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 njegovim 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 drevnog grčkog jezika njeno ime znači "Sunce". U početku je trebalo da je to metal. Međutim, pokazalo se da je to monatomski plin. Helium je drugi kemijska supstanca po svojoj lakoći, nema okus, boju i miris. Ima najnižu točku vrenja.

U normalnim uvjetima, to je idealan plin. Pored plinovitog, može biti u krutom 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 njegove koncentracije u zraku dovodi do nestašice 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. Likifikacija se obično koristi 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. Karakterizira ga odsutnost površinske napetosti, viskoznost. Nakon promjene tlaka i temperature, njezin volumen ostaje isti. Tekući helij ima vrlo malu napetost. Tvar je bezbojna i vrlo je tečna.

Svojstva tekućeg helija

U tekućem stanju, helij se teško razlikuje jer slabo odvaja svjetlosne zrake. Pod određenim uvjetima, ima svojstva kvantne tekućine. Zbog toga se pri normalnom tlaku ne kristalizira ni na temperaturi minus-273,15 Celzijevih (apsolutna nula). Pod ovim uvjetima sve druge poznate tvari otvrdne.

Temperatura tekućeg helija na kojoj počinje kuhati je -268.9 stupnjeva Celzijusa. Fizička svojstva njegovih izotopa značajno variraju. Tako, helij-4 se vrije na temperaturu od 4,215 K.

To je tekućina Bose, koju karakteriziraju fazni prijelazi na temperaturi od 2,172 Kelvina i niže. He II faza karakterizira superfluidnost i supertermalno provodljivost. Na temperaturi ispod He I i II faza pojavljuju se istodobno, kao rezultat koji se pojavljuju dvije brzine zvuka u tekućini.

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

Superfluidnost helija

Studija o konceptu superfluidnost znanosti duguje akademika Kapitsa, SP i LD Landau proučavao svojstva tekućeg helija 1938, Sergej Kapitsa rekao da se približava apsolutnu nulu, tekućina gubi viskoznost, a ne da se stvrdne.

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. Ovo stanje se zove "superfluidnost".

1941 Landau L. D. nastavio je proučavati svojstva tekućeg helija i razvio teoriju superfluidnosti. Objasnite je, uzeo kvantne metode primjenom koncepta 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 kvarova u zemljinoj koru. Tekući helij se uglavnom koristi kao rashladna tekućina koja može održavati nisku temperaturu. Ova je imovina neophodna za znanstvena istraživanja.

Tekuća tekućina za rashladno sredstvo se koristi u kriogenim električnim strojevima, u mikroskopima za skeniranje tunela, u medicinskim uređajima NMR skenera, u ubrzivače 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, njihove uvjete vrenja, a također i vrijednosti spina njihovih čestica razlikuju se.