Helium behoort aan die groep edelgasse. Vloeibare helium is die koudste vloeistof ter wêreld. In hierdie totale toestand het dit 'n aantal unieke kenmerke, soos supervloeibaarheid en supergeleiding. Ons sal later meer oor sy eiendomme leer.
Heliumgas
Helium is 'n eenvoudige stof wat wydverspreid in die heelal in 'n gasvormige toestand is. In die periodieke tabel van Mendeleev is hy die tweede en is onmiddellik na waterstof. Dit verwys na inerte of edelgasse.
Die element word as "Hy" aangewys. Van antieke Grieks beteken sy naam "Son". Daar is eers aanvaar dat dit metaal was. Dit het egter geblyk dat dit 'n monatomiese gas is. Helium is die tweede ligste chemiese middel en is smaakloos, kleurloos en reukloos. Het die laagste kookpunt.
Onder normale toestande is dit 'n ideale gas. Benewens gasvormig, is dit in staat om in 'n vaste en vloeibare toestand te wees. Die traagheid daarvan word gemanifesteer in onaktiewe interaksie met ander stowwe. Dit is feitlik onoplosbaar in water. Vir industriële doeleindes word dit uit aardgas onttrek en dit van onsuiwerhede geskei metgebruik sterk verkoeling.
Gas kan gevaarlik wees vir mense. 'n Toename in die konsentrasie daarvan in die lug lei tot 'n gebrek aan suurstof in die bloed, wat in medisyne suurstofhonger genoem word. Wanneer dit in groot hoeveelhede ingeneem word, veroorsaak dit braking, verlies van bewussyn en soms die dood.
Vervloeiing van helium
Enige gas kan onder sekere omstandighede in 'n vloeibare toestand van aggregasie gaan. Vervloeiing word algemeen in die industrie sowel as in wetenskaplike navorsing gebruik. Vir sommige stowwe is dit genoeg om bloot die druk te verhoog. Ander, soos helium, word eers vloeibaar wanneer dit afgekoel word.
As die gastemperatuur bo die kritieke punt is, sal dit nie kondenseer nie, maak nie saak wat die druk is nie. Vir helium is die kritieke punt 5,19 Kelvin, vir sy 3He-isotoop is dit 3,35 K.
Vloeibare helium is 'n byna perfekte vloeistof. Dit word gekenmerk deur die afwesigheid van oppervlakspanning, viskositeit. Nadat die druk en temperatuur verander het, bly die volume dieselfde. Vloeibare helium het uiters lae spanning. Die stof is kleurloos en hoogs vloeibaar.
Eienskappe van vloeibare helium
In die vloeibare toestand is helium swak onderskeibaar, want dit breek ligstrale swak. Onder sekere omstandighede het dit die eienskappe van 'n kwantumvloeistof. As gevolg hiervan, by normale druk, kristalliseer dit nie eers by 'n temperatuur van -273,15 Celsius (absolute nul) nie. Alle ander bekende stowwe stol onder hierdie toestande.
Die temperatuur waarteen vloeibare helium begin kook, is -268,9 grade Celsius. Die fisiese eienskappe van sy isotope verskil aansienlik. Byvoorbeeld, helium-4 kook by 4,215 K.
Dit is 'n Bose-vloeistof wat gekenmerk word deur fase-oorgange by temperature van 2 172 Kelvin en onder. Die He II-fase word gekenmerk deur supervloeibaarheid en supertermiese geleidingsvermoë. By temperature onder die fase vind He I en He II gelyktydig plaas, waardeur twee klanksnelhede in die vloeistof voorkom.
Helium-3 is 'n Fermi-vloeistof. Dit kook teen 3.19 Kelvin. 'n Isotoop kan slegs by baie lae temperature ('n paar millikelvine) oorvloeibaarheid bereik wanneer daar voldoende aantrekkingskrag tussen sy deeltjies is.
Helium-supervloeibaarheid
Wetenskap is die studie van die konsep van superfluiditeit te danke aan akademici S. P. Kapitsa en L. D. Landau.
Die akademikus het tot die gevolgtrekking gekom dat nadat die temperatuur van helium onder 2, 172 K daal, die stof van die fase van die normale toestand na 'n heeltemal nuwe een, genaamd helium-II, oorgaan. In hierdie fase gaan die stof sonder die geringste wrywing deur die kapillêre en smal gaatjies. Hierdie toestand word "superfluiditeit" genoem.
In 1941 het Landau L. D. voortgegaan om die eienskappe van vloeibare helium te bestudeer en die teorie van supervloeibaarheid ontwikkel. Verduidelikhy het dit volgens kwantummetodes geneem en die konsep van die energiespektrum van opwekkings toegepas.
Helium-toepassings
Die element helium is in 1868 in die spektrum van die Son ontdek. Op aarde is dit in 1895 deur William Ramsay ontdek, waarna dit lank bestudeer is en nie in die ekonomiese sfeer gebruik is nie. In nywerheidsaktiwiteite het dit tydens die Eerste Wêreldoorlog as brandstof vir lugskepe begin gebruik.
Gas word aktief gebruik vir verpakking in die voedselindustrie, in die smelt van metale. Geoloë gebruik dit om foute in die aardkors op te spoor. Vloeibare helium word hoofsaaklik gebruik as 'n koelmiddel wat in staat is om ultra-lae temperature te handhaaf. Hierdie eiendom is nodig vir wetenskaplike navorsing.
Die koelvloeistof word gebruik in kriogene elektriese masjiene, in die skandering van tonnelmikroskope, in toestelle van mediese KMR-tomografieë, in gelaaide deeltjieversnellers.
Gevolgtrekking
Helium is 'n inerte of edelgas wat lae aktiwiteit in interaksie met ander stowwe toon. In die periodieke tabel van chemiese elemente is dit in die tweede plek, agter waterstof. In die natuur is materie in die gasvormige toestand. Onder sekere toestande kan dit in ander toestande van samevoeging gaan.
Die hoofkenmerk van vloeibare helium is sy oorvloeibaarheid en onvermoë om by normale druk te kristalliseer, selfs al bereik die temperatuur absolute nul. Die eienskappe van die isotope van 'n stof is nie dieselfde nie. Hulle kritiesetemperature, hul kooktoestande en die spin van hul deeltjies.
