Хелиум: својства, карактеристики, примена

Хелиум - инертен гас од групата 18 од периодична табела. Ова е втор најлесниот елемент по водород. Хелиум - гас без боја, мирис и вкус кој станува течност на температура од -268,9 ° C. точка на вриење и замрзнување точка пониска од онаа на било која друга позната супстанција. Тоа е единствениот елемент кој не зацврсти со ладење на нормалниот атмосферски притисок. Тој се пресели во цврста состојба мора да биде 25 атмосфери, на температура од 1 К.

Историја на откривање

Хелиум е пронајден во атмосфера на гасот околу сонцето, францускиот астроном Пјер Zhansenom дека во 1868 година за време на затемнувањето најде жолта линија во спектарот на сончевата хромосфера. Првично се претпоставуваше дека оваа линија претставува елемент на натриум. Во истата година, англискиот астроном Dzhozef Norman Lockyer забележани жолта линија во сончевиот спектар, кои не одговараат на познати натриум линии D ₁ и D _2, а со тоа и тоа е тоа име линија D _3. Lockyer заклучи дека таа била предизвикана од супстанцијата во непознат Сонцето на Земјата. Тој и хемичар Едвард Франкија во насловот елемент со грчкото име "Хелиос" Сонцето

Во 1895 година, британскиот хемичар Сер Uilyam Ramzay го докажува постоењето на хелиум на Земјата. Тој доби примерок cleveite ураниум-лого минерали и по разгледување на гасови формирани за време на греење, се утврди дека жолта линија во спектарот се совпаѓа со линијата D _3, забележана во сончевиот спектар. Така, нов елемент конечно беше инсталиран. Во 1903 година Ремзи и Фредерик Soddy покажа дека хелиум е производ на спонтаните распаѓање на радиоактивни материи.

Распределба во природата

Масата на хелиум е околу 23% од вкупната маса на универзумот, и елемент е втората најчеста во вселената. Тоа е концентрирана во ѕвездите, каде што е формиран од водород како резултат на фузија. Иако хелиум во атмосферата е во концентрација од 1 дел до 200-та. (5 мин) и се содржи во мали количества на радиоактивни минерали, метеорит жлезда, како и минерални извори, големи количини на се наоѓаат во Соединетите Американски Држави (особено во Тексас, Њу елемент Мексико Сити, Канзас, Оклахома, Јута и Аризона) како компонента (7,6%) на природен гас. Мали и своите резерви биле откриени во Австралија, Алжир, Полска, Катар и Русија. На концентрацијата на кора хелиум е само околу 8 Бирото за јавни набавки.

изотопи

На јадрото на секоја од атомот на хелиум содржи два протони, но, како и со други елементи, што има изотопи. Тие содржат од еден до шест неутрони па нивната маса броеви кои се движат од три до осум. Стабилна на овие се елементи чија тежина се определува со хелиум атомски број 3 ⁽³ Тој) и 4 ⁽⁴ Тој). Сите други радиоактивни и брзо се распаѓа во други супстанции. Земјата хелиум не е оригинален дел од планетата, беше формирана како резултат на радиоактивното распаѓање. Алфа честички се емитираат од јадрата на радиоактивни супстанции се тешки изотоп ⁴ Тој јадро. Хелиум не се акумулира во големи количини во атмосферата, бидејќи гравитацијата на Земјата не е доволно да се спречи тоа од прогресивно протекување во вселената. Траги од ³ Тој во светот се објасни негативни бета распаѓање водород ретки 3 елемент (тритиум). ⁴ Тој е најчестиот на стабилни изотопи: односот на Тој ⁴ атоми кон ³ Тој е околу 700 илјади до 1 атмосфера и околу 7 милиони од 1 во некои хелиум богата со минерали ..

Физичките својства на хелиум

вриење и топење точка на оваа точка се најниски. За оваа причина, хелиум постои како гас, освен во екстремни услови. Тој гас се раствора во вода помалку од која било друга гас, а стапката на дифузија преку солидна тело е три пати поголема од онаа на воздухот. Нејзините индекс на рефракција на најблиските пристапи 1.

На топлинска спроводливост на хелиумот е само втор на водород топлинска спроводливост, специфична топлина и нејзините исклучително голема. На обичните температури се загрева за време на експанзија, а под 40 К - ладење. Затоа, на Т <40 K хелиум може да се конвертира во течност со проширување.

Елемент е изолатор, ако не е во јонизирана состојба. Како и со другите благородни гасови, хелиум има метастабилни нивото на енергија кои му се овозможи да се јонизиран со електричен празнење кога напонот е под потенцијалот на јонизација.

Хелиум-4 е уникатен по тоа што има две течни форми. постои и обично се нарекува хелиум I и на температури кои се движат од точката на вриење на K 4.21 (-268,9 ° C) до околу 2,18 К (-271 ° C). Долна топлинска спроводливост на 2,18 К ⁴ Тој станува 1000 пати поголема од онаа на бакар. Оваа форма се нарекува хелиум II, за да се разликува од обичните. Тоа superfluid: вискозитет е толку ниска што тоа не може да се мери. Хелиум II се шири во тенок филм на површината на некоја супстанција која е загрижен, и овој филм тече дури и без триење против силата на гравитацијата.

Помалку богати хелиум-3 форми три различни течни фази, од кои две се superfluid. Superfluidity во ⁴ Тој бил откриен од страна на Советскиот физичар Петром Leonidovichem Kapitsey во средината на 1930-тите, и истиот феномен во ³ Тој беше првиот забележани од страна на Даглас Д. Osheroff, Дејвид М. Ли, и Роберт Ц. Ричардсон од САД во 1972 година.

A течна смеса од два изотопи на хелиум-3 и -4 на температури под 0,8 K (-272,4 ° C) е поделен на два слоја - суштински чиста ³ Тој и ⁴ Тој мешавина со 6% од хелиум-3. Распуштање на ³ Тој во ⁴ Тој е придружена со ефект на ладење на кој се користи во cryostat структури во кои температурата на хелиум е под 0,01 K (-273,14 ° C) и се одржува за неколку дена.

врски

Под нормални услови, хелиум е хемиски инертен. Во екстремни може да се создаде соединение елемент кој во нормална температура и притисок индикатори не се стабилни. На пример, хелиум може да се формираат соединенија со јод, волфрам, флуор, фосфор и сулфур, кога се подложува на некоја електрично празнење сјај или од страна на електронско бомбардирање во плазмата состојба. Така е создаден Хене HgHe _10, whe ₂ и молекуларни јони Тој ₂ ⁺ ₂ Не ^++, хе ⁺ и Hed ^+. Оваа техника, исто така, е неутрална молекула Тој ₂ и HgHe.

плазма

Во универзумот поповолно дистрибуирани јонизираниот хелиум, чиј имот значително се разликуваат од молекуларно. Електроните и протоните не е поврзан, и тоа има многу висока електрична спроводливост дури и во делумно јонизиран државата. На наелектризирани честички се многу под влијание на магнетни и електрични полиња. На пример, во сончевиот ветер со хелиум јони комуницирате со јонизиран водород магнетосферата на Земјата, предизвикувајќи Аурора Бореалис.

Откривањето на депозити во САД

По дупчење во 1903 година, во Dexter, Канзас, е добиена од страна на не-запалив гас. Првично, таа не беше познато дека содржи хелиум. Која гас е пронајден, идентификувани од државата Еразмус Haworth геолог, кој неговите собрани примероци и на Универзитетот во Канзас користење хемичари Kedi Gamiltona и Дејвид McFarland сфатив дека тоа содржи 72% азот, 15% метан, 1% водород и 12% не е идентификуван. По трошење на следните анализа, истражувачите откриле дека 1,84% од примерокот на хелиум. Па знаеме дека овој хемиски елемент е присутен во големи количини во длабочините на Велика Plains, каде што може да се екстрахира од природен гас.

индустриското производство

Ова ги натера САД во светот за производство на лидерот на хелиум. На предлог од страна на Сер Ричард Threlfall, американската морнарица финансиран три мали пилот-фабрика за производство на оваа материја во текот на Првата светска војна за да се обезбеди бараж балони лесни незапалива кревање гас. Според оваа програма биле произведени во вкупно 5700 m ³ 92 отсто Тој, иако ова е добиена само најмалку 100 литри бензин. Дел од оваа сума се користи во првиот светски хелиум авион на американската морнарица C-7, кој го имаше своето прво патување од Хемптон патишта (Вирџинија) на Bolling поле (Вашингтон) 7 декември 1921 година.

Иако процесот на ниска температура на течен гас во тоа време не беше доволно развиена за да биде значајно за време на Првата светска војна, производство продолжува. Хелиум е генерално се користи како гас лифт во авионот. Побарувачката за тоа е зголемен во текот на Втората светска војна, кога тоа беше се користи со заштитен лак за заварување. Елементот исто така, има големо значење во создавањето на атомска бомба "Менхетен".

Американскиот Национален резерват

Во 1925 година, владата на САД создадоа Националниот резерва на хелиум во Amarillo, Тексас, за да се обезбеди воена airships во време на војна и комерцијални airships во мир. Употребата на гас падна по Втората светска, но акциите се зголеми во 1950 година да се обезбеди, меѓу другото, го снабдува како ладење користат во производството на кислород, водород гориво за време на трката на просторот и на Студената војна. Употребата на хелиум во САД во 1965 година, осум пати поголема од врвот потрошувачка во време на војна.

По донесувањето на Законот за хелиум 1960 Рударство Бирото Streak 5 приватни компании да ја извадиме на елемент од природен гас. Оваа програма е изградена 425 километри гасовод да се поврзете овие растенија со владата делумно исцрпена гас поле во близина на Amarillo, Тексас. Хелиум-азот мешавина пумпа во подземно складирање, и остана таму до нема потреба во него.

До 1995 година, обемот на трговија е составен милијарди кубни метри, додека долгот на Народна резерва од 1,4 милијарди долари, што ја поттикна Конгресот на САД во 1996 година да фаза надвор од неа. По усвојувањето во 1996 година на законот за приватизација на хелиум Министерството за природни ресурси започна ликвидација продавница во 2005 година.

Чиста и производство

Хелиум произведени до 1945 година имаше чистота од околу 98%, други 2% беа во азот, што е доволно за airships. Во 1945 година, што ја произведува мала количина од 99,9 проценти на гас за употреба во заварување. Со 1949, чистотата на добиената елемент има достигнато 99,995%.

За многу години на САД произведени повеќе од 90% од комерцијалните хелиум во светот. Од 2004 година, секоја година се работеше на 140 милиони м ^3, 85% од нив се случи во САД, 10% се врши во Алжир, а остатокот - во Русија и Полска. Главни извори на хелиум во светот се полиња на природен гас во Тексас, Оклахома и Канзас.

Постапката за добивање на

Хелиум (чистота 98,2%) се добива од топење на природниот гас од другите компоненти на ниски температури и на високи притисоци. Адсорпција на други гасови ладење активиран јаглерод може да се постигне чистотата на 99,995%. А мала количина на хелиум произведени за време на воздушните втечнување во голем обем. Од 900 тони на воздухот може да добие околу 3,17 кубни метри. метри гас.

Области на примена

Благороден гас се примени во различни области.

• Хелиум, кои својства овозможи да се добие многу ниска температура, се користи како ладење агент во LHC, МНР суперкомпјутери магнет апарати и нуклеарна магнетна резонанца спектрометри, сателитска опрема, како и за втечнување на кислород и водород во ракети "Аполо".
• Како инертен гас за заварување на алуминиум и други. Метали во производство на полупроводници и оптички влакна.
• .. За да се создаде притисок во резервоарот за гориво на ракетни мотори, особено оние кои работат на течен водород, t само хелиум гас задржува својата агрегатна состојба кога водород останува течност);
• Тој-Ne гас ласери се користат за скенирање на баркод на благајните во супермаркети.
• Хелиум-јонски микроскоп ви овозможува да добиете најдобра слика од електронски.
• Поради висока пропустливост на благородни гас се користи за тестирање на протекување, на пример, во системите за климатизација на автомобили, и за брзо полнење на воздушните перничиња на судир.
• Ниска густина овозможува украсни топки полни со хелиум. Инертниот гас е заменет експлозивни водороден гас во airships и балони. На пример, во метеорологија, хелиум балони се користат за укинување на мерниот инструмент.
• На употреба при ниски температури на течноста за ладење се користи, бидејќи температурата на хемиски елемент во минимален можен течна состојба.
• Хелиум, кој својства обезбеди ниска реактивност и растворливост на водата (и крв), во мешавина со кислород најде примена во респираторниот формулации за нуркање и одржување мина работа.
• Метеорити и карпи се анализираат за содржината на овој елемент за да се утврди нивната возраст.

Хелиум: на својства на елементот

Тој главните физички својства се како што следува:

• Атомски број: 2.
• На релативна маса на атомот на хелиум: 4,0026.
• Точка на топење: бр.
• точка на вриење: -268,9 ° C.
• Густина (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• оксидационен 0.