Helium tillhör gruppen ädelgaser. Flytande helium är den kallaste vätskan i världen. I detta aggregerade tillstånd har den ett antal unika egenskaper, såsom superfluiditet och supraledning. Vi kommer att lära oss mer om dess egenskaper senare.
heliumgas
Helium är ett enkelt ämne som är utbrett i universum i gasformigt tillstånd. I det periodiska systemet för Mendeleev är han den andra och är omedelbart efter väte. Det syftar på inerta eller ädla gaser.
Elementet är betecknat som "Han". Från antikens grekiska betyder dess namn "sol". Först antog man att det var metall. Det visade sig dock att detta är en monoatomisk gas. Helium är den näst lättaste kemikalien och är smaklös, färglös och luktfri. Har den lägsta kokpunkten.
Under normala förhållanden är det en idealisk gas. Förutom gasformig kan den vara i fast och flytande tillstånd. Dess tröghet manifesteras i inaktiv interaktion med andra ämnen. Det är praktiskt taget olösligt i vatten. För industriella ändamål utvinns den från naturgas, separerar den från föroreningar medanvänder stark kylning.
Gas kan vara farligt för människor. En ökning av dess koncentration i luften leder till brist på syre i blodet, vilket inom medicinen kallas syresvält. Vid intag i stora mängder orsakar det kräkningar, medvetslöshet och ibland dödsfall.
Liquefaction of helium
Val som helst gas kan gå in i ett flytande tillstånd av aggregation under vissa förhållanden. Förvätskning används ofta inom industrin såväl som i vetenskaplig forskning. För vissa ämnen räcker det att helt enkelt öka trycket. Andra, som helium, blir bara flytande när de kyls.
Om gastemperaturen är över den kritiska punkten kommer den inte att kondensera, oavsett tryck. För helium är den kritiska punkten 5,19 Kelvin, för dess 3He isotop är den 3,35 K.
Flytande helium är en nästan perfekt vätska. Det kännetecknas av frånvaron av ytspänning, viskositet. Efter att ha ändrat tryck och temperatur förblir dess volym densamma. Flytande helium har extremt låg spänning. Ämnet är färglöst och mycket flytande.
Flytande heliums egenskaper
I flytande tillstånd är helium dåligt urskiljbart eftersom det svagt bryter ljusstrålar. Under vissa förhållanden har den egenskaperna hos en kvantvätska. På grund av detta, vid norm alt tryck, kristalliserar det inte ens vid en temperatur på -273,15 Celsius (absolut noll). Alla andra kända ämnen stelnar under dessa förhållanden.
Temperaturen vid vilken flytande helium börjar koka är -268,9 grader Celsius. De fysikaliska egenskaperna hos dess isotoper varierar avsevärt. Till exempel kokar helium-4 vid 4,215 K.
Det är en Bose-vätska som kännetecknas av fasövergångar vid temperaturer på 2 172 Kelvin och lägre. He II-fasen kännetecknas av superfluiditet och supertermisk konduktivitet. Vid temperaturer under fasen uppträder He I och He II samtidigt, på grund av vilka två ljudhastigheter uppträder i vätskan.
Helium-3 är en Fermi-vätska. Det kokar vid 3,19 Kelvin. En isotop kan bara uppnå superfluiditet vid mycket låga temperaturer (några millikelviner) när det finns tillräcklig attraktion mellan dess partiklar.
heliumsuperfluiditet
Science är skyldig studien av begreppet superfluiditet till akademikerna S. P. Kapitsa och L. D. Landau.
Akademikern drog slutsatsen att efter att temperaturen på helium sjunker under 2 172 K, går ämnet från fasen av det normala tillståndet till en helt ny, kallad helium-II. I denna fas passerar ämnet genom kapillärerna och smala hål utan den minsta friktion. Detta tillstånd kallas "superfluidity".
År 1941 fortsatte Landau L. D. att studera egenskaperna hos flytande helium och utvecklade teorin om superfluiditet. Förklarahan tog det med kvantmetoder och tillämpade begreppet energispektrum för excitationer.
Helium-applikationer
Elementet helium upptäcktes i solens spektrum 1868. På jorden upptäcktes den av William Ramsay 1895, varefter den studerades under lång tid och användes inte i den ekonomiska sfären. I industriell verksamhet började den användas som bränsle för luftskepp under första världskriget.
Gas används aktivt för förpackningar inom livsmedelsindustrin, vid smältning av metaller. Geologer använder det för att upptäcka fel i jordskorpan. Flytande helium används huvudsakligen som ett köldmedium som kan upprätthålla ultralåga temperaturer. Den här egenskapen är nödvändig för vetenskaplig forskning.
Kylvätskan används i kryogena elektriska maskiner, i avsökningstunnelmikroskop, i anordningar för medicinska NMR-tomografier, i laddade partikelacceleratorer.
Slutsats
Helium är en inert eller ädel gas som uppvisar låg aktivitet i interaktion med andra ämnen. I det periodiska systemet för kemiska grundämnen är det på andra plats, efter väte. I naturen är materia i gasform. Under vissa förhållanden kan den gå in i andra aggregationstillstånd.
Den huvudsakliga egenskapen hos flytande helium är dess överflytande och oförmåga att kristallisera vid norm alt tryck, även om temperaturen når absolut noll. Egenskaperna hos ett ämnes isotoper är inte desamma. Deras kritiskatemperaturer, deras kokförhållanden och partiklarnas spinn.
