Helij: svojstva, svojstva, primjena

Helij - inertni plin iz grupe 18 periodičkog sustava. To je drugi element za najlakši nakon vodika. Helij - plin bez boje i mirisa, okusa koji postaje tekuće na temperaturi od -268.9 ° C. vrelište i njegova točka smrzavanja manja od bilo koje druge poznate tvari. To je jedini element koji se ne udružiti s hlađenja na normalnom atmosferskom tlaku. Preselio se u krutom stanju mora biti 25 atmosfera, na temperaturi od 1 K.

Povijest otkrića

Helij je pronađena u atmosferi plina koji okružuje Sunce, francuski astronom Pierre Zhansenom da je u 1868. za vrijeme pomrčine je pronašao svijetle žute linije u spektru sunčevog kromosfera. U početku se pretpostavljalo da je ta linija predstavlja elementa natrija. Iste godine, engleski astronom Dzhozef Norman Lockyer primijetili žutu liniju u sunčevom spektru, koji ne odgovaraju poznatim natrija linije D ₁ i D _2, i stoga se zove ga linija _D3. Lockyer zaključili da je uzrokovan supstance u Sun nepoznat na Zemlji. On i kemičar Edward Frankland u naslovnoj elementa pomoću grčkog naziva „Helios” Sunca

Godine 1895, britanski kemičar Sir Uilyam Ramzay je dokazao postojanje helija na Zemlji. Dobio je uzorak cleveite urana nose minerale, a nakon razmatranja plinova nastalih tijekom zagrijavanja, utvrđeno je da je svijetlo žuta linija u spektru podudara s linije D _3, promatrane u sunčevom spektru. Dakle, novi element je konačno instaliran. 1903. Ramsay i Frederick Soddy otkrili da helij je proizvod spontanog raspadanja radioaktivnih tvari.

Distribucija u prirodi

Masa helija je oko 23% od ukupne mase svemira, a element je drugi najveći zajednički u prostoru. Se koncentrira u zvijezde, gdje nastaje vodik iz nastale fuzije. Iako je helij u atmosferi je u koncentraciji od 1 dijela na 200-og. (5 ppm), a nalazi se u malim količinama radioaktivnih minerala, meteorita žlijezde, kao i mineralnih izvora, velike količine elementa nalaze u SAD-u (pogotovo u Teksasu, Novom Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah i Arizona) kao komponentu (za 7,6%) prirodnog plina. Mala i njegove rezerve otkrivene su u Australiji, Alžir, Poljska, Katar i Rusija. Koncentracije kora helija je samo oko 8 ppb.

izotopi

Jezgra svakog od atoma helija sadrži dva protona, no, kao i sa drugim elementima, ima izotopima. Oni sadrže od jednog do šest neutrona, tako da su njihove masovne brojevi u rasponu od tri do osam. Stabilna su elementi čija težina se određuje helij atomski broj 3 ⁽³ i 4), He ⁽⁴ He). Svi ostali radioaktivni i brzo raspada u druge tvari. Zemljina helij nije originalni dio planeta, ona je nastala kao rezultat radioaktivnog raspada. Alfa čestice emitirane jezgre radioaktivnih teških tvari izotop ⁴ He jezgru. Helij se ne akumulira u velikim količinama u atmosferi, jer Zemljina gravitacija nije dovoljna da bi se spriječilo postupno curi u prostor. Tragovi ³ He u svijetu su objašnjeni negativna beta raspad vodika rijetku-3 elementa (tricija). ^4. On je najčešći stabilnih izotopa: ⁴ omjer ugljika He prema ^3. On je oko 700 tisuća do 1 atmosfere i oko 7 milijuna do 1 u nekim alfa bogate minerala ..

Fizikalna svojstva helij

vrenja i talište ove točke su najniže. Iz tog razloga, helij postoji kao plin, osim u ekstremnim uvjetima. Je plin se otopi u vodi manja od bilo kojim drugim plinom, a brzina difuzije kroz kruto tijelo je tri puta veća od one zraka. Njegov indeks loma od najbliže približava 1.

Termička vodljivost helij je samo na drugi vodik toplinske vodljivosti, specifične topline i njen izvanredno visoka. Pri uobičajenim temperaturama, zagrijava se tijekom ekspanzije, a ispod 40 K - ohlađena. Stoga, na T <40 K helij može se prevesti u tekućinu širenjem.

Element je izolator, ako nije u ioniziranom stanju. Kao i kod drugih plemenitih plinova, helij ima metastabilna razinu energije koje omogućuju da se ionizira strane električnog pražnjenja, kada je napon ispod ionizacijski potencijal.

Helij-4 je jedinstven po tome što ima dva tekućih oblika. Obično nazivaju helij I postoji pri temperaturama u rasponu od vrelišta 4.21 K (-268,9 ° C) do oko 2,18 K (-271 ° C). Donja toplinska provodljivost 2,18 K ⁴ Postaje 1000 puta veća od bakra. Ovaj oblik se zove helij II, kako bi se razlikovali od običnih. To je superfluidnom: viskoznost je tako niska da se ne može mjeriti. Helij II širi u obliku tankog filma na površini bilo koju tvar koja je u pitanju, a ovaj film teče bez trenja i protiv gravitacije.

Manje abundantni helij-3 tvori tri različite faze, od kojih su dva supratekućem. Superfluidnost u ⁴ On je otkrio sovjetske fizičar Petrom Leonidovichem Kapitsey sredinom 1930-ih godina, a ista pojava u ^3. On je prvi put primijetio Douglas D. Osheroff, David M. Lee i Robert C. Richardson SAD 1972. godine.

Tekuća smjesa dva izotopa helija-3, a na temperaturama ispod -4 0,8 K (-272,4 ° C) je podijeljena u dva sloja - u osnovi čisti ³ i ⁴ je on smjesa sa 6% helija-3. Otapanje ³ on ⁴ je popraćeno učinkom hlađenja koja se koristi u kriostatskim struktura u kojoj se temperatura helij je ispod 0.01 K (-273,14 ° C) i održava se na nekoliko dana.

veze

Pod normalnim uvjetima, helij kemijski inertno. U krajnosti to može izraditi spoj element koji kod normalnih pokazivačima temperature i tlak nisu stabilni. Na primjer, mogu formirati spojeve helij s jodom, volframa, fluor, fosfora i sumpora, kada je podvrgnuta električnog pražnjenja sjaj ili bombardiranja elektronima u plazmi. Tako je i nastao HeNe, HgHe _10, whe ₂ i molekularnih iona je ₂ ⁺ ₂ Ne ^++, heh ⁺ i Hed ^+. Ova tehnika je također bila neutralna molekula je ₂ i HgHe.

plazma

U svemiru poželjno raspoređena ionizirane helij, čija svojstva bitno razlikuju od molekulska. Elektroni i protoni nisu povezani, a to ima vrlo visoku električnu vodljivost čak i djelomično ioniziranog države. Na nabijenih čestica vrlo je pod utjecajem magnetskih i električnih polja. Na primjer, u solarnom vjetru s alfa česticama interakciju s ioniziranog vodika magnetosfere zemlji, uzrokujući aurora borealis.

Otkriće depozita u SAD-u

Nakon bušenja u 1903. u Dextera, Kansas, je dobiven nezapaljivim plinom. U početku, nije bilo poznato da ona sadrži helij. Koji plin je pronađen, identificiran stanje Erasmus Haworth geolog, koji je prikupio svoje uzorke i University of Kansas preko kemičara Kedi Gamiltona i David McFarland otkrili da sadrži 72% dušika, 15% metana, 1% vodika i 12% nije identificiran. Nakon što je proveo naknadne analize, istraživači su otkrili da je 1,84% uzorka helija. Dakle, znamo da je ovaj kemijski element prisutan u velikim količinama u dubinama Velike ravnice, gdje može biti izvađen iz prirodnog plina.

industrijska proizvodnja

Time je SAD svjetski proizvodnja vođa helij. Na prijedlog Sir Richard Threlfall, američka mornarica financira tri male pilot postrojenja za proizvodnju ove supstance tijekom Prvog svjetskog rata kako bi se osigurala baraž balone lagani ne-zapaljive podizanje plin. Prema ovom programu su proizvedeni u ukupnom iznosu od 5700 ^m3 92 posto je, iako je to dobiti samo najmanje 100 litara plina. Dio ovog iznosa je korišten u prvom svjetskom helij zrakoplov US Navy C-7, koji je napravio svoje prvo putovanje iz Hampton Roads (Virginia) u Bölling Field (Washington, DC) 7. prosinca 1921.

Iako nije bio dovoljno razvijen je proces tekućeg temperatura plina niska u to vrijeme biti značajan za vrijeme Prvog svjetskog rata, proizvodnja nastavljena. Helij se općenito koristi kao plin lift zrakoplova. Potražnja za njim je porasla tijekom Drugog svjetskog rata, kada je bio korišten s oklopljenom zavarivanja. Element ima veliku važnost u stvaranju atomske bombe „Manhattan”.

Američki Nacionalni rezervat

Godine 1925, vlada Sjedinjenih Država stvorio Nacionalni rezervat helija u Amarillo, Texas, za pružanje vojne zračni brodovi za vrijeme rata i komercijalnih zračnih brodova u mirnodopskim uvjetima. Korištenje plina pala nakon Drugog Svijeta, ali je dionica povećana je u 1950. kako bi, između ostalog, opskrbljuje kao rashladno sredstvo koristi u proizvodnji kisika vodika potisnog plina tijekom svemirske utrke i hladnog rata. Primjena helija u SAD-u 1965. godine, osam puta veći od vršne potrošnje u ratu.

Nakon donošenja Zakona o helij 1960 Rudarstvo ured Streak 5 privatnim tvrtkama za izdvajanje element iz prirodnog plina. Ovaj program je izgrađen 425-km cjevovoda za povezivanje ove biljke s državnom djelomično iscrpljena plinskog polja u blizini Amarillo, Texas. Helij-dušik smjesa pumpa u podzemno spremište i ostaju tamo do nema potrebe u njemu.

Do 1995, volumen zaliha sastavljen milijardi kubičnih metara, a duga Nacionalnog rezerve od 1,4 milijardi dolara, što je potaknuo američki Kongres 1996. godine ukinuti nje. Nakon donošenja u 1996. Zakona o privatizaciji helija Ministarstva prirodnih resursa pokrenula likvidacije trgovine u 2005.

Čisto i proizvodnja

Helij proizveden do 1945 godine imali čistoće oko 98%, 2% ostali su na dušiku koji je dovoljan za zračnih lađa. U 1945, ona proizvodi malu količinu 99,9 posto plina za uporabu u zavarivanja. Od 1949, čistoća dobivenog elementa dosegla 99,995%.

Već dugi niz godina Sjedinjene Države proizveo više od 90% svjetske komercijalne helija. Od 2004. godine, svake godine je ispalo 140 milijuna ^m3, od čega je 85% pojaviti u SAD-u, 10% je provedeno u Alžiru, a ostatak - u Rusiji i Poljskoj. Glavni izvori helija u svijetu su polja prirodnog plina u Teksasu, Oklahomi i Kanzasu.

Postupak za dobivanje

Helij (čistoća 98.2%) je dobiven iz ukapljivanje prirodnog plina s drugim komponentama pri niskim temperaturama te pri visokom tlaku. Adsorpcija plinove ohladi aktivni ugljen može postići čistoću 99,995%. Mala količina helija proizvedene tijekom zračnog ukapljivanje na velikoj skali. Od 900 tona zraka može dobiti oko 3,17 kubičnih metara. m plina.

Područja primjene

Plemeniti plin je primijenjen u različitim područjima.

• Helij, koja svojstva omogućuju da se dobije vrlo niske temperature, koja se koristi kao sredstvo za hlađenje u LHC, MRI uređaja supravodljivim magnetom i nuklearnom magnetskom rezonancom, spektrometrima magnetskog satelitske opreme, kao i za ukapljivanje kisik i vodik u projektila „Apollo”.
• Kao inertan plin za zavarivanje aluminija i drugi. Metala u proizvodnji poluvodiča i optičkih vlakana.
• .. Za stvaranje tlaka u spremnicima za gorivo motora raketa, osobito onih koji djeluju na tekući vodik, t samo plina helija čuva svoje stanje agregacije kada vodik ostane tekuća);
• On-NE plinski laseri se koriste za skeniranje barkoda na blagajni u supermarketima.
• Helij-ionska mikroskop omogućuje vam da biste dobili najbolju sliku, od elektronskih.
• Zbog visoke propusnosti plemenitog plina koristi se za testiranje propuštanja, na primjer u auto klima uređaja, kao i brzo punjenje zračni jastuk na sudar.
• Niska gustoća omogućava ukrasne kugle ispunjene helijem. Inertni plin zamijenjen eksplozivna plina vodika u zračni brodovi i balona. Na primjer, u meteorologiji, helij baloni koriste se za podizanje mjerilo.
• Kriogeno rashladnog sredstva koristi, jer temperature kemijski element u najmanju moguću tekućem stanju.
• Helij, koja svojstva se pružaju niska topljivost u vodi i reaktivnost (i krv), u smjesi s kisikom je našao primjenu u respiratornim formulacija za ronjenje i drži udubine rad.
• Meteoriti i stijene su analizirani za sadržaj ovog elementa se utvrdila njihova starost.

Helij: svojstva elementa

On je glavna fizikalna svojstva su kako slijedi:

• Atomski broj: 2.
• Relativna masa helija atoma: 4,0026.
• Talište: br.
• Vrelište: -268,9 ° C.
• Gustoća (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidacijsko stanje 0,