Tekoči helij: značilnosti in lastnosti snovi

Helij spada v skupino plemenitih plinov. Tekoči helij je najhladnejša tekočina na svetu. V tem agregiranju ima številne edinstvene funkcije, kot so superfluidnost in superprevodnost. Več podrobnosti o njenih lastnostih, ki jih poznamo kasneje.

Helium plin

Helij je preprosta snov, ki je v celotnem vesolju široko porazdeljena v plinastem stanju. V periodični tabeli Mendelejeva je drugi in stoji takoj po vodiku. Nanaša se na inertne ali plemenite pline.

Element je označen kot "On". Iz starega grškega jezika njeno ime pomeni "Sonce". Sprva je bilo domnevno, da je bila kovinska. Vendar se je izkazalo, da gre za monatomski plin. Helij je drugi kemična snov po svoji lahkotnosti nima okusa, barve in vonja. Je najnižja vrelišče.

V normalnih razmerah je idealen plin. Poleg plinastih je lahko v trdnem in tekočem stanju. Njegova inertnost se kaže v neaktivni interakciji z drugimi snovmi. Praktično se ne raztopi v vodi. Za industrijske namene se pridobiva iz zemeljskega plina, ki ga ločuje od nečistoč z močnim hlajenjem.

Plin je lahko nevaren za ljudi. Povečanje njegove koncentracije v zraku povzroči pomanjkanje kisika v krvi, ki se v medicini imenuje kisik. Ko vstopimo v telo v velikih količinah, povzroča bruhanje, izgubo zavesti in včasih smrt.

Utekočinjanje helija

Vsak plin lahko pod določenimi pogoji preide v tekoče agregatno stanje. Utekočinjanje se običajno uporablja v industriji, pa tudi v znanstvenih raziskavah. Za nekatere snovi je dovolj preprosto povečati pritisk. Drugi, kot je helij, so v tekočem stanju šele po hlajenju.

Če je temperatura plina nad kritično točko, potem ne kondenzira, ne glede na tlak. Za helij je kritična točka Kelvinova temperatura 5, 19, za njegov 3He izotop pa je 3,35 K.

Tekoči helij je praktično idealna tekočina. Zanj je značilna odsotnost površinske napetosti, viskoznosti. Po spreminjanju tlaka in temperature njegova prostornina ostane enaka. Tekoči helij ima izredno nizko napetost. Snov je brezbarvna in zelo tekoča.

Lastnosti tekočega helija

V tekočem stanju je helij težko ločljiv, ker šibko refracts svetlobne žarke. Pod določenimi pogoji ima lastnosti kvantne tekočine. Zaradi tega pri normalnem tlaku ne kristalizira niti pri temperaturi minus-273,15 Celzija (absolutna nič). V vseh teh pogojih se utrjujejo vse druge znane snovi.

Temperatura tekočega helija, na kateri se začne vreti, je -268,9 stopinj Celzija. Fizične lastnosti njegovih izotopov so zelo različne. Tako se helij-4 vre pri temperaturi 4,215 K.

To je tekočina Bose, za katero so značilni fazni prehodi pri temperaturi 2.172 Kelvin in nižji. Za fazo He II je značilna superfluidnost in superthermalna prevodnost. Pri temperaturi pod fazami He i He II se pojavljajo hkrati, zaradi česar se pojavijo dve hitrosti zvoka v tekočini.

Helij-3 je tekočina Fermi. Vreli pri temperaturi 3,19 Kelvina. Izotop je sposoben doseči superfluidnost le pri zelo nizkih temperaturah (nekaj milikelvinov), ko se med svojimi delci pojavi zadostna privlačnost.

Superfluidnost helija

Študija koncepta superfluidnost znanosti dolguje akademikov Kapitsa, SP in LD Landau preučujejo lastnosti tekočega helija v letu 1938, Sergej Kapitsa je dejal, da se približuje absolutno nič, tekočina izgubi svojo viskoznost, namesto da se strdi.

Akademik je ugotovil, da se je temperatura, ki je padla pod 2.172 K, od faze normalnega stanja do popolnoma novega, imenovanega helij-II. V tej fazi snov prehaja skozi kapilare in ozke odprtine brez najmanjšega trenja. To stanje se imenuje "superfluidnost".

Leta 1941 Landau L. D. je nadaljeval študij lastnosti tekočega helija in razvil teorijo superfluidnosti. Pojasnite, vzel je kvantne metode z uporabo koncepta energijskega spektra vzbujanj.

Uporaba helija

Helijski element je bil odkrit v spektru Sonca leta 1868. Na Zemlji ga je leta 1895 odkril William Ramsay, po katerem je bil dolgo časa študiral in ni bil uporabljen v gospodarski sferi. V industrijski dejavnosti je bila uporabljena kot gorivo za zračne ladje med prvo svetovno vojno.

Plin se aktivno uporablja za embaliranje v prehrambeni industriji pri taljenju kovin. Geologi jo uporabljajo za odkrivanje napak v zemeljski skorji. Tekoči helij se večinoma uporablja kot hladilno sredstvo, ki omogoča ohranjanje izjemno nizkih temperatur. Ta lastnost je potrebna za znanstvene raziskave.

Tekočina hladilne tekočine se uporablja v kriogenih električnih strojih, v skenirnih tunelskih mikroskopih, v medicinskih pripomočkih NMR-skenerjev, v pospeševalci nabitih delcev.

Zaključek

Helij je inerten ali plemenit plin, ki izkazuje nizko aktivnost v interakciji z drugimi snovmi. V periodičnem sistemu kemijskih elementov je na drugem mestu, kar prinaša vodik. V naravi je snov v plinastem stanju. Pod določenimi pogoji se lahko prenese v druge agregatne države.

Glavna značilnost tekočega helija je njegova superfluidnost in ne sposobnost kristalizacije pri normalnem tlaku, tudi če temperatura doseže absolutno ničlo. Lastnosti izotopov snovi niso enake. Njihove kritične temperature, njihove vrele razmere in tudi centrifugalne vrednosti njihovih delcev se razlikujejo.