Tekući helij: svojstva i svojstva tvari

Helij pripada skupini plemenitih plinova. Tekući helij je najhladnija tekućina na svijetu. U ovom stanju agregacije, ona ima niz jedinstvenih značajki, kao što su superfluidnost i supravodljivost. Više detalja o svojim svojstvima saznajemo kasnije.

Helium plin

Helium je jednostavna tvar široko rasprostranjena u svemiru u plinovitom stanju. U periodičnoj tablici Mendelejev je drugi i stoji odmah nakon vodika. Upućuje se na inertne ili plemenite plinove.

Element je označen kao "On". Od starog grčkog jezika njeno ime znači "Sunce". U početku je pretpostavljeno da je to metal. Međutim, pokazalo se da je to monatomski plin. Helium je druga kemijska svojom lakoćom, nema okus, boju i miris. Ima najnižu točku vrenja.

U normalnim uvjetima, to je idealan plin. Pored plinovitog, može biti u čvrstom i tekućem stanju. Njegova inertnost očituje se u neaktivnoj interakciji s drugim tvarima. To se praktički ne otapa u vodi. U industrijske svrhe se ekstrahira iz prirodnog plina, odvajajući ga od nečistoća pomoću jakog hlađenja.

Plin može biti opasno za ljude. Povećanje koncentracije u zraku dovodi do manjka kisika u krvi, koja se u medicini naziva gladovanje kisikom. Ulazak u tijelo u velikim količinama uzrokuje povraćanje, gubitak svijesti, a ponekad i smrt.

Ukapljivanje helija

Svaki plin može proći u tekuće agregatno stanje pod određenim uvjetima. Likifikacije se obično koriste u industriji, kao iu znanstvenim istraživanjima. Za neke tvari, jednostavno je povećati pritisak. Drugi, kao što je helij, nalaze se u tekućem stanju tek nakon hlađenja.

Ako je temperatura plina iznad kritične točke, onda se ne kondenzira, bez obzira na tlak. Za helij, kritična točka je temperatura Kelvina 5, 19, za njegov 3He izotop je 3,35 K.

Tekući helij je praktički idealna tekućina. Obiluje ga odsutnost površinske napetosti, viskoznosti. Nakon promjene tlaka i temperature, njegov volumen ostaje isti. Tekući helij ima vrlo malu napetost. Tvar je bezbojna i vrlo tekućina.

Svojstva tekućeg helija

U tekućem stanju, helij se teško razlikuje jer slabo odbija svjetlosne zrake. Pod određenim uvjetima, ima svojstva kvantne tekućine. Zbog toga pri normalnom tlaku ne kristalizira ni na temperaturi od -273,15 Celzijevih (apsolutna nula). Sve ostale poznate tvari se očvrsnu pod takvim uvjetima.

Temperatura tekućeg helija, na kojoj počinje kuhati, je -268,9 stupnja Celzijusa. Fizička svojstva njegovih izotopa značajno variraju. Tako, helij-4 boils na temperaturi od 4,215 K.

To je tekućina Bose koja je karakterizirana faznim prijelazima na temperaturi od 2,172 Kelvina i niže. He II fazu karakterizira superfluidnost i supertermalno provodljivost. Pri temperaturi ispod faze istovremeno se pojavljuju I I i II, zbog čega se u tekućini pojavljuju dvije brzine zvuka.

Helium-3 je Fermi tekućina. Sazrijeva na temperaturi od 3,19 Kelvina. Izotop je sposoban postići superfluidnost samo na vrlo niskim temperaturama (nekoliko mililitara), kada se pojavljuje dovoljna atrakcija između njezinih čestica.

Superfluidnost helija

Akademik Kapitza SP i LD Landau proučavali su pojam superfluidnosti. Akademik Kapitsa, proučavajući svojstva tekućeg helija 1938. godine, primijetio je da približavanje apsolutnoj nuli, tekućina je izgubila viskoznost umjesto otvrdnjavanja.

Akademik je zaključio da nakon što je temperatura helija pala ispod 2172 K, tvar je prešla iz faze normalnog stanja u potpuno novi, nazvan helij-II. U ovoj fazi, tvar prolazi kroz kapilare i uske otvore bez ikakvog trenja. Takva se situacija zove "superfluidnost".

Godine 1941., LD Landau je nastavio proučavati svojstva tekućeg helija i razvio teoriju superfluidnosti. Objasnite je, uzeo kvantne metode, primjenjujući pojam energetskog spektra uzbuđenja.

Primjena helija

Element helija otkriven je u spektru Sunca 1868. godine. Na Zemlji je 1895. godine otkrio William Ramsay, nakon čega ga je dugo proučavao i nije se koristio u ekonomskoj sferi. U industrijskoj djelatnosti korištena je kao gorivo za zračne brodove tijekom Prvog svjetskog rata.

Plin se aktivno koristi za pakiranje u prehrambenoj industriji, u taljenju metala. Geolozi ga koriste za otkrivanje grešaka u zemljinoj kore. Tekući helij se uglavnom koristi kao rashladna tekućina koja može održavati nisku i nisku temperaturu. Ova je imovina neophodna za znanstvena istraživanja.

Tekućina za rashladno sredstvo se koristi u kriogenim električnim strojevima, u mikroskopima za prepoznavanje tunela, u medicinskim uređajima NMR skenera, u akceleratorima nabijenih čestica.

zaključak

Helium je inertan ili plemenit plin, koji pokazuje nisku aktivnost u interakciji s drugim tvarima. U periodičkom sustavu kemijskih elemenata stoji na drugom mjestu, dajući vodik. U prirodi, tvar je u plinovitom stanju. Pod određenim uvjetima, može se prebaciti na druge agregatne države.

Glavna značajka tekućeg helija je njegova superfluidnost, a ne sposobnost kristalizacije pri normalnom tlaku, čak i ako temperatura dosegne apsolutnu nulu. Svojstva izotopi tvari nisu isti. Njihove kritične temperature, uvjeti njihove ključanja, a također i vrijednosti spina njihovih čestica razlikuju se.