Phi kim là gì? Các ngành được hưởng lợi từ vật liệu phi kim

Do tính chất độc đáo mà phi kim có lợi cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Trên thực tế, nếu không có vật liệu phi kim, nhiều ngành công nghiệp sẽ bị ảnh hưởng và vô số sản phẩm mà chúng ta sử dụng hàng ngày sẽ không tồn tại. Nhiều lĩnh vực ngày nay đang bùng nổ nhờ những vật liệu đặc biệt này. Khám phá một số ngành được hưởng lợi từ việc sử dụng vật liệu phi kim loại và mọi thứ sẽ khác đi rất nhiều nếu không có chúng.

1. Phi kim là gì?

Phi kim chỉ đơn giản là một phần tử không hiển thị các thuộc tính của kim loại. Phi kim là chất không có tất cả các tính chất của kim loại. Phi kim không thể làm thành dây, không thể uốn thành hình hoặc uốn cong, không dẫn nhiệt hoặc điện tốt và không có nhiệt độ nóng chảy hoặc sôi cao. Các phi kim chiếm thiểu số trong bảng tuần hoàn, chủ yếu nằm ở phía bên tay phải của bảng tuần hoàn. Ngoại lệ là hydro, hoạt động như một phi kim ở nhiệt độ và áp suất phòng. Trong điều kiện áp suất cao, hydro được dự đoán là hoạt động như một kim loại kiềm.

Xem thêm: Niken là gì? Ứng dụng và lợi ích tuyệt vời của Niken

2. Tính chất vật lý của phi kim 

• Phi kim có độ âm điện và năng lượng ion hóa cao. Do những đặc điểm này, các phi kim thường nhận hoặc chia sẻ các electron trong khi tương tác với các nguyên tố khác để tạo thành liên kết ion hoặc cộng hóa trị.
• Hầu hết thời gian, các nguyên tử phi kim loại nhỏ hơn các nguyên tử kim loại. Nhiều tính năng khác của phi kim loại bị chi phối bởi kích thước nguyên tử của chúng. 
• Độ dẫn điện của phi kim loại cực kỳ thấp. Sự khác biệt cơ bản nhất giữa phi kim loại và kim loại là tính dẫn điện thấp hoặc không tồn tại của chúng. Chúng là chất dẫn nhiệt và điện kém, ngoại trừ than chì là chất dẫn điện tốt.
• Ở nhiệt độ và áp suất bình thường, một số phi kim tồn tại ở dạng khí, một số ở dạng rắn và một ở dạng lỏng. Ví dụ; oxy và nitơ tồn tại ở dạng khí trong khi brom tồn tại ở dạng lỏng và carbon tồn tại ở dạng rắn. 
• Phi kim loại có xu hướng trở nên giòn ở trạng thái rắn. Kết quả là, chúng thiếu tính dễ uốn và dẻo của kim loại. Khả năng của vật liệu được kéo thành dây được gọi là độ dẻo. Phi kim loại không dễ uốn, ngoại trừ carbon, được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Phi kim loại không có đặc tính dẻo, đặc trưng cho kim loại. Chúng giòn và vỡ dưới áp lực nên không thể kéo thành tấm. 
• Chúng không tạo ra âm thanh trầm ấm hoặc âm thanh chói tai khi va chạm với vật liệu khác.
• Góc trên cùng bên phải của bảng tuần hoàn chứa các phi kim phản ứng mạnh nhất. Phi kim có khả năng phản ứng tối đa là flo. Nó không xảy ra như một yếu tố tự do trong tự nhiên. Một trong những chất nguy hiểm nhất được biết đến, khí flo tương tác bùng nổ với một loạt các nguyên tố và hợp chất khác. Flo là nguyên tố có độ âm điện và phản ứng hóa học mạnh nhất trong tất cả, và nó là một halogen khí hóa trị một độc hại có màu lục vàng nhạt. 
• Vàng, bạc và đồng là những ví dụ về kim loại có thể được đánh bóng và có khả năng phản chiếu ánh sáng từ bề mặt của chúng. Mặt khác, phi kim loại không tỏa sáng. Chúng không có bề mặt phản chiếu. Phi kim loại có vẻ ảm đạm, trong khi kim loại có vẻ ngoài lấp lánh. Mặc dù hai ngoại lệ phi kim lấp lánh là kim cương và iốt.

3. Tính chất hóa học của phi kim 

• Phản ứng với oxi: 

Khi đun nóng, phi kim loại tạo ra oxit khi chúng tương tác với oxy. Những oxit này có thể là trung tính hoặc axit trong tự nhiên. Chúng không tạo ra các oxit cơ bản. Khi các oxit phi kim được hòa tan trong nước, axit được tạo ra.

Carbon dioxide được tạo ra khi carbon cháy khi có nhiều không khí và axit carbonic được hình thành khi carbon dioxide hòa tan trong nước

• Phản ứng với nước: 

Phi kim thường không kết hợp với nước để tạo ra khí hydro. Điều này là như vậy bởi vì các phi kim loại không thể chuyển đổi các ion hydro của nước thành khí hydro. Tuy nhiên, một số á kim có khả năng phản ứng mạnh, như flo, phản ứng với nước để tạo ra các phân tử oxy hoặc ozone. 

• Phản ứng với dung dịch muối: 

Một phi kim phản ứng mạnh hơn nhiều thường đẩy một phi kim ít phản ứng hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. Một minh họa cho điều này là sự tạo thành natri clorua và khí brom khi cho khí clo đi qua dung dịch natri bromua. 

• Phản ứng với clo: 

Clorua cộng hóa trị thường được tạo ra khi các phi kim phản ứng với clo. Để minh họa, hydro và clo phản ứng tạo ra khí hydro clorua khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tán xạ. 

• Phản ứng với axit loãng: 

Vì phi kim loại không loại bỏ hydro khỏi axit, nên chúng không kết hợp với axit loãng. Điều này là do một phi kim, là chất nhận điện tử, không thể khử các ion hydro thành khí hydro bằng cách cung cấp điện tử cho chúng. 

• Phản ứng với kim loại: 

Với các nguyên tử khác, phi kim thường thu được hoặc chia sẻ các electron. Chúng có đặc tính âm điện. Khi các phi kim loại tương tác với kim loại, chúng thường thu được các electron để có được cấu hình điện tử ổn định của khí hiếm và biến nó thành các anion. 

4. Ứng dụng của phi kim

 4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp 

Phi kim loại được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Ví dụ, carbon được sử dụng trong sản xuất kim cương và các loại đá quý khác. Nó cũng được sử dụng để sản xuất than chì, được sử dụng trong bút chì và các loại dụng cụ viết khác. Lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất axit sunfuric, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Oxy được sử dụng để sản xuất thép và các kim loại khác, đồng thời nó cũng được sử dụng để sản xuất nước. Nitơ được sử dụng để tạo ra amoniac, được sử dụng trong nhiều ứng dụng nông nghiệp. Phốt pho được sử dụng để tạo ra phốt phát, được sử dụng trong phân bón. Các halogen được sử dụng để tạo ra clo và các hóa chất khác, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

4.2.  Ứng dụng trong ngành xây dựng 

Ngành xây dựng là một trong những ngành sử dụng vật liệu phi kim phổ biến nhất. Nếu không có những vật liệu xây dựng này, doanh nghiệp, nhà cửa, đường xá và nhiều công trình kiến ​​trúc khác sẽ không còn như trước. 

Vật liệu xây dựng phi kim loại phổ biến bao gồm bê tông, nhựa đường, khối đá, thủy tinh,….Những vật liệu này có sẵn rộng rãi và dễ cung cấp, đó chỉ là một lợi ích mà chúng mang lại cho các công ty xây dựng. Sử dụng vật liệu phi kim cũng tiết kiệm chi phí hơn, giúp các doanh nghiệp xây dựng tiết kiệm tiền và tài nguyên. 

4.3. Ứng dụng điện 

Các vật liệu phi kim, chẳng hạn như sợi, nhựa và nhiệt rắn, là những vật liệu cách điện tuyệt vời cho hệ thống dây điện và các bộ phận khác. Bởi vì chúng không dẫn điện, chúng chứa dòng điện và không lãng phí năng lượng. Các hệ thống dây này cũng thúc đẩy sự an toàn xung quanh các thiết bị sản xuất điện và dòng điện. Những loại phích nước, cao su, nhựa này,…giúp bảo vệ các nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng.

4.4. Ứng dụng nhiên liệu

Trong ngành năng lượng, các công ty sử dụng vật liệu phi kim loại để sản xuất năng lượng và làm nguồn năng lượng. Các phi kim xuất hiện tự nhiên là một số nguồn nhiên liệu được sử dụng nhiều nhất của chúng ta. Ví dụ, carbon là một trong những nguyên tố phi kim chính trong bảng tuần hoàn và bạn có thể quen thuộc với nó như một nguồn nhiên liệu. Than đá, vẫn là một trong những nguồn năng lượng phổ biến nhất trên thế giới, có hàm lượng carbon cao. Đáng chú ý, dầu và khí đốt cũng có hàm lượng carbon đáng kể. Hơn một nửa năng lượng toàn cầu của thế giới đến từ nhiên liệu hóa thạch và nguồn carbon, có nghĩa là những nhiên liệu phi kim loại này vẫn cực kỳ quan trọng đối với ngành năng lượng.

Các ngành được hưởng lợi từ việc sử dụng vật liệu phi kim, chúng ta có thể thấy mức độ phụ thuộc vào phi kim loại trong kinh doanh và cuộc sống hàng ngày. Mọi thứ, kể cả những tòa nhà chúng ta sống và làm việc cũng như những chiếc xe chúng ta lái, đều là sản phẩm của vật liệu phi kim. Vật liệu phi kim thậm chí có thể thúc đẩy sự an toàn, vì mọi người sử dụng chúng để cách nhiệt nhà cửa và các thiết bị điện hàng ngày.