Hélium: tulajdonságok, jellemzők, alkalmazási

Hélium - inert gáz csoport 18 a periódusos rendszer. Ez a második legkönnyebb elem után hidrogénatom. Hélium - gáz nélkül színe, szaga és íze, amelyek folyékonnyá válik hőmérsékleten -268,9 ° C forráspont és a fagyáspontja alacsonyabb, mint bármely más ismert anyag. Ez az egyetlen elem, amely nem szilárdul meg hűtés közben normál légköri nyomáson. Költözött szilárd állapotban kell lennie 25 atmoszféra, hőmérsékleten 1 K.

A felfedezések története

Hélium találtak a gáz körülvevő atmoszféra a nap, a francia csillagász Pierre Zhansenom, hogy 1868-ban során egy Eclipse talált egy fényes sárga vonalat a spektrumát a szoláris kromoszférájának. Kezdetben azt feltételezték, hogy ez a vonal jelenti az elem nátrium. Ugyanebben az évben, angol csillagász Dzhozef Norman Lockyer megfigyelt sárga vonal a szoláris spektrum, amely nem felelnek meg az ismert nátrium-vonalak D ₁ és D _2, és ezért nevezték, hogy egy D vonal _3. Lockyer következtetésre jutott, hogy ez okozta az anyagot a Sun ismeretlen a Földön. Ő és vegyész Edward Frankland a címben elemet a görög neve „Helios” V

1895-ben, a brit kémikus Sir Uilyam Ramzay bebizonyította létezését hélium a Földön. Kapott minta kleveit urán-ásványokat, és miután megvizsgálta az képződő gázokat a melegítés alatt, azt találtuk, hogy világos sárga vonal a spektrum egybeesik a D vonal _3, megfigyelhető a szoláris spektrum. Így egy új elemet végül telepítve. 1903-ban Ramsay és Frederick Soddy találtuk, hogy a hélium egy olyan termék úgy a spontán bomlás a radioaktív anyagok.

Distribution jellegű

A tömege hélium körülbelül 23% -a a teljes tömeg a világegyetem, és az elem a második leggyakoribb a térben. Ez koncentrálódik csillagok, ahol a hidrogén képződik a kapott fúziós. Bár a hélium a légkörben koncentrációban 1 rész a 200 th. (5 ppm), és tartalmazza kis mennyiségű radioaktív ásványok, meteorit mirigy, valamint az ásványi források, nagy mennyiségű elem megtalálható az Egyesült Államokban (különösen a Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah és Arizona államok) komponensként (7,6%) a földgáz. A kis- és a tartalékokat fedeztek fel Ausztráliában, Algéria, Lengyelország, Katar és Oroszország. A kéreg hélium koncentrációja csak körülbelül 8 ppb.

izotópok

A mag egyes héliumatom tartalmaz két proton, de mint más elemekkel, azt izotópok. Ezek tartalmaznak egy-hat neutronok, így a tömegük terjedő számokat három-nyolc. Stabil ezek azok az elemek, amelyeknek súlya határozza meg hélium atomszámú 3 ⁽³ He) és a 4. ⁽⁴ Ő). Minden egyéb radioaktív és gyorsan bomlanak egyéb anyagok. Föld hélium nem eredeti része a bolygó, akkor alakult eredményeként radioaktív bomlás. Alpha által kibocsátott részecskék atommagok radioaktív nehéz anyagok izotóp ⁴ Ő sejtmagba. Hélium nem halmozódik fel nagy mennyiségben a légkörbe, mert a Föld gravitációja nem elegendő ahhoz, hogy megakadályozza a fokozatosan szivárog az űrbe. Nyomai ³ Ő a világ magyarázata negatív béta-bomlás hidrogén-ritka-3 elem (trícium). ⁴ Ő a leggyakoribb a stabil izotópok: ⁴ arányú Ő atomok felé ³ Ő mintegy 700 ezer 1 atmoszféra és körülbelül 7 millió 1 néhány hélium-gazdag ásványi ..

A fizikai tulajdonságok a hélium

forráspont és olvadáspontja ezt a tételt a legalacsonyabb. Emiatt hélium létezik, mint egy gáz, kivéve extrém körülmények között. Ő gázt vízben oldjuk kisebb, mint bármely más gáz, és a diffúzió sebessége révén a szilárd test háromszor nagyobb, mint a levegőé. Törésmutatója a legközelebbi közelít az 1.

A hővezető a hélium a második csak a hidrogén hővezető, fajhő és a rendkívül magas. Közönséges hőmérsékleten melegítik expanzió közben, és az alábbiakban 40 K - lehűtjük. Ezért, a T <40 K hélium lehet alakítani folyékony bővülő.

Elem egy szigetelő, ha nem az ionizált állapotban van. Mint más nemesgázok, hélium metastabil energiaszintet, hogy lehetővé teszik, hogy ionizált egy elektromos kisülés, amikor a feszültség alatt van az ionizációs potenciál.

Hélium-4 egyedülálló, hogy két folyékony formák. Szokásos úgynevezett hélium I. és létezik hőmérsékleten kezdve a forráspontja 4,21 K (-268,9 ° C) és körülbelül 2,18 K (-271 ° C). Alsó hővezető 2,18 K ⁴ Ő lesz 1000-szer nagyobb, mint a réz. Ez a forma az úgynevezett hélium II, megkülönböztetve a szokásos. Azt szuperfolyadék: viszkozitása olyan alacsony, hogy nem lehet mérni. Hélium II átterjed vékony film felületén olyan anyag, amely az érintett, és ez a film folyik súrlódás nélkül, még a gravitáció ellenében.

Kevesebb bőséges hélium-3 képez három különböző folyékony fázisok, amelyek közül kettő szuperfolyékony. Szuperfolyékonyság ⁴ Ő fedezte fel a szovjet fizikus Pyotr Kapitsa az 1930-as években, és ugyanaz a jelenség a ³ He először észrevették Douglas D. Osheroff, David M. Lee és Robert C. Richardson az Egyesült Államokban 1972-ben.

A folyékony keveréket a két izotóp hélium-3 és -4 ° C alatti hőmérsékleten 0,8 K (-272,4 ° C) két részre van osztva rétegek - lényegében tiszta ³ Ő és ⁴ Ő elegyet 6% hélium-3. Kioldódása ³ Ő ⁴ Ő kíséri a hűtőhatás amelyet használnak kriosztát szerkezeteket, amelyek az hélium hőmérséklete alatt van 0,01 K (-273,14 ° C), és tartjuk néhány napig.

kapcsolatok

Normális körülmények között, hélium kémiailag közömbös. Szélsőséges létrehozhat egy vegyület, elem, amely normál hőmérsékleten és nyomáson mutatók nem stabilak. Például, a hélium képezhetnek vegyületeket jóddal, volfrám, fluor, foszfor és a kén, ha rájuk egy elektromos parázsfény vagy elektron besugárzás a plazmában állapotban. Így jött létre HeNe, HgHe ₁₀ WHE _2. és molekuláris ionok He ₂ ⁺ ₂ Nem ^++, Heh ⁺ és Hed ^+. Ez a technika is egy semleges molekula Ő a _2. és HgHe.

vérplazma

A világegyetemben előnyösen elosztott ionizált hélium, amelynek tulajdonságai jelentősen eltérnek a molekuláris. Az elektronok és a protonok nem kapcsolódik, és van egy nagyon magas elektromos vezetőképesség még részlegesen ionizált állapotban. A töltött részecskék nagymértékben befolyásolják a mágneses és elektromos mezők. Például, a napszél héliummal ionok kölcsönhatásba az ionizált hidrogén magnetoszféra Földet, így az északi fény.

A felfedezés a betétek az USA-ban

Kifúrása után 1903-ban Dexter, Kansas, azt kaptuk, nem éghető gáz. Kezdetben nem volt ismert, hogy tartalmaz héliumot. Melyik gáz találtak, amely az állami Erasmus Haworth geológus, aki gyűjtötte a minták és a University of Kansas keresztül vegyészek Kedi Gamiltona és David McFarland találták, hogy ez tartalmazza a 72% nitrogén, 15% metán, 1% hidrogént és 12% nem azonosították. Miután kiadások utólagos elemzése során a kutatók megállapították, hogy a 1,84% a minta hélium. Tehát tudjuk, hogy ez a kémiai elem van jelen nagy mennyiségben a mélyben az Alföld, ahol lehet kivonni a földgáz.

az ipari termelés

Ez tette az Egyesült Államok a világ termelésének hélium vezetője. A javaslatot Sir Richard Threlfall, a US Navy által támogatott három kis kísérleti üzem termelni ez az anyag az I. világháború, hogy biztosítsák a gát léggömbök könnyű, nem éghető gáz emelő. Szerint a program szerint állítottunk elő összesen 5700 m ³ 92 százalék Ő, bár ez kaptunk csak legalább 100 liter gáz. Része ez az összeg használják a világ első hélium léghajó az amerikai haditengerészet C-7, amely lehetővé tette az első útja Hampton Roads (Virginia) az Bolling Field (Washington, DC) december 7, 1921.

Bár a folyamat alacsony hőmérsékletű cseppfolyós gáz akkoriban nem volt elég fejlett lesz jelentős során az első világháború, a termelés folyamatos. Hélium általában használják vívőgáznak repülőgépen. Rá igény növekedett a második világháború, amikor használni árnyékolt ívhegesztés. Az elem is nagy jelentősége van a teremtés az atombomba „Manhattan”.

US National park

1925-ben az Egyesült Államok kormánya létrehozta a Nemzeti park hélium Amarillo, Texas, hogy a katonai léghajók háború idején és kereskedelmi léghajók békeidőben. A gáz használata csökkent a második világháború után, de az állomány nőtt 1950-ben, hogy a többek között, ellátja a hűtőközeg előállítása során felhasznált oxigén-hidrogén hajtóanyag során űrverseny és a hidegháború. Használata hélium az Egyesült Államokban 1965-ben nyolcszor magasabb, mint a csúcs fogyasztás háborús.

Miután a törvény elfogadása a hélium 1960 Bányászati Hivatal Streak 5 magáncégek kivonat elem földgázból. Ez a program épült 425 km-es csővezeték csatlakozni ezeket a növényeket a kormány részben kimerült gázmező közelében Amarillo, Texas. Hélium-nitrogén-elegyben pumpálnak föld alatti tároló, és ott is maradt, amíg nincs szükség benne.

1995-ben a kötet raktáron összeállítottuk milliárd köbméter, míg az adósság a nemzeti tartalék 1,4 milliárd dollárt, ami arra késztette az amerikai kongresszus 1996-ban, hogy fokozatosan ki belőle. Elfogadását követően, 1996-ban a törvény a privatizáció hélium Minisztérium Természeti Erőforrások indított felszámolási áruház 2005-ben.

Tiszta és termelési

Hélium előállított 1945-ig évben tisztasága körülbelül 98%, másik 2% volt a nitrogén, amely elegendő léghajókra. 1945-ben készített egy kis mennyiségű 99,9 százaléka gázzal való használatra ívhegesztés. 1949, a tisztaság a kapott elem elérte 99,995%.

Sok éven át az Egyesült Államokban készített több mint 90% -át a világ kereskedelmi hélium. 2004 óta minden évben kidolgozásra került 140 millió m ^3, 85% -ban fordul elő az Egyesült Államokban, 10% volt Algériában végzett, és a többi - Oroszországban és Lengyelországban. A fő forrása a hélium a világon földgázmezők Texas, Oklahoma és Kansas.

A folyamatot megszerzésének

Hélium (tisztaság 98,2%) nyerünk, amelyet a földgáz cseppfolyósítására más komponenseket alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson. Az adszorpciós más gázokat lehűtjük aktív szén lehet elérni a tisztasága 99,995%. Kis mennyiségű hélium során termelt levegő cseppfolyósító egy nagyszabású. A 900 tonna levegő juthat mintegy 3,17 köbméter. m gáz.

Alkalmazási területek

Nemesgáz alkalmazták a különböző területeken.

• Hélium, mely tulajdonságok lehetővé teszik, hogy megkapjuk nagyon alacsony hőmérsékleten, az alkalmazott hűsítő ágens LHC, MRI szupravezető mágnes készülékek és a nukleáris mágneses rezonancia spektrométer, műholdas berendezések, valamint a cseppfolyósítási oxigén és hidrogén rakéta „Apolló”.
• Mivel az inert gáz hegesztés alumínium és mások. Fémek gyártásánál félvezetők és optikai szálak.
• .. létrehozásához nyomás az üzemanyagtartályban a rakéta motorok, különösen azok, amelyek a folyékony hidrogén, T, hogy csak a héliumgáz megőrzi halmazállapotban, amikor a hidrogén folyékony marad);
• He-Ne gázlézereket használják beolvasni a vonalkódot a box office szupermarketekben.
• Hélium-ionmikroszkópos lehetővé teszi, hogy a lehető legjobb képet, mint az elektronikus.
• Mivel a magas permeabilitás a nemesgáz tesztelésére használt szivárgások, például autó légkondicionáló rendszerek, valamint a gyors töltés a légzsák esetén ütközés.
• A kis sűrűségű lehetővé dekoratív golyó héliummal töltött. Az inert gáz helyett robbanásveszélyes hidrogéngázt a léghajók és léggömbök. Például, a meteorológia, a hélium ballonok használják, hogy szüntesse meg a mérőműszer.
• A kriogén hűtőközeget használnak, mivel a hőmérséklet a kémiai elem a lehető legkisebb folyékony állapotban.
• Hélium, amelyek tulajdonságai biztosítják, hogy egy kis reaktivitást és vízoldhatósága (és a vér), egy keveréket oxigénnel talált alkalmazása a légzőszervi készítményekben búvár-és tartja Caisson munkát.
• Meteoritok és a sziklák elemzése a tartalom ezen elem, hogy meghatározza korukat.

Hélium: tulajdonságait az elem

Ő a fő fizikai tulajdonságai a következők:

• Atomic száma: 2.
• A relatív tömege héliumatom: 4,0026.
• Olvadáspont: nincs.
• Forráspont: -268,9 ° C
• Sűrűség (1 atm, 0 ° C-on): 0,1785 g / n.
• oxidációs állapota 0.