⎯
t

→ Fe3O4 + 4H2↑
3Fe + 4H2O ⎯⎯
0

0

0

Nhiều kim loại như zirconi trải qua phản ứng tương tự với nước tạo ra hydro.
Hydro được hóa lỏng lần đầu tiên bởi James Dewar năm 1898 bằng cách sử
dụng bộ phận làm lạnh và phát minh của ơng phích nước.[7] Ơng đã tạo ra
hydro rắn vào năm sau đó.[7] Deuteri được Harold Urey phát hiện vào tháng
12 năm 1931 bằng cách chưng cất một mẫu nước nhiều lần, với phát minh
này Urey nhận giải Nobel năm 1934. Triti được Ernest Rutherford, Mark
Oliphant, và Paul Harteck điều chế năm 1934.[6] Nước nặng được nhóm của
Urey phát hin nm 1932.[7] Franỗois Isaac de Rivaz ó to ng cơ de
Rivazđầu tiên sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy hỗn hợp hydro và oxy
năm 1806. Edward Daniel Clarke đã phát minh ra ống xì hàn hydro năm
1819. Đèn Döbereiner và đèn sân khấuđược phát minh năm 1823.[7]
Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là khinh khí cầu, được Jacques
Charles phát minh năm 1783.[7]. Hydro tạo lực nâng cho dạng du hành trên
không vào năm 1852, đây là phát minh tàu hàng không dùng lực nâng hydro
đầu tiên của Henri Giffard.[7] Ferdinand von Zeppelin đã thúc đẩy ý tưởng khi
khí cầu cứng dùng lực nâng của hydro mà sau này được gọi là Zeppelin; khi
khí cầu đầu tiên bay năm 1900.[7] Các chuyến bay trở nên thường xuyên hơn
bắt đầu năm 1910 và khi nổ ra chiến tranh thế giới thứ nhất vào tháng 8 năm
1914, khi khí cầu đã vận chuyển 35.000 hành khách mà khơng có tai nạn
nghiêm trọng. Tàu khơng khí lực nâng hydro được dùng làm các điểm qua sát
và thả bom trong suốt cuộc chiến.
Vai trò trong thuyết lượng tử

Các vạch
quang phổ
phát xạ trong
sóng ánh
sáng khả kiến
theo chuỗi
Balmer.

Page 7 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Do cấu trúc nguyên tử tương đối đơn giản của nó chỉ gồm một proton và một
electron, nguyên tử hydro, cùng với quang phổ ánh sáng từ nó hoặc nó hấp
thụ, là trung tâm của sự phát triển học thuyết về cấu trúc nguyên tử.[32] Hơn
thế nữa, sự đơn giản tương ứng của phân tử hydro và cation tương ứng H+2
cho phép hiểu biết đầy đủ hơn về các liên kết hóa học tự nhiên, sau một thời
gian ngắn sau khi cơ học lượng tử của nguyên tử hydro đã được phát triển
vào giữa thập niên 1920.
Một trong những hiệu ứng lượng tử đầu tiên được nhận thấy rõ ràng là quan
sát của Maxwell liên quan đến hydro, nửa thế kỷ trước khi học thuyết cơ học
lượng tử được phát triển toàn diện. Maxwell đã quan sát nhiệt dung riêng của
H2 khơng thể tính được của khí hai ngun tử dưới nhiệt độ phịng và bắt đầu
ngày càng giống với khí đơn nguyên tử ở nhiệt độ đông đặc. Theo thuyết
lượng tử, ứng xử này xuất phát từ khoảng cách các mức năng lượng quay
(lượng tử hóa), nó làm mở rộng khoảng cách trong H2 do khối lượng thấp của
nó. Các mức khoảng cách rộng này ức chế tỷ lệ bằng nhau của năng lượng
nung trong chuyển động quay trong hydro ở các mức nhiệt độ thấp. Các khí
hai nguyên tử bao gồm các nguyên tử nặng hơn khơng có các mức khoảng
cách rộng này và không thể hiện cùng hiệu ứng.[33]

Trạng thái thiên nhiên
Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông
thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử.[34] Nguyên tố
này được tìm thấy với một lượng khổng lồ trong các ngôi sao và các hành
tinh khí khổng lồ. Các đám mây phân tử của H2 liên quan đến sự hình thành
sao. Hydro đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng ngôi sao
thông qua phản ứng proton-proton và tổng hợp hạt nhân chu trình CNO.[35]
Trong khắp vũ trụ, hydro được tìm thấy chủ yếu ở các trạng thái nguyên tử và
plasma với các tính chất khác với hydro phân tử. Ở dạng plasma, electron và
proton của hydro không liên kết cùng nhau, tạo thành các chất dẫn diện rất
cao và phát xạ cao. Các hạt tích điện bị ảnh hưởng cao bởi từ trường và điện
trường. Ví dụ, gió mặt trời tương tác với từ quyển của Trái Đất làm tăng dòng
Birkeland và Aurora. Hydro được phát hiện ở trạng thái ngun tử trung hịa
điện trong các mơi trường liên sao. Một lượng lớn hydro trung hịa được tìm
thấy trong các hệ Lyman-alpha bị hãm được cho là thống trị mật độ baryon
vũ trụ của Vũ trụ đến dịch chuyển đỏ z = 4.[36]
Tuy vậy, trên Trái Đất nó có rất ít trong khí quyển (1ppm theo thể tích). Tuy
nhiên, hydro là nguyên tố phổ biến thứ 3 trên bề mặt Trái Đất,[37] chủ yếu là ở
Page 8 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
dạng hợp chất hóa học như nước và hydrocacbon.[19] Hydro được tạo ra bởi
một số vi khuẩn và tảo và là thành phần tự nhiên của trung tiện như ở dạng
metan, là nguồn hydro có độ quan trọng ngày càng cao.[38] Các nguồn khác
bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống),
than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên. Metan (CH4) là một nguồn quan
trọng của hydro. Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn như tại trung tâm của các
hành tinh khí khổng lồ (như Sao Mộc), các phân tử hydro mất đặc tính của nó
và hydro trở thành một kim loại. Dưới áp suất cực thấp, như trong khoảng

khơng vũ trụ, hydro có xu hướng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt,
đơn giản vì khơng có cách nào để chúng liên kết với nhau; các đám mây H2
tạo thành và được liên kết trong q trình hình thành các ngơi sao.
Hydro đóng vai trị sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ
thông qua các phản ứng proton - proton và chu trình cacbon - nitơ. (Đó là các
phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng khổng lồ thơng qua việc tổ hợp
hai nguyên tử hydro thành một nguyên tử heli) .
Điều chế, sản xuất
Trong phịng thí nghiệm, hydro được điều chế bằng phản ứng của axit với
kim loại, như kẽm chẳng hạn. Để sản xuất cơng nghiệp có giá trị thương mại
nó được điều chế từ khí thiên nhiên. Điện phân nước là biện pháp đơn giản
nhưng không kinh tế để sản xuất hàng loạt hydro. Các nhà khoa học đang
nghiên cứu để tìm ra những phương pháp điều chế mới như sản xuất hydro
sinh học sử dụng quá trình quang phân ly nước ở tảo lục hay việc chuyển hóa
các dẫn xuất sinh học như glucose hay sorbitol ở nhiệt độ thấp bằng các chất
xúc tác mới.
Hydro có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau: hơi nước qua than (cacbon)
nóng đỏ, phân hủy hydrocacbon bằng nhiệt, phản ứng của các bazơ mạnh
(kiềm) trong dung dịch với nhôm, điện phân nước hay khử từ axit lỗng với
một kim loại (có khả năng đẩy hydro từ axit) nào đó.
Việc sản xuất thương mại của hydro thơng thường là từ khí tự nhiên được xử
lý bằng hơi nước nóng. Ở nhiệt độ cao (700 - 1.100°C), hơi nước tác dụng
với metan để sinh ra cacbon monoxit và hydro:
t
→ CO↑ + 3H2↑
CH4 + H2O ⎯⎯
0

Điện phân dung dịch có màng ngăn: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
Điện phân nước: 2H2O → 2H2↑ + O2↑

Page 9 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Lượng hydro bổ sung có thể thu được từ cacbon monoxit thông qua phản ứng
nước - khí sau: CO + H2O → CO2↑ + H2↑
Hợp chất
Là nhẹ nhất trong mọi chất khí, hydro liên kết với phần lớn các nguyên tố
khác để tạo ra hợp chất. Nó có độ điện âm 2,2 vì thế nó tạo ra hợp chất ở
những chỗ mà nó là nguyên tố mang tính phi kim loại nhiều hơn (1) cũng như
khi nó là ngun tố mang tính kim loại nhiều hơn (2). Các chất loại đầu tiên
gọi là hiđrua, trong đó hydro hoặc là tồn tại dưới dạng ion H- hay chỉ là hòa
tan trong các nguyên tố khác (chẳng hạn như hiđrua palađi). Các chất loại thứ
hai có xu hướng cộng hóa trị, khi đó ion H+ là một hạt nhân trần và có xu
hướng rất mạnh để hút các điện tử vào nó. Các dạng này là các axit. Vì thế
thậm chí trong các dung dịch axit người ta có thể tìm thấy các ion như
hydroni (H3O+) cũng như proton.
Hydro kết hợp với oxy tạo ra nước, H2O và giải phóng ra năng lượng, nó có
thể nổ khi cháy trong khơng khí. Oxit deuteri, hay D2O, thơng thường được
nói đến như nước nặng. Hydro cũng tạo ra phần lớn các hợp chất với cacbon.
Vì sự liên quan của các chất này với các loại hình sự sống nên người ta gọi
các hợp chất này là các chất hữu cơ, việc nghiên cứu các thuộc tính của các
chất này thuộc về hóa hữu cơ.
Các phản ứng sinh học
H2 là một sản phẩm của nhiều kiểu trao đổi chất kỵ khí và được nhiều dạng vi
sinh vật sinh ra, thường thông qua các phản ứng có xúc tác các enzym chứa
sắt hoặc nickel được gọi là hydrogenase. Các enzyme này xúc tác phản ứng
oxy hóa khử thuận nghịch giữa H2 và 2 proton và 2 electron của nó. Sự tạo
thành khí hydro xảy ra khi chuyển dịch cân bằng theo hướng khử được tạo ra

trong khi lên men pyruvate đối với nước.[39]
Việc phân cắt phân tử nước thành các proton, electron, và oxy xảy ra trong
các phản ứng phụ thuộc sáng trong tất cả các sinh vật quang hợp. Một số sinh
vật này bao gồm cả tảo Chlamydomonas reinhardtii và vi khuẩn lam, đã tiến
hóa hai bước trong các phản ứng tối mà trong đó các proton và electron bị
khử để tạo ra khí H2 bởi các enzym biệt hóa trong lục lạp.[40] Nhiều nỗ lực đã
được thực hiện để can thiệp về mặt di truyền của các enzym vi khuẩn lam để
tổng hợp một cách hiệu quả khí H2 thậm chí có mặt oxy.[41] Những nỗ lực
cũng đã thực hiện đối với gen của tảo trong phản ứng sinh học.[42]

Page 10 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Cảnh báo
Hydro là một chất khí dễ bắt cháy, nó cháy khi mật độ chỉ có 4%. Nó có phản
ứng cực mạnh với clo và flo, tạo thành các axit hydrohalic có thể gây tổn
thương cho phổi và các bộ phận khác của cơ thể. Khi trộn với oxy, hydro nổ
khi bắt lửa. Hydro cũng có thể nổ khi có dịng điện đi qua.
Hydro biểu hiện một số mối nguy hiểm đối với sự an toàn của con người như
khả năng cháy, nổ khi trộn với khơng khí với oxy tự do.[43] Ngồi ra, hydro
lỏng là một hỗn hợp lạnh và thể hiện các mối nguy hiểm (như làm tê cóng)
liên quan đến chất lỏng rất lạnh.[44] Hydro hòa tan trong nhiều kim loại, và
khi rò rỉ có thể có những ảnh hưởng xấu đến các kim loại như tính giịn do
hydro,[45] làm rạn nứt và gây nổ.[46] Khí hydro rị rỉ vào khơng khí có thể tự
cháy. Hơn thế nữa, hydro cháy khi nhiệt độ rất cao hầu như khơng nhìn thấy
và điều này có thể gây bỏng.[47]
Thậm chí việc giải đốn dữ liệu hydro (bao gồm cả dữ liệu an toàn) vẫn chưa
rõ ràng bởi một số hiện tượng. Nhiều tính chất vật lý và hóa học của hydro
phụ thuộc tỷ số đồng phân spin parahydro/orthohydron (nó thường mất vài

ngày hoặc vài tuần ở một nhiệt độ cho trước để đạt đến tỉ số cân bằng, từ đó
mới lấy được số liệu). Các thơng số cháy nổ hydro như áp suất và nhiệt độ
ngưỡng cháy nổ, phụ thuộc mạnh vào hình dạng của vật thể chứa chúng. [43]

❖ Tóm tắt:

Hydro, 1H

Quang phổ vạch của hydro

Tính chất chung
Page 11 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Tên, ký hiệu

Hydro, H

Phiên âm

/ˈhaɪdrɵdʒɪn/[1] HYE-dro-jin

Hình dạng

Khí khơng màu, sẽ phát sáng với ánh sáng tím khi chuyển sang thể
plasma

Hydro trong bảng tuần hoàn
↑

H
↓
Li
- ← Hydro → Heli
Số nguyên
tử (Z)

1

Khối lượng
nguyên tử
chuẩn (±) (Ar)

1,00794(7)[2] (1.00784–1.00811)[3]

Phân loại

phi kim

Nhóm, phân
lớp

1, s

Chu kỳ

Chu kỳ 1

Cấu hình
electron

1s1

mỗi lớp

1

Tính chất vật lý
Màu sắc

Khơng màu

Trạng thái
vật chất

Chất khí

Nhiệt độ
nóng chảy

14,01°K (-259,14°C, -434,45°F)

Nhiệt độ sôi

20,28°K (-252,87°C, -423,17°F)

Mật độ

0,08988g/L (ở 0°C, 101.325kPa)

Page 12 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Mật độ ở thể
lỏng

ở nhiệt độ nóng chảy: 0,07g·cm−3 (rắn: 0.0763g·cm−3)[4]
ở nhiệt độ sơi: 0,07099g·cm−3

Điểm ba
trạng thái

13.8033°K, 7,042kPa

Điểm tới hạn

32,97°K, 1,293MPa

Nhiệt lượng
nóng chảy

(H2) 0,117kJ·mol−1

Nhiệt bay hơi

(H2) 0,904kJ·mol−1

Nhiệt dung

(H2) 28,836J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa)

1 10 100 1k 10k 100k

ở T (K) -

-

-

-

15

20

Tính chất ngun tử
Trạng thái
ơxy hóa
Độ âm điện
Năng lượng
ion hóa
Bán kính liên
kết cộng hóa
trị
Bán kính van
der Waals

1, -1 lưỡng tính
2,20 (Thang Pauling)
Thứ nhất: 1312,0kJ·mol−1
31±5pm

120pm

Thơng tin khác
Cấu trúc tinh
thể

Lục phương

Vận tốc âm
thanh
Độ dẫn nhiệt
Tính chất từ
Số đăng ký
CAS

(Khí, 27°C) 1310m·s−1
0,1805W·m−1·K−1
Nghịch từ[5]
1333-74-0

Page 13 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Lịch sử

Phát hiện
Đặt tên chính
bởi by

Henry Cavendish[6][7] (1766)
Antoine Lavoisier[8] (1783)

Đồng vị ổn định nhất
iso

NA

Chu kỳ bán rã

DM

DE (MeV)

DP

H là bền cóp 0 neutrons

1

H 99.9885%

1

2

H

0.0115%

2

3

H

vết

H là bền cóp 1 neutron

12.32 y β−

0.01861

3

He

2. Heli (He)
Heli (hay Hêli) là ngun tố trong bảng tuần hồn ngun tố có ký hiệu He
và số hiệu nguyên tử bằng hai, nguyên tử khối bằng 4. Tên của nguyên tố này
bắt nguồn từ Helios, tên của thần Mặt Trời trong thần thoại Hy Lạp, do
nguồn gốc nguyên tố này được tìm thấy trong quang phổ trên Mặt Trời.
Thuộc tính
Heli có điểm sơi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố và chỉ có thể đông đặc
dưới áp suất rất cao. Nguyên tố này thường thường là khí đơn ngun tử và

về mặt hố học nó là trơ.
Sự phổ biến
Heli là nguyên tố nhiều thứ hai trong vũ trụ, sau hyđrơ. Trong khí quyển Trái
Đất mật độ heli theo thể tích là 5,2 x 10−6 tại mực nước biển và tăng dần đến
độ cao 24km, chủ yếu là do phần lớn heli trong bầu khí quyển Trái Đất đã
thốt ra ngồi khoảng khơng gian vũ trụ vì tỷ trọng thấp và tính trơ của nó.
Có một lớp trong bầu khí quyển Trái Đất ở độ cao khoảng 1.000km mà ở đó
heli là chất khí chủ yếu (mặc dù tổng áp suất gây ra là rất nhỏ).
Heli là nguyên tố phổ biến thứ 71 trong vỏ Trái Đất, chiếm tỷ lệ 8 x 10−9, còn
trong nước biển chỉ có 4 x 10−12. Nói chung, nó hình thành từ sự phân rã
phóng xạ của các ngun tố, do vậy người ta có thể tìm thấy heli trong các
mỏ khoáng chất chứa urani, thori v.v và trong vài loại nước khoáng cũng như

Page 14 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
khí phun trào núi lửa. Heli tồn tại trong nhiều loại khí tự nhiên.

Đồng vị
Có 8 đồng vị của heli, nhưng chỉ heli-3 và heli-4 là bền. Trong khí quyển
Trái Đất, trong một triệu nguyên tử 4He có một ngun tử 3He.[2] Khơng
giống như các ngun tử khác, sự phổ biến của các đồng vị heli thay đổi tùy
theo nguồn gốc, do các quá trình hình thành khác nhau. Đồng vị phổ biến
nhất, heli-4, được tạo ra trên Trái Đất từ phân rã alpha của các nguyên tố
phóng xạ nặng hơn; các hạt alpha sinh ra bị ion hóa hồn tồn hạt nhân heli4. Heli-4 là hạt nhân ổn định bất thường do các nucleon được sắp xếp vào lớp
vỏ đầy đủ. Nó cũng được tạo ra với số lượng lớn trong tổng hợp hạt nhân Big
Bang.[3]
Heli-3 có chỉ có mặt trên Trái Đất ở dạng dấu vết; đa số trong đó có từ lúc
hình thành Trái Đất, mặc dù một số rơi vào Trái Đất trong bụi vũ trụ.[4] Một

lượng vết cũng được tạo ra từ phân rã beta của triti.[5] Các đá trong vỏ Trái
Đất có các tỉ lệ đồng vị thay đổi khoảng 1/10, và các tỉ lệ này có thể được
dùng để khảo sát nguồn gốc của các đá và thành phần lớp phủ của Trái Đất.
[4] 3
He phổ biến hơn trong các ngôi sao ở dạng sản phẩm của phản ứng tổng
hợp hạt nhân. Do đó trong mơi trường liên sao, tỉ lệ 3He so với 4He cao
khoảng 100 lần so với trên Trái Đất.[6] Các vật liệu ngoài hành tinh như tầng
phong hóa của Mặt Trăng và tiểu hành tinh có heli-3 ở dạng vết, chúng được
hình thành từ sự bắn phá của gió Mặt Trời. Bề mặt Mặt Trăng chứa heli-3 với
nồng độ 0.01ppm.[7][8] Một số người, đầu tiên là Gerald Kulcinski năm 1986,
[9]
đã đề xuất thám hiểm Mặt Trăng, khai thác lớp phong hóa Mặt Trăng và sử
dụng heli-3 trong phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Heli-4 hóa lỏng có thể được làm lạnh ở khoảng 1 kelvin bằng làm lạnh bay
hơi trong 1-K pot. Cách làm lạnh tương tự cũng áp dụng cho heli-3, đồng vị
này có điểm sơi thấp hơn nên có thể lạnh ở 0,2 kelvin trong helium-3
refrigerator. Hỗn hợp cân bằng của 3He và 4He lỏng dưới 0,8°K tách thành
hai pha không trộn lẫn do sự khác biệt của chúng (chúng tuên theo các thống
kê lượng tử khác nhau: các nguyên tử heli-4 tuên theo boson trong khi heli-3
tuân theo fermion).[10] Dilution refrigerators use this immiscibility to achieve
temperatures of a few millikelvins.
Nó có thể tạo ra các đồng vị heli ngoại lai, mà chúng có thể phân rã nhanh
chóng thành các chất khác. Đồng vị heli nặng tồn tại ngắn nhất là heli-5 có
chu kỳ bán rã 7,6 × 10–22 giây. Heli-6 phân rã bằng cách phát ra hạt beta và
có chu kỳ bán rã 0,8 giây. Heli-7 cũng phát ra hạt beta cũng như tia gamma.
Heli- và heli-8 được tạo ra trong các phản ứng hạt nhân nhất định.[10] Heli-6
Page 15 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

và heli-8 thể hiện là một nuclear halo. Heli-2 (2 proton, khơng có neutron) là
một đồng vị phóng xạ phân rã bằng phát xạ proton thành proti (hydro), có
chu kỳ bán rã 3 × 10–27 giây.[10]
Ứng dụng
Heli được dùng để đẩy các bóng thám khơng và khí cầu nhỏ do tỷ trọng riêng
nhỏ hơn tỷ trọng của khơng khí và như chất lỏng làm lạnh cho nam châm siêu
dẫn.
Đồng vị Heli 3 có nhiều trong gió mặt trời nhưng mà phần lớn chúng bị từ
trường của Trái Đất đẩy ra. Người ta đang nghiên cứu khai thác Heli-3 trên
Mặt Trăng để sử dụng như một nguồn năng lượng rất tiềm năng.
Làm cho giọng nói trở nên thay đổi (trở nên cao hơn). Do heli nhẹ hơn khơng
khí rất nhiều nên trong khí heli, tốc độ của âm thanh nhanh hơn tới 3 lần
trong khơng khí, lên tới 927 m/s.Khi hít khí heli, trong vịm họng bạn tràn
ngập khí ấy. Do đó, tần số giọng nói sẽ biến đổi, tăng lên rất nhiều và tất yếu
khiến giọng bạn cao và trong hơn. Tuy nhiên, do hàm lượng khí heli trong
bóng bay thấp nên "giọng nói chipmunk" chỉ tồn tại trong một thời gian rất
ngắn, rồi trở về bình thường.

❖ Tóm tắt:

Heli, 2He

Quang phổ vạch của Heli

Tính chất chung
Page 16 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Tên, ký hiệu

Heli, He

Phiên âm

/ˈhiːliəm/ HEE-lee-əm

Hình dạng

Khí khơng màu, phát sáng với ánh sáng tím khi ở thể plasma

Heli trong bảng tuần hồn
↑
He
↓
Ne
Hiđrơ ← Heli → Liti
Số ngun
tử (Z)

2

Khối lượng
4,002602(2)
ngun tử
chuẩn (±) (Ar)
Phân loại

khí hiếm

Nhóm, phân
lớp

18, s

Chu kỳ

Chu kỳ 1

Cấu hình
electron

1s2

mỗi lớp

2

Tính chất vật lý
Màu sắc

Khơng màu

Trạng thái
vật chất

Chất khí

Nhiệt độ
nóng chảy

(với 2,5MPa) 0,95°K (−272,20°C, −457,96°F)

Nhiệt độ sôi

4,22°K (−268,93°C, −452,07°F)

Mật độ

0,1786g/L (ở 0°C, 101.325kPa)

Mật độ ở thể

ở nhiệt độ nóng chảy: 0,145g·cm−3

Page 17 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
lỏng
Điểm tới hạn

5,19°K, 0,227MPa

Nhiệt lượng
nóng chảy

0,0138kJ·mol−1

Nhiệt bay hơi 0.0829kJ·mol−1

Nhiệt dung

5R/2 = 20,786J·mol−1·K−1
Áp suất hơi (defined by ITS-90)
P (Pa)

1 10 100

ở T (K)

1k

10k 100k

1,23 1,67 2,48 4,21

Tính chất ngun tử
Độ âm điện
Năng lượng
ion hóa
Bán kính liên
kết cộng hóa
trị
Bán kính van
der Waals

Khơng có dữ liệu (Thang Pauling)
Thứ nhất: 2372,3kJ·mol−1
Thứ hai: 5250,5kJ·mol−1
28pm

140pm

Thông tin khác
Cấu trúc tinh Lục phương kết chặt
thể
[[Tập tin:Lục phương kết chặt|50px|alt=Cấu trúc tinh thể Lục phương
kết chặt của Heli|Cấu trúc tinh thể Lục phương kết chặt của Heli]]
Vận tốc âm
972m·s−1
thanh
Độ dẫn nhiệt 0,1513W·m−1·K−1
Tính chất từ Nghịch từ[1]
Số đăng ký
7440-59-7
CAS

Đồng vị ổn định nhất
iso

Chu kỳ bán rã

NA

DM

DE (MeV)

DP

3

He 0.0 0137%*

3

He ổn định với 1 neutron

4

He 99.999863%*

4

He ổn định với 2 neutron

Page 18 of 956


CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
•

Theo tiêu chuẩn khí quyển, có thể thay đổi theo vị trí.

3. Liti (Li)
Liti (tiếng Latinh: Lithium) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần
hồn ngun tố có ký hiệu Li và số hiệu nguyên tử bằng 3, nguyên tử khối
bằng 7. Liti là một kim loại mềm có màu trắng bạc thuộc nhóm kim loại
kiềm. Trong điều kiện tiêu chuẩn, Liti là kim loại nhẹ nhất và là nguyên tố
rắn có mật độ thấp nhất. Giống như tất cả các kim loại kiềm, Liti là chất phản

ứng mạnh và dễ cháy nên nó được bảo quản đặc biệt trong dầu khống. Liti
có ánh kim loại nhưng khi tiếp xúc với khơng khí ẩm nó bị ăn mịn bề mặt và
bị chuyển màu nhanh chóng thành xám bạc mờ, sau đó là xỉn đen. Do có khả
năng phản ứng mạnh, Liti khơng bao giờ có mặt ở dạng nguyên tố trong tự
nhiên, do vậy nó chỉ có ở dạng hợp chất ở dạng liên kết ion. Liti có mặt nhiều
trong các khống sản pegmatit, nhưng do tính dễ hịa tan ở dạng ion, nó cũng
có mặt trong nước biển, và thường được tách ra từ muối và đất sét. Ở quy mô
thương mại, liti được tách ra bằng phương pháp điện phân từ hỗn hợp của liti
clorua và kali clorua.
Hạt nhân của liti tương đối kém ổn định, vì hai đồng vị bền của liti tự nhiên
có năng lượng liên kết thấp nhất trên mỗi hạt nhân của tất cả các hạn nhân
bền. Do tính tương đối kém ổn định hạt nhân nên liti ít phổ biến trong hệ mặt
trời so với 25 trong số 32 nguyên tố hóa học đứng đầu mặc dù hạt nhân của
nó có khối lượng rất nhẹ.[4] Cũng lý do tương tự, liti có mối liên lệ quan trọng
với vật lý hạt nhân. Sự chuyển hóa hạt nhân của nguyên tử liti thành heli năm
1932 là phản ứng hạt nhân được thực hiện thành công đầu tiên, và liti-6
deuteride có vai trị là nhiên liệu phân hạch trong các vũ khí nhiệt hạch.[5]
Liti và các hợp chất của nó có nhiều ứng dụng cơng nghiệp như thủy tinh
cách nhiệt và gốm sứ, dầu nhờn liti, phụ gia trong sản xuất sắt, thép và
nhôm, pin liti và pin ion liti. Các ứng dụng này tiêu thụ gấp 3/4 sản lượng liti.
Bằng chứng thực nghiệm có sẵn là đủ để chấp nhận liti là cần thiết; một RDA
tạm thời cho một người trưởng thành nặng 70kg trong 1,000μg/ngày đã được
đề nghị.[6][7]
Liti dạng vết cũng có mặt trong các sinh vật. Nguyên tố này không thể hiện
chức năng sinh học rõ ràng, vì các động và thực vật sống tốt mà khơng cần
nó. Các chức năng khơng quan trọng cũng khơng loại trừ. Ion liti Li + ảnh
hưởng đến nhiều muối liti đã được chứng minh là hữu ích trong việc ổn định
tinh thần trong một số loại thuốc điều trị rối loạn lưỡng cực, do những ảnh
hưởng thần kinh của ion đến cơ thể con người.
Page 19 of 956

CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
Tính chất
Vật lý
Viên bột liti được phủ bên trong liti
hydroxit (trái) và các thỏi liti với một
lớp mỏng màu đen nitrua (phải)

Giống như các kim loại kiềm khác, liti có một electron hóa trị nên nó dễ dàng
cho đi electron này để tạo thành cation.[8] Do đó, đây là một chất bán dẫn
nhiệt và điện tốt đồng thời cũng là một chất phản ứng mạnh. Liti có khả năng
phản ứng thấp hơn so với các kim loại kiềm khác do electron hóa trị gần với
hạt nhân (hai electron cịn lại trong orbitan s của liti có mức năng lượng thấp
hơn, và do đó nó khơng tham gia tạo các liên kết hóa học).[8]
Kim loại liti đủ mềm để có thể cắt bằng dao. Vết cắt tươi có màu trắng bạc và
đổi thành xám nhanh do sự oxy hóa tạo thành liti ơxít.[8] Liti là một trong số
các kim loại có điểm nóng chảy thấp nhất (180°C), nhưng nó lại là kim loại
có điểm sơi và nóng chảy cao nhất so với các kim loại kiềm.[9]
Liti có tỉ trọng rất thấp đạt 0,534g/cm3, tương tương với gỗ thơng. Nó có mật
độ thấp nhất so với các ngun tố ở dạng rắn trong điều kiện nhiệt độ phòng,
nguyên tố rắn xếp sau nó (kali có tỉ trọng 0,862g/cm3) có mật độ lớn hơn nó
60%. Thêm vào đó, ngồi heli và hydro, nó có mật độ nhỏ hơn bất kỳ nguyên
tố ở dạng lỏng nào, nó chỉ bằng 2/3 so với nitơ lỏng (0,808g/cm3).[10] Liti có
thể nổi trên các hydrocacbon nhẹ và là một trong 3 kim loại có thể nổi trên
nước, hai kim loại còn lại là natri và kali.
Liti nổi trên dầu
Hệ số giãn nở nhiệt của Liti lớn gấp đôi so với
nhôm và gần 4 lần của sắt.[11] Liti là một chất siêu
dẫn ở dưới 400°μK trong điều kiện áp suất tiêu

chuẩn[12] và ở nhiệt độ cao hơn (trên 9°K) ở áp suất
rất cao (>20GPa).[13] Ở nhiệt độ dưới 70°K, liti,
giống như natri, trải qua sự chuyển pha khơng
khuếch tán. Ở 4,2°K liti có cấu trúc tinh thể trực
thoi; ở nhiệt độ cao hơn nó chuyển sang cấu trúc
lập phương tâm diện và sau đó là lập phương tâm
khối. Ở nhiệt độ heli lỏng (4°K) cấu trúc thoi là
Page 20 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
dạng thường gặp nhất.[14] Nhiều dạng thù hình của liti đã được quan sát ở áp
suất cao.[15]
Liti có nhiệt dung riêng đạt 3,58kJ/(kg.K), là giá trị cao nhất trong tất cả các
chất rắn.[16][17] Do vậy, kim loại liti thường được dùng làm chất làm mát trong
các ứng dụng truyền tải nhiệt.[16]
Hóa học và hợp chất
Liti dễ phản ứng với nước nhưng tạo năng lượng ít hơn so với các kim loại
kiềm khác. Phản ứng tạo ra khí hydro và liti hydroxit trong dung dịch.[8] Do
phản ứng với nước nên liti thường được lưu trữ trong bằng cách ngâm trong
hydrocacbon, thường là dầu. Mặc dù các kim loại kiềm nặng hơn có thể được
trữ trong các chất nặng hơn, như dầu khống, liti thì khơng đủ nặng để chìm
trong các chất lỏng như thế.[18] Trong khơng khí ẩm, liti nhanh chóng bị xỉn
do tạo thành một lớp liti hydroxit (LiOH và LiOH·H2O) màu đen phủ bên
ngoài, liti nitrua (Li3N) và liti cacbonat(Li2CO3, đây đều là các sản của phản
ứng thứ cấp giữa LiOH và CO2).[19]
Cấu trúc bát diện (tím) của một đoạn n-butylliti ở
dạng tinh thể
Khi đốt bằng ngọn lửa, các hợp chất của liti tạo ra
một màu đỏ thẫm, nhưng khi cháy mạnh nó cho ra

màu bạc sáng. Liti bắt lửa và bốc cháy trong ôxy
khi tiếp xúc với nước hoặc hơi nước.[20] Liti là một
chất dễ cháy, và nó có thể nổ khi tiếp xúc với
khơng khí và đặc biệt là với nước, mặc dù nó ít xảy
ra so với các kim loại kiềm khác. Phản ứng liti nước ở nhiệt độ thường thì nhanh nhưng khơng
mãnh liệt, vì hydro được tạo ra sẽ khơng tự cháy. Giống như tất cả kim loại
kiềm, các đám cháy liti rất khó dập tắt, nó cần các bột chữa cháy phải khơ
(loại nhóm D). Liti là kim loại duy nhất phản ứng với nitơ ở nhiệt độ thường.
[21][22]

Liti có quan hệ chéo với magiê, một nguyên tố có cùng bán kính ion và
nguyên tử. Sự tương đồng giữa hai kim loại như tạo thành các hơp chất nitrua
khi phản ứng với N2, sự hình thành liti ơxít (Li2O) và perơxít (Li2O2) khi cháy
trong O2, các muối có tính tan tương tự, và khả năng kém bền nhiệt của các
hợp chất cacbonat và nitrua của chúng.[19][23] Kim loại liti phản ứng với khí
hydro ở nhiệt độ cao tạo ra liti hydrua (LiH).[24]
Các hợp chất hai cấu tử khác như halua (LiF, LiCl, LiBr, LiI) và sulfua
(Li2S), superoxit (LiO2), cacbua (Li2C2). Các hợp chất vô cơ khác cũng tồn
Page 21 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
tại khi liti kết hợp với các anion để tạo thành nhiều muối khác nhau như Liti
borat, Liti amua, Liti cacbonat, Liti nitrat, hay bohydrua (LiBH4). Liti nhôm
hydrua (LiAlH4) được sử dụng phổ biến làm chất khử trong phản ứng tổng
hợp hữu cơ.
Nhiều chất vô cơ của liti được biết ở dạng liên kết cộng hóa trị giữa các
nguyên tử cacbon và liti tạo ra carbanion. Đây là những chất bazơ và ái lực
hạt nhân cacbon mạnh. Trong nhiều hợp chất liti hữu cơ này, các ion liti có
khuynh hướng tập hợp thành các ơ mạng có tính tự đối xứng cao, đây là

trường hợp khá phổ biến đối với các kim loại kiềm.[25] LiHe, là một chất van
der Waals tương tác yếu, đã được phát hiện ở nhiệt độ rất thấp.[26]
Liti cũng được phát hiện thể hiện từ tính ở dạng khí trong các điều kiện nhất
định.[27]
Đồng vị
Liti trong tự nhiên là hỗn hợp của 2 đồng vị ổn định 6Li và 7Li với 7Li là phổ
biến nhất (92,5% trong tự nhiên).[8][18][28] Cả hai đồng vị tự nhiên đều có năng
lượng liên kết hạt nhân thấp trên mỗi hạt nhân so với các nguyên tố nhẹ hơn
và nặng hơn nằm kề nó trong bảng tuần hoàn là heli và berylli, tức các
nguyên tố nhẹ ổn định, liti có thể sinh năng lượng qua phản ứng phân hạch
hạt nhân. Hai hạt nhân có năng lượng liên kết thấp hơn trên mỗi hạt nhân so
với các hạt nhân ổn định khác là deuterium và heli-3.[29] Do đó, mặc dù khối
lượng nguyên tử nhẹ, liti ít phổ biến trong hệ mặt trời so với 25 trong 30
nguyên tố hóa học đầu tiên.[4] Nó có 7 đồng vị phóng xạ đã biết với ổn định
nhất là 8Li có chu kỳ bán rã 838ms và 9Li có chu kỳ bán rã 178,3ms. Các
đồng vị cịn lại có chu kỳ bán rã dưới 8,6ms. Đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn
nhất là 4Li, bị phân rã theo bức xạ proton và có chu kỳ bán rã 7,6 x 10−23s.[30]
Liti-7 là một trong những nguyên tố nguyên thủy (sản xuất trong các phản
ứng tổng hợp hạt nhân của Vụ nổ lớn Big Bang). Một lượng nhỏ của 2 đồng
vị 6Li và 7Li được tạo ra trong các sao, nhưng chúng được cho là bị đốt nhanh
hơn tốc độ chúng được tạo ra.[31] Một lượng khác liti bao gồm các đồng vị 6Li
and 7Li có thể được tạo ra từ gió mặt trời, các tia vũ trụ va vào các nguyên tử
nặng hơn, và từ thời kỳ đầu của hệ mặt trời 7Be và 10Be phân rã phóng xạ.[32]
Trong khi liti được tạo ra trong các sao qua sự tổng hợp hạt nhân sao, sau đó
nó bị đốt cháy. 7Li cũng có thể được tạo ra trong các sao cacbon.[33]
Tỉ lệ các đồng vị liti ổn định đáng kể trong nhiều quá trình tự nhiên,[34] bao
gồm sự thành tạo các khống vật (sự kết tủa hóa học), trao đổi chất, và trao
đổi ion. Các đồng vị của liti phân chia trong một loạt các quá trình tự nhiên,
bao gồm cả việc hình thành khống chất (kết tủa hóa học), thủy phân, trao đổi
Page 22 of 956

CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
ion (Liti thay thế cho for magiê và sắt trong các cấu trúc bát giác của đất sét,
trong đó Li-6 là có ưu thế hơn Li-7), trong các quá trình siêu lọc cũng như sự
biến đổi đá. Đồng vị 11Li được biết là có tính chất quang hạt nhân. Quá trình
chia tách hạt nhân bằng laser có thể được sử dụng để tác các hạt nhân liti. [35]
Sản xuất vũ khí hạt nhân và các ứng dụng vật lý hạt nhân khác chiếm tỷ lệ sử
dụng liti nhân tạo chính, với đồng vị nhẹ 6Li được lưu giữ trong cơng nghiệp
và qn sự có sự thau đổi nhỏ nhưng có thể đo đạc được những thay đổi của
tỉ lệ 6Li so với 7Li thậm chí trong các nguồn tự nhiên như sông suối. Điều này
dẫn đến một điều khơng chắc chắn bất bình thường trong việc chuẩn hóa khối
lượng hạt nhân liti, vì đại lượng này phụ thuộc vào tỉ lệ có mặt trong tự nhiên
của các đồng vị liti bền, cũng do chúng là các nguồn khoáng sản liti thương
mại.[36]
Sự phổ biến
Liti phổ biến như clo trong vỏ
lục địa của trái đất theo số lược
nguyên tử.
Vũ trụ
Theo lý thuyết vũ trụ hiện đại,
liti (bao gồm cả hai đồng vị bền
liti-6 và liti-7) nằm trong 3
nguyên tố được tổng hợp trong
vụ nổ Big Bang.[37] Mặc dù số
lượng liti được tạo ra trong sự
tổng hợp hạt nhân Big Bang bị phụ thuộc vào số lượng các photon trong
baryon, các giá trị liti phổ biến được chấp nhận có thể tính tốn được, và có
một "sự khác biệt liti vũ trụ học" trong Vũ trụ: các sao già có vẻ có ít liti hơn
mọi người vẫn nghĩ, và một số sao trẻ hơn có nhiều hơn nhiều. Sự thiếu vắng

liti trong các sao già hơn dường như được gây ra bởi sự trộn lẫn liti vào bên
trong sao đó, tại đó nó bị phân hủy.[38] Hơn thế nữa, liti được tạo ra trong các
sao trẻ hơn. Mặc dù nó chuyển hóa thành 2 nguyên tử heli do sự va chạm với
một proton ở nhiệt độ trên 2,4 triệu độ C (hầu hết các sao dễ dàng có được
nhiệt độ này bên trong lịng của nó), liti có nhiều hơn lượng dự đốn trong
các sao được hình thành sau, cịn về ngun nhân thì chưa được hiểu rõ.[18]

Page 23 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Nova Centauri 2013 là sao đầu tiên có liti được tìm
thấy.[39]
Mặc dù nó là một trong 3 nguyên tố (cùng với heli
và hydro) được tổng hợp từ Big Bang, liti cùng với
berylli và boron có số lượng thấp hơn đáng kể so
với các nguyên tố lân cận. Đây là kết quả của nhiệt
độ thấp cần thiểt để phân hủy liti, và sự thiếu vắng
một quá trình phổ biến để tạo ra nó.[40]
Liti cũng được tìm thấy trong sao lùn nâu và có giá
trị dị thường trong các sao cam. Do liti có mặt trong các sao lùn nâu có khối
lượng nhỏ hơn, lạnh hơn, nhưng nó bị phân hủy ở các sao lùn đỏ nóng hơn,
sự có mặt của nó trong phổ của các sao có thể được sử dụng làm thí nghiệm
liti để phân biệt các nhóm sao này, cũng như các sao nhỏ hơn Mặt trời. [18][41]
[42]
Một số ngơi sao màu cam cũng có thể chứa một nồng độ liti cao. Các sao
màu cam này được tìm thấy có hàm lượng liti cao hơn so với hàm lượng bình
thường (chẳng hạn như Centaurus X-4) quay quanh các vật thể lớn (có thể là
các sao neutron hoặc các lỗ đen) toàn bộ lực hấp dẫn rõ ràng đã kéo liti nặng
hơn lên bề mặt của các sao hydro-heli, làm cho liti được quan sát có nhiều

hơn.[18]
Trên Trái đất
Sản lượng khai thác mỏ liti (2014) và trữ lượng (tấn)[43]
Quốc gia

Sản lượng

Trữ lượng[note 1]

Argentina

2.900

850.000

Úc

13.000

1.500.000

Brazil

400

48,000

Canada (2010)

480

180.000

Chile

12.900

7.500.000

Trung Quốc

5.000

3.500.000

Bồ Đào Nha

570

60.000

Page 24 of 956


CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Sản lượng khai thác mỏ liti (2014) và trữ lượng (tấn)[43]
Quốc gia
Zimbabwe
Tổng thế giới

Sản lượng

Trữ lượng[note 1]

1.000

23.000

36.000

13.500.000

Mặc dù liti phân bố rộng rãi trên Trái Đất, nó khơng xuất hiện tự nhiên ở
dạng ngun tố do tính phản ứng cao của nó.[8] Tổng lượng liti trong nước
biển là rất lớn, ước tính khoảng 230 tỉ tấn, tức nồng độ ổn định khoảng 0,14
đến 0,25ppm,[44][45]hay 25 micromol;[46] hàm lượng cao hơn đạt đến 7ppm
được tìm thấy trong các mạch nhiệt dịch.[45]
Hàm lượng liti trong vỏ Trái đất ước tính dao động trong khoảng 20 đến
70ppm.[19]Liti là một thành phần phủ trong các đá magma với hàm lượng cao
nhất trong các đá granit. Các đá pegmatit cũng có hàm lượng liti lớn nhất ở
dạng khoáng vật, với spodumene và petalite là các nguồn khai thác liti
thương mại phổ biến.[19] Khoáng vật liti đáng kể khác là lepidolit.[47] Một
nguồn liti mới là sét hectorit, các hoạt động khai thác chủ yếu thông qua công
ty Western Lithium Corporation ở Hoa Kỳ.[48] Với hàm lượng 20mg liti/kg
trong vỏ trái đất,[49] liti là nguyên tố phổ biến thứ 25.
Theo cẩm nang Liti và Canxi tự nhiên, "Liti là một nguyên tố tương đối
hiếm, mặc dù nó được tìm thấy trong nhiều khối đá và một vài vùng nước
mặn, nhưng luôn ở nồng độ rất thấp. Có một số lượng khá lớn của cả khống
liti và mỏ muối nhưng chỉ một ít trong số chúng thực sự hoặc có tiềm năng
giá trị thương phẩm.[50]

Trong những nơi có trữ lượng liti lớn nhất[note 1] là Salar de Uyuni ở Bolivia,
với trữ lượng 5,4 triệu tấn. USGS ước tính năm 2010, Chile có trữ lượng lớn
nhất (7,5 triệu tấn)[51] và sản lựong hàng năm cao nhất (8.800 tấn). Các nhà
cung cấp chính khác như Úc, Argentina và Trung Quốc.[43][52] Tính đến năm
2015, một Khảo sát địa chất tại cộng hịa Séc coi tồn bộ Dãy núi Quặng tại
Cộng hòa Séc là khu vực liti. Năm mỏ đã được đăng ký, một mỏ gần Cínovec
được coi là mỏ kinh tế tiềm năng với 160 000 tấn liti.[53]
Tháng 06 năm 2010, New York Times đưa ra thông báo rằng các nhà địa chất
Hoa Kỳ đã tiến hành khảo sát vùng khô hạn của các hồ muối ở miền tây
Afghanistan và tin rằng có trữ lượng liti lớn nhất ở đây."Các quan chức Lầu
Năm Góc cho rằng các phân tích ban đầu của họ tại một địa điểm ở tỉnh
Ghazni cho thấy tiềm năng tạo mỏ liti lớn cỡ mỏ ở Bolivia, mà mỏ này hiện
có trữ lượng liti lớn nhất đã được biết đến."[54] Các ước tính này "chỉ dựa trên
Page 25 of 956