Helium tilhører gruppen av edelgasser. Flytende helium er den kaldeste væsken i verden. I denne aggregerte tilstanden har den en rekke unike egenskaper, som superfluiditet og superledning. Vi vil lære mer om egenskapene senere.
heliumgass
Helium er et enkelt stoff som er vidt distribuert i universet i gassform. I det periodiske systemet til Mendeleev er han den andre og er umiddelbart etter hydrogen. Det refererer til inerte eller edle gasser.
Elementet er utpekt som "Han". Fra gammelgresk betyr navnet "Sol". Først ble det antatt at det var metall. Det viste seg imidlertid at dette er en monoatomisk gass. Helium er det nest letteste kjemikaliet og er smakløst, fargeløst og luktfritt. Har det laveste kokepunktet.
Under normale forhold er det en ideell gass. I tillegg til gassformig, er den i stand til å være i fast og flytende tilstand. Dens treghet manifesteres i inaktiv interaksjon med andre stoffer. Det er praktisk t alt uløselig i vann. For industrielle formål utvinnes den fra naturgass, og skiller den fra urenheter medbruker sterk kjøling.
Gass kan være farlig for mennesker. En økning i konsentrasjonen i luften fører til mangel på oksygen i blodet, som i medisin kalles oksygen sult. Når det inntas i store mengder, forårsaker det oppkast, bevisstløshet og noen ganger død.
Liquefaction of helium
Enhver gass kan gå inn i en flytende aggregeringstilstand under visse forhold. Likvefaksjon er ofte brukt i industri så vel som i vitenskapelig forskning. For noen stoffer er det nok å bare øke trykket. Andre, som helium, blir bare flytende når de avkjøles.
Hvis gasstemperaturen er over det kritiske punktet, vil den ikke kondensere, uansett trykk. For helium er det kritiske punktet 5,19 Kelvin, for 3He-isotopen er det 3,35 K.
Flytende helium er en nesten perfekt væske. Det er preget av fravær av overflatespenning, viskositet. Etter endring av trykk og temperatur forblir volumet det samme. Flytende helium har ekstremt lav spenning. Stoffet er fargeløst og svært flytende.
Egenskaper til flytende helium
I flytende tilstand er helium dårlig å skille, fordi det bryter lysstråler svakt. Under visse forhold har den egenskapene til en kvantevæske. På grunn av dette, ved norm alt trykk, krystalliserer det ikke selv ved en temperatur på -273,15 Celsius (absolutt null). Alle andre kjente stoffer størkner under disse forholdene.
Temperaturen der flytende helium begynner å koke er -268,9 grader Celsius. De fysiske egenskapene til isotopene varierer betydelig. For eksempel koker helium-4 ved 4 215 K.
Det er en Bose-væske, som er preget av faseoverganger ved temperaturer på 2.172 Kelvin og lavere. He II-fasen er preget av superfluiditet og supertermisk ledningsevne. Ved temperaturer under fasen oppstår He I og He II samtidig, på grunn av dette oppstår to lydhastigheter i væsken.
Helium-3 er en Fermi-væske. Det koker på 3,19 Kelvin. En isotop kan bare oppnå superfluiditet ved svært lave temperaturer (noen få millikelvin) når det er tilstrekkelig tiltrekning mellom partiklene.
heliumsuperfluiditet
Vitenskapen skylder studiet av begrepet superfluiditet til akademikerne S. P. Kapitsa og L. D. Landau.
Akademikeren konkluderte med at etter at temperaturen på helium faller under 2.172 K, går stoffet fra norm altilstandens fase til en helt ny, k alt helium-II. I denne fasen passerer stoffet gjennom kapillærene og trange hull uten den minste friksjon. Denne tilstanden kalles "superfluidity".
I 1941 fortsatte Landau L. D. å studere egenskapene til flytende helium og utviklet teorien om superfluiditet. Forklarehan tok det med kvantemetoder, og brukte konseptet om energispekteret til eksitasjoner.
Helium-applikasjoner
Grunnstoffet helium ble oppdaget i solens spektrum i 1868. På jorden ble den oppdaget av William Ramsay i 1895, hvoretter den ble studert i lang tid og ikke ble brukt i den økonomiske sfæren. I industriell aktivitet begynte det å bli brukt som drivstoff for luftskip under første verdenskrig.
Gass brukes aktivt til emballasje i næringsmiddelindustrien, ved smelting av metaller. Geologer bruker den til å oppdage feil i jordskorpen. Flytende helium brukes hovedsakelig som et kjølemiddel som er i stand til å opprettholde ultralave temperaturer. Denne egenskapen er nødvendig for vitenskapelig forskning.
Kjølevæsken brukes i kryogene elektriske maskiner, i skanning av tunnelmikroskoper, i enheter for medisinske NMR-tomografer, i ladede partikkelakseleratorer.
Konklusjon
Helium er en inert eller edelgass som viser lav aktivitet i samspill med andre stoffer. I det periodiske systemet over kjemiske elementer er det på andre plass, bak hydrogen. I naturen er materie i gassform. Under visse forhold kan den gå inn i andre aggregeringstilstander.
Hovedtrekket til flytende helium er dets superfluiditet og manglende evne til å krystallisere ved norm alt trykk, selv om temperaturen når absolutt null. Egenskapene til isotopene til et stoff er ikke de samme. Deres kritisketemperaturer, deres kokeforhold og spinnene til partiklene deres.
