Helium: eignir, einkenni, umsókn

Helium - með hvarfgjörnu gasi af hópi 18 í lotukerfinu. Þetta er í annað léttasta þátturinn á eftir vetni. Helium - gas án þess að lit, lykt og bragð, sem er orðið að vökva við hitastig sem nemur -268.9 ° C. suðumarki og frostmark þess lægra en gildi en nokkur önnur þekkt efni. Það er eina þáttur sem ekki storkna leið og kælt var við andrúmsloftsþrýsting. Hann flutti til á föstu formi skal vera 25 loftþyngdir, við hitastig sem er 1 K.

Saga af uppgötvun

Helium fannst í gas andrúmsloftinu í kringum sólina, franska stjörnufræðingur Pierre Zhansenom sem árið 1868 á sólmyrkva hefur fundið skærgula línu í litrófi sólar chromosphere. Upphaflega var gert ráð fyrir að þessi lína táknar þátturinn natríum. Á sama ári, enska stjörnufræðingur Dzhozef Norman Lockyer fram gula línu í sól litróf, sem ekki svarar til þekktra natríum- línur D ₁ og D _2, og því er nefnt það línu D _3. Lockyer að þeirri niðurstöðu að það stafaði af efni í sólinni Óþekkt á jörðinni. Hann og efnafræðingur Edward Frankland í titlinum frumefni með gríska nafnið "HELIOS" Sun.

Árið 1895, breska efnafræðingur Sir Uilyam Ramzay hefur reynst tilvist helíum á jörðinni. Hann fékk sýnishorn cleveite úran-bera steinefni og eftir að hafa skoðað lofttegundir myndast við upphitun, er það í ljós að gulum línan í litróf fellur með línu D _3, sem kom fram í sól vali. Þannig nýr þáttur var loks sett upp. In 1903 Ramsay og Frederick Soddy komist að því að helíum er vara á sjáKkrafa hrörnun geislavirkra efna.

Dreifing í náttúrunni

Massi helíum er um 23% af heildar massa alheimsins, og þátturinn er annað algengasta í rúmi. Hún er þétt in stjörnurnar, þar sem vetnið er mynduð úr leiðir samruna. Þótt helíum í andrúmsloftinu er í styrk sem er 1 hluta til 200 th. (5 ppm) og er að finna í litlu magni af geislavirkum steinefnum, loftsteinninn kirtli, sem og ölkeldur, mikið magn af frumefni finnast í Bandaríkjunum (sérstaklega í Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah, og Arizona) sem hluti (7,6%) af jarðgasi. Lítil og áskilur hennar hafa fundist í Ástralíu, Alsír, Póllandi, Katar og Rússlandi. Í styrk skorpu helium er aðeins um 8 PPB.

samsætur

Kjarni hvern og einn af helíum atóm er fjallað um tvær róteindir, en eins og með aðra þætti, það hefur samsætur. Þau innihalda frá einu til sex nifteindum, svo massa tölur þeirra allt frá þremur til átta. Stöðugt þessara eru þættir hafa verið þyngd er ákvarðað með helíum sætistölu 3 ⁽³ He) og 4 ⁽⁴ HE). Öll önnur geislavirk og hratt rotnun í önnur efni. helíum jarðar er ekki frumleg hluti af jörðinni, var það myndast sem afleiðing af geislavirkum rotnun. Alfaeindum stafar af kjörnum geislavirkum þungum efnanna er samsæta ⁴ Hann kjarna. Helium ekki safnast fyrir í miklu magni í andrúmsloftinu, því þyngdarafl jarðar er ekki nóg að koma í veg fyrir það frá smám leka út í geiminn. Leifar af ³ hann í heiminum eru útskýrðar neikvæðir beta rotnun hydrogen sjaldgæfur-3 þáttinn (þrívetni). ⁴ Hann er algengasta stöðugra samsætum: ⁴ hlutfall af honum atóm við í átt að ³ Hann er um það bil 700.000 til 1 loftþyngd og um það bil 7.000.000 út fyrir 1 í sumum Helium-ríkur steinefnum ..

Eðliseiginleikar helíum

suðu og bræðslumark þessum lið eru lægst. Af þessum sökum, helíum til sem gas nema í erfiðustu aðstæður. Hann gas er leyst upp í vatni minni en þessi af annarra gasa, og hlutfall af flæði f gegnum fastefnið líkamann er þrisvar sinnum hærra en hjá loft. brotstuðul hennar næst nálgast 1.

The varma leiðni helíum er annað aðeins til vetni varma leiðni, eðlisvarma og óvenju hár sitt. Við venjulegt hitastig sem hún er hituð á stækkun, og fyrir neðan 40 K - kælt. Þess vegna, í T <40 K helíum er hægt að breyta í vökva með því að bæta.

Element er einangrunarefni, ef ekki í jónað ríki. Eins og við á um önnur göfugt lofttegundir, helíum er hálfstöðugum magn orku sem gerir það að jónast með rafmagns útskrift þegar spenna er fyrir neðan jónun möguleika.

Helíum-4 er einstakt í að það hefur tvær fljótandi form. Venjulegur hringdi helíum I og er til staðar við hitastig á bilinu frá the suðumark 4.21 K (-268,9 ° C) til um það bil 2,18 K (-271 ° C). Neðri varma leiðni 2,18 K ⁴ Hann verður 1000 sinnum meiri en kopar. Þessi mynd er kölluð helíum II, til aðgreiningar frá venjulegum. Það hefur Superfluid: seigja er svo lágt að það er ekki hægt að mæla. Helium II dreifist í þunnu filmu á yfirborði hvaða efni sem er um ræðir, og þessi mynd er flýtur án núnings jafnvel gegn þyngdaraflinu.

Minna mæli helíum-3 myndar þrjú mismunandi fljótandi fasa, þar af tveir sem eru Superfluid. Superfluidity í ⁴ Hann var uppgötvað af Sovétríkjunum eðlisfræðingur Petrom Leonidovichem Kapitsey um miðjan 1930, og sama fyrirbæri í ³ Hann var fyrst tekið eftir Douglas D. Osheroff, David M. Lee og Robert C. Richardson í Bandaríkjunum árið 1972.

Vökvablöndu af tveimur samsætum helíum-3 og -4 við hitastig undir 0,8 K (-272,4 ° C) er skipt í tvö lög - gerður í stórum dráttum Hreinn ³ Hann og ⁴ Hann blöndu með 6% af helíum-3. Slit á ³ He í ⁴ Hann er fylgja á áhrifum kælingarinnar sem er notað í cryostat mannvirki þar sem hitastigið er helíum undir 0,01 K (-273,14 ° C) og haldið í nokkra daga.

tengingar

Við eðlilegar aðstæður helíum er efnafræðilega óvirkt. Í alvarlegri hægt að búa til efnasamband þáttur sem við venjulegt hitastig og þrýsting vísbendingar eru ekki stöðugar. Til dæmis, helíum geta myndað efnasambönd með joði, wolfram, flúor, fosfór og brennisteini, þegar gert er á rafmagns bjarma losun eða með rafeindasmásjá fyrir stöðugri hrinu í því ríki plasma. Þannig að það var búið Hene, HgHe _10, whe ₂ og sameinda jónir Hann ₂ ⁺ ₂ ekki ^++, heh ⁺ og Hed ^+. Þessi tækni hefur einnig verið hlutlaus sameind hann ₂ og HgHe.

Plasma

Í alheiminum ákjósanlega dreift jónað helíum, hverrar eiginleikar eru verulega frábrugðin sameinda. Rafeindir og róteindir var ekki tengd, og það hefur mjög mikla rafleiðni, jafnvel í hluta jónað ríki. Á hlaðinna agna er mjög undir áhrifum frá segul og rafmagn sviðum. Til dæmis, í sólvindinum með helíum jónir hafa samskipti við jónað vetni magnetosphere jarðarinnar, sem veldur Aurora Borealis.

The uppgötvun af innlánum í Bandaríkjunum

Eftir borun árið 1903 í Dexter, Kansas, var það fengin með því að ekki eldfimt gas. Upphaflega var það ekki vitað að það inniheldur helíum. Sem gas fannst, sem ríkið Erasmus Haworth jarðfræðingur, sem hefur safnað sýnum sínum og University of Kansas gegnum efnafræðinga Kedi Gamiltona og David McFarland fann að það inniheldur 72% köfnunarefni, 15% metan, 1% vetni og 12% voru ekki greind. Eftir að hafa eytt síðari greiningu, sem vísindamenn komist að því að 1,84% af úrtaki helíum. Þannig að við vitum að þetta frumefni er til staðar í miklu magni í djúpum Great Plains, þar sem það er hægt að draga úr jarðgasi.

iðnaðar framleiðslu

Þetta hefur gert Bandaríkin framleiðslu heimsins helíum leiðtogi. Í tillögu eftir Sir Richard Threlfall, the US Navy fjármögnuð þrjár litlar tilraunaverksmiðju til að framleiða þetta efni í fyrri heimsstyrjöldinni til að tryggja barrage loftbelgi léttur óeldfim lyfta gas. Samkvæmt þessari áætlun eigi uppruna sinn í samtals 5700 m ³ 92 prósent He, þó að þetta var fást aðeins að minnsta kosti 100 lítra af gasi. Hluti af þessari upphæð var notuð í fyrsta helíum heimsins loftskip US Navy C-7, sem gerði sína jómfrúarferð frá Hampton Roads (Virginia) á Bolling Field (Washington, DC) desember 7, 1921.

Þó að ferli lágt hitastig fljótandi gasi á þeim tíma var ekki nægilega þróuð til að vera marktækur í fyrri heimsstyrjöldinni, framleiðslu áfram. Helium er almennt notað sem lyftu gas í flugvélum. Eftirspurn eftir það hefur aukist í seinni heimsstyrjöldinni þegar það var notað með varið rafsuðu. Þátturinn hefur einnig mikla áherslu á sköpun kjarnorkusprengjunnar "Manhattan".

US National Reserve

Árið 1925, sem Bandaríkin ríkisstjórnin skapaði National Reserve helíum í Amarillo, Texas, til að veita her loftskip á stríðstímum og atvinnuhúsnæði loftskip í friðartímum. Notkun á gasi féll eftir seinni heimsstyrjöldinni, en stofninn var aukið árið 1950 til að veita, meðal annars, að það veitir sem kælivökva er notað í framleiðslu á súrefni vetni drifefni á rúm kapp og kalda stríðsins. Notkun helíum í Bandaríkjunum árið 1965, átta sinnum hærri en hámarks neyslu á stríðstímum.

Eftir samþykkt laga um helíum 1960 Mining Bureau rák 5 einkafyrirtækja til að draga þáttur frá jarðgasi. Þetta forrit var byggð 425-km leiðsla til að tengja þessar plöntur við stjórnvöld að hluta tæma gas sviði nálægt Amarillo, Texas. Helium-köfriunarefnis blanda dælt inn í neðanjarðar geymslu, og var þar þangað til það er engin þörf á því.

By 1995, rúmmál lager var saman rúmmetra, en skuldir National panta 1,4 milljarða dollara, sem beðið bandaríska þingið árið 1996 að fasa út af því. Í kjölfar samþykktar árið 1996 á lögum um einkavæðingu helíum vegum Natural Resources hóf slit verslun árið 2005.

Clean og framleiðsla

Helium sett saman fyrr en 1945 ári þurfti-hreinleika um 98%, aðrir 2% voru á köfnunarefni sem nægir til loftskip. 1945, framleitt það lítið magn af 99,9 prósent af gasi til notkunar í rafsuðu. By 1949, hreinleiki af losuðum frumefni hefur náð 99.995%.

Fyrir mörgum árum Bandaríkin framleitt meira en 90% af viðskiptalegum helíum heimsins. Frá árinu 2004, á hverju ári var unnið út 140 milljón m ^3, 85% sem eiga sér stað í Bandaríkjunum, 10% var gerð í Alsír, og restin - í Rússlandi og Póllandi. Helstu uppsprettur helíum í heiminum eru náttúruleg gas sviðum Texas, Oklahoma og Kansas.

Ferlið til að fá

Helium (hreinleiki 98,2%) er endurheimtur úr þéttingu jarðgasi með öðrum efnisþáttum við lágt hitastig og á háum þrýstingi. The aðsog annarra gasa kæld á virkt kolefni er hægt að ná með hreinleika 99.995%. Lítið magn af helíum sem myndast við loft þéttingu úr á stórum skala. Af 900 tonn af lofti getur fengið um 3,17 rúmmetra. m gas.

Sviðum umsókn

Noble gas hefur verið beitt á ýmsum sviðum.

• Helium, sem eiginleikar leyfa að fá mjög lágt hitastig, er notað sem kælingu miðilsins í LHC, MRI-ofurleiðari segull apparatuses og nuclear magnetic resonance litrófsmælum, gervitungl búnað, svo og eins og fyrir þéttingu af súrefni og vetni í eldflaugar "Apollo".
• Eins og óvirku gasi til að sjóða saman ál og aðrir. Metals eru sérstök fyrir framleiðslu hálfleiðara og ljósleiðara.
• .. Til að búa til spennu á eldsneytisgeymum eldflaugar vél, einkum þeim sem starfa á fljótandi vetni, t til að aðeins helíum varðveitir stöðu þess á samloðun þegar vetni enn vökvi);
• He-Ne gas leysir eru notuð til að skanna barcode á aðgöngumiðasala í matvöruverslunum.
• Helíum-ion smásjá er hægt að fá bestu myndina en rafræn.
• Vegna mikillar gegndræpi göfugt gas er notað til að prófa leka, til dæmis í bíl loftræstikerfum, auk hraðri fyllingu airbag á árekstri.
• Lágþéttni gerir skreytingar bolta fyllt með helíum. Með hvarfgjörnu gasi er skipt út fyrir sprengiefni vetnisgas í loftskip og blöðrur. Til dæmis, í veðurfræði, eru helíum blöðrur notuð til að lyfta mælitækið.
• The cryogenic kælivökva er notaður, þar sem hitastig sem er frumefnið í lágmarks mögulegt á vökvaform.
• Helium, hvaða eiginleika á að veita hana lágt hvarfgirni og vatn leysni (og blóð), í blöndu með súrefni hefur fundið forritið í samsetningum sem starfsemi öndunarfæra í boði eru köfun og halda caisson vinna.
• Loftsteinum og steinum eru greind fyrir innihaldi þessa frumefnis að ákvarða aldur þeirra.

Helium: Eiginleikar frumefni

Hann helstu eðliseiginleikar eru sem hér segir:

• Atomic númer: 2.
• Hlutfallslegur massi helium atómi 4,0026.
• Melting point: nr.
• Suðumark: -268,9 ° C.
• Density (1 loftþyngd, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oxunarstig 0.