Helium: eigenskippen, eigenskippen, applikaasje

Helium - inerte gas fan groep 18 fan de periodike tabel. Dit is it twadde lichtste elemint nei wetterstof. Helium - gas sûnder kleur, geur en smaak dy't wurdt floeiber by in temperatuer fan -268,9 ° C. kôkpunt en syn friespunt leger as dat fan in oar bekend stof. It is it ienige elemint dat net solidify mei koeling op normale atmosfearyske druk. Hy ferhuze nei it bêst steat moat wêze 25 atmospheres, by in temperatuer fan 1 K.

Skiednis fan ûntdekking

Helium waard fûn yn it gas sfear rûnom de sinne, de Frânske astronoom Pierre Zhansenom dat yn 1868 by in sinnefertsjustering hat fûn in helder giel line yn it spektrum fan de sinne chromosphere. Yn it earstoan waard der fan útgien dat dizze line stiet foar de elemint sodium. Yn itselde jiers, Ingelsk astronoom Dzhozef Norman Lockyer waarnomd in giele line yn 'e sinne spektrum, dy't net oerienkomme mei bekend natrium rigels D ₁ en D _2, en dêrom is it neamde it in line D _3. Lockyer konkludearre dat it waard feroarsake troch in stof yn 'e sinne ûnbekende op Ierde. Hy en skiekundige Edward Frankland yn 'e titel elemint mei help fan it Grykske namme' Helios 'Sun.

Yn 1895, de Britske gemikus Sir Uilyam Ramzay hat bewiisde it bestean fan helium op Ierde. Hy krige Sample cleveite uranium-dragende mineralen, en nei ûndersyk fan 'e gassen foarme ûnder ferwaarming, it is fûn dat felle giele line yn it spektrum gear mei de line D _3, waarnommen yn' e sinne spektrum. Sa, in nij elemint waard úteinlik ynstallearre. Yn 1903 Ramsay en Frederick Soddy fûn dat helium is in produkt fan 'e spontane ferfal fan radioaktive stoffen.

Ferdieling yn de natuer

De massa fan it helium is sa'n 23% fan 'e totale massa fan it hielal, en it elemint is it twadde meast foarkommende yn romte. It wurdt konsintrearre yn stjerren, dêr't hydrogen wurdt foarme út de ûntstiene kearnfúzje. Hoewol't it helium yn de atmosfear sit yn in konsintraasje fan 1 diel oant 200 th. (5 PPM) en wurdt opnommen yn lytse bytsjes radioaktive mineralen, meteoryt gland, likegoed as minerale boarnen, grutte mannichten fan it elemint fûn yn 'e Feriene Steaten (benammen yn Texas, New Meksiko-Stêd, Kansas, Oklahoma, Utah, en Arizona) as komponint (oant 7,6%) fan ierdgas. Lytse en har reserves binne ûntdutsen yn Austraalje, Algerije, Polen, Katar en Ruslân. Yn de crust helium konsintraasje is mar sa'n 8 ppb.

Isotopes

De kearn fan elk fan it helium atoom befettet twa protoanen, mar, lykas mei oare eleminten, it hat isotopen. Se befetsje fan ien oant seis neutroanen, sadat harren massa oantallen fariearjend fan trije oant acht. Stable fan dy binne de eleminten waans gewicht wurdt bepaald troch helium atoomnûmer 3 ⁽³ hy) en 4 ⁽⁴ He). Alle oare radioaktyf en hurd ferfal yn oare stoffen. Ierde syn helium is gjin oarspronklike part fan 'e planeet, waard foarme as in gefolch fan radioaktyf ferfal. Alpha dieltsjes ynfoege, troch kearnen fan radioaktive swiere stoffen binne isotoop ⁴ Hy kearn. Helium net heapje yn grutte hoemannichten yn 'e sfear, om't de Ierde syn swiertekrêft is net genôch om te kommen dat út njonkelytsen leaking yn romte. Spoaren fan ³ Hy yn 'e wrâld wurde taljochte negatyf beta decay hydrogen seldsum-3 elemint (tritium). ⁴ Hy is de meast foarkommende fan stabile isotopen: ⁴ ferhâlding fan Hy atomen nei de ³ Hy is sa'n 700 tûzen oant 1 sfear en likernôch 7 miljoen troch 1 yn guon helium-rike mineralen ..

De fysike eigenskippen fan helium

kogning en raanpunt fan dit item binne leechste. Om dy reden, helium bestiet as gas útsein yn ekstreme omstannichheden. Hy gas wurdt oplost yn wetter minder as dat fan alle oare gas, en de snelheid fan caprice troch de bêst liif is trije kear grutter as dy fan lucht. Har brekkingsyndeks fan it tichtst tichterby 1.

De termyske conductivity fan it helium is twadde allinne om wetterstof termyske conductivity, spesifyk waarmte en syn bûtengewoan heech. By gewoane temperatuer is it ferwaarmde tidens útwreiding, en ûnder 40 K - kuolle. Dêrom, at T <40 K helium kin wurde omset yn in floeistof-mienskip.

Elemint is in isolator, as is net yn 'e ionized steat. Krekt as by oare aadlike gassen, helium hat in metastable enerzjy s dy't tastean dat te ionized troch in elektryske ôfskieding doe't in spanning is ûnder it Ionisaasje potinsjeel.

Helium-4 is unyk yn dat it hat twa floeibere foarmen. Usual neamd helium ik en bestiet by temperatueren fariearjend fan it kôkpunt fan 4.21 K (-268,9 ° C) oant likernôch 2,18 K (-271 ° C). Legere termyske conductivity fan 2,18 K ⁴ Hy wurdt 1000 kear grutter as dy fan koper. Dit formulier wurdt neamd helium II, te ûnderskieden fan 'e gewoane. It hat superfluid: viscosity is sa leech dat it kin net metten. Helium II spraat yn in tinne film op it oerflak fan in stof dat oanbelanget, en dizze film is streamt sûnder wriuwing sels tsjin de swiertekrêft.

Minder abundant helium-3 foarmet trije ferskillende floeiber fazes, twa dêrfan binne superfluid. Superfluidity yn ⁴ Hy waard ûntdutsen troch de Sovjet fysikus PETROM Leonidovichem Kapitsey yn 'e mid-jierren 1930, en deselde fenomeen yn de ³ Hy waard earst opmurken troch Douglas D. Osheroff, David M. Lee, en Robert C. Richardson fan' e Feriene Steaten yn 1972.

In floeibere mingsel fan twa isotopen fan helium-3 en -4 by temperatueren ûnder 0.8 K (-272.4 ° C) wurdt ûnderferdield yn twa lagen - in yn wêzen suver ³ Hy en ⁴ Hy mingsel mei 6% fan helium-3. Ûntbinen fan ³ hy yn ⁴ Hy wurdt begelaat troch it koelend effekt dat brûkt wurdt yn cryostat struktueren wêryn it helium temperatuer is ûnder 0.01 K (-273,14 ° C) en ûnderhâlden foar in pear dagen.

ferbinings

Under normale omstannichheden, helium is Kanuunat inerte. Yn ekstreem kin meitsje in gearsetting elemint dat by normaal temperatuer en druk yndikatoaren binne net stabyl. Bygelyks, helium kin foarmje ferbiningen mei iodine, wolfraam, fluor, fosfor en swevel, doe't ûnderwurpen wurde oan in elektryske gloed oansluten of troch elektron bombardemint yn de plasma steat. Sa waard makke Moandei, HgHe _10, WHe ₂ en molekulêre ioanen Hy ₂ ⁺ ₂ Net ^++, heh ⁺ en Hed ^+. Dy technyk hat ek al in neutrale molecule Hy ₂ en HgHe.

plasma

Yn it hielal advantageously ferspraat ionized helium, waans eigenskippen ferskille wêzentlik fan de molekulêre. De elektroanen en protoanen net oan, en it hat in tige hege elektryske conductivity sels yn in part ionized steat. Op laden dieltsjes wurdt sterk beynfloede troch de magnetyske en elektryske fjilden. Bygelyks, yn 'e sinne wyn mei helium ioanen ynteraksje mei de ionized hydrogen magnetosphere ierde, wêrtroch de aurora borealis.

De fynst fan fynplakken yn de FS

Neidat boarjen yn 1903 in Dexter, Kansas, dat waard krigen troch net-flammable gas. Yn it earstoan, it wie net bekend dat deryn is helium. Hokker gas fûn, identifisearre steat Erasmus Haworth geolooch, dy't hat sammele syn gebrûk en de Universiteit fan Kansas fia Chemists Kedi Gamiltona en David McFarland fûn dat it befettet 72% stikstof, 15% metaan, 1% wetterstof en 12% is net identifisearre. Nei de besteging fan de dêrop folgjende analyze, de ûndersikers fûn dat 1.84% fan de stekproef fan it helium. Sa witte wy dat dy gemysk elemint is oanwêzich yn grutte hoemannichten yn 'e djipten fan de Great Plains, dêr't it kin wêze wûn út natuerlike gas.

yndustriële produksje

Dat hat makke de Feriene Steaten de wrâld syn produksje fan helium lieder. Op útstel troch Sir Richard Threlfall, de Amerikaanske Marine finansiere trije lytse proefynstallaasje te produsearjen dizze stof yn de Earste Wrâldkriich te garandearjen De ôfsluting ballonnen lichtgewicht net-flammable opheffen gas. Neffens dit programma waarden produsearre yn totaal fan 5700 m ³ 92 prosint Hy, hoewol't dit waard verkregen allinne op syn minst 100 liter gas. In part fan dit bedrach waard brûkt yn 'e wrâld syn earste helium loftskip de Amerikaanske marine C-7, dat makke syn earste reis út Hampton Roads (Virginia) at Bolling Field (Washington, DC) 7 desimber, 1921.

Hoewol't it proses fan de lege temperatuer floeiber gas yn dy tiid wie net genôch ûntwikkele te wêzen fan betsjutting yn de Earste Wrâldkriich, produksje fierder. Helium wurdt oer it algemien brûkt as in lift gas yn fleantugen. Fraach derfoar tanommen yn de Twadde Wrâldkriich doe't it waard brûkt mei in shielded arc welding. It elemint hat ek grutte belang yn 'e oprjochting fan' e atoombom "Manhattan".

US National reserve

Yn 1925, de Feriene Steaten regear makke de Nasjonale reserve fan helium yn Amarillo, Teksas, te foarsjen militêre airships yn tiid fan oarloch en kommersjele airships yn peacetime. It brûken fan gas foel nei de Twadde Wrâldkriich, mar de foarried waard fergrutte yn 1950 te foarsjen, ûnder oare dingen, dan leveret as coolant brûkt wurdt yn de produksje fan soerstof-hydrogen propellant yn de romte race en de Kâlde Oarloch. It brûken fan helium yn de Feriene Steaten yn 1965, acht kear heger as it hichtepunt ferbrûk yn oarlochstiid.

Nei it oannimmen fan de wet op helium 1960 Mining Buro Streak 5 partikuliere bedriuwen te ekstrahearje it elemint út natuerlike gas. Dit programma waard boud 425-km lieding te ferbinen dizze planten mei it Ryk in part ferearme gasfjild by Amarillo, Teksas. Helium-stikstof mingsel pompt yn ûndergrûnske opslach, en bleau dêr oant der gjin ferlet dêryn.

Tsjin 1995, it folume fan de foarried waard samle miljard kubike meter, wylst de skuld fan 'e Nasjonale reserve fan 1,4 miljard dollar, dy't frege it Amerikaanske Kongres yn 1996 te faze út it. Nei oanlieding fan it oannimmen yn 1996 fan 'e wet oan de privatisearring fan helium Ministearje of Natural Resources lansearre in likwidaasje winkel yn 2005.

Clean en produksje

Helium produsearre oant 1945 jier hie in suverens fan likernôch 98%, oaren 2% wiene yn de stikstof dat is genôch foar airships. Yn 1945, dat produsearre in lyts bedrach fan 99,9 persint fan gas foar gebrûk yn arc welding. Tsjin 1949, de suverheid fan it úteinlike elemint hat berikt 99,995%.

Foar in protte jierren de Feriene Steaten produsearre mear as 90% fan 'e wrâld syn kommersjele helium. Sûnt 2004, alle jierren waard útwurke 140 miljoen m ^3, 85% dêrfan komme foar yn 'e Feriene Steaten, 10% waard útfierd yn Algerije, en de rest - yn Ruslân en Poalen. De wichtichste boarnen fan helium yn 'e wrâld binne natuerlike gas fjilden fan Teksas, Oklahoma en Kansas.

It proses foar it heljen fan

Helium (suverens 98.2%) wurdt ferhelle fan it liquefaction fan natuerlike gas troch oare ûnderdielen by lege temperatueren en op hege druk. It adsorption of oare gassen kuolle aktivearre koalstof berikke kinne de suverens fan 99,995%. In lytse bedrach fan helium produsearre ûnder lucht liquefaction op in grutte skaal. Fan de 900 ton lucht krije kinne likernôch 3.17 kubike meter. m gas.

Fjilden fan tapassing

Noble gas is tapast op ferskate terreinen.

• Helium, hokker eigenskippen tastean te krijen hiel lege temperatuer, wurdt brûkt as koelend middel yn LHC, MRI superconducting magneet Hotel en nukleêre magnetyske resonânsje spectrometers, satellyt apparatuer, likegoed as foar it liquefaction fan soerstof en wetterstof yn raketten "Apollo".
• As de inerte gas foar welding aluminium en oaren. Metalen yn it meitsjen fan Semiconductors en optischen fezels.
• .. Om meitsjen druk yn de brânstof tanks fan rocket motoaren, benammen dy operating op floeibere wetterstof, t ta allinnich helium gas behâldt har steat fan aggregation doe't wetterstof bliuwt liquid);
• Hy-Ne gas lasers wurde brûkt om troch te rinnen de barcode op de kassa yn de supermerken.
• Helium-ion mikroskoop kinne jo krije it bêste byld dan elektroanysk.
• Troch de hege permeability fan 'e foarname gas wurdt brûkt om te testen lekkage, bygelyks in auto air-conditioning systemen, likegoed as flugge folling de airbag op botsing.
• Low tichtheid kinne dekorative ballen fol mei helium. De inerte gas wurdt ferfongen eksplosive hydrogen gas yn airships en ballonnen. Bygelyks, yn Meteorologie, helium ballonnen wurde brûkt om te heffen it mjitynstrumint.
• De Cryogenic coolant wurdt brûkt wurdt, sûnt de temperatuer fan it gemysk elemint yn de minimaal mooglike floeiber steat.
• Helium, hokker eigenskippen soargje dat in lege reaktiviteit en wetter solubility (en bloed), yn in mingsel mei soerstof fûn hat applikaasje yn sykhellingsorganen formulearringen foar scuba diving en holding caisson wurk.
• Meteorieten en rotsen wurde analysearre foar de ynhâld fan dit elemint te bepalen harren leeftyd.

Helium: de eigenskippen fan it elemint

Hy wichtichste lichaamlike eigenskippen binne as folget:

• Atoomnûmer: 2.
• De relative massa fan it helium atoom: 4,0026.
• Raanpunt: nee.
• Kôkpunt: -268,9 ° C.
• Befolkingstichtens (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidaasjetastân 0.