Helium: eienskappe, kenmerke, aansoek

Helium - inerte gas van groep 18 van die periodieke tabel. Dit is die tweede ligste element na waterstof. Helium - gas sonder kleur, reuk en smaak wat vloeistof word by 'n temperatuur van -268,9 ° C. kookpunt en sy vriespunt laer as dié van enige ander bekende stof. Dit is die enigste element wat nie stol met koel teen normale atmosferiese druk. Hy verhuis na die vaste toestand moet wees 25 atmosfere, by 'n temperatuur van 1 K.

Geskiedenis van die ontdekking

Helium is gevind in die gas atmosfeer rondom die son, die Franse sterrekundige Pierre Zhansenom wat in 1868 tydens 'n verduistering het 'n helder geel lyn in die spektrum van die son chromosfeer gevind. Aanvanklik was dit aanvaar dat hierdie lyn verteenwoordig die element natrium. In dieselfde jaar, Engels sterrekundige Dzhozef Norman Lockyer neem 'n geel lyn in die son spektrum, wat nie ooreenstem met bekende natrium lyne D ₁ en D _2, en daarom is dit dit genoem 'n lyn D _3. Lockyer die gevolgtrekking gekom dat dit veroorsaak is deur 'n stof in die Sun onbekend op aarde. Hy en chemikus Edward Frankland in die titel element met behulp van die Griekse naam "Helios" Son

In 1895, het die Britse chemikus Sir Uilyam Ramzay die bestaan van helium op aarde bewys. Hy ontvang monster cleveite uraan-draende minerale, en na die ondersoek van die gasse gevorm tydens verhitting, is daar gevind dat heldergeel lyn in die spektrum val saam met die lyn D _3, waargeneem in die son spektrum. So, is 'n nuwe element uiteindelik geïnstalleer. In 1903 Ramsay en Frederick Soddy het bevind dat helium is 'n produk van die spontane verval van radio-aktiewe stowwe.

Verspreiding in die natuur

Die massa van helium is sowat 23% van die totale massa van die heelal, en die element is die tweede mees algemene in die ruimte. Dit is gekonsentreer in die sterre, waar waterstof gevorm word uit die gevolglike samesmelting. Hoewel die helium in die atmosfeer is in 'n konsentrasie van 1 deel tot 200 ste. (5 dpm) en is vervat in klein hoeveelhede radioaktiewe minerale, meteoriet klier, sowel as minerale bronne, groot hoeveelhede van die element in die Verenigde State van Amerika (veral in Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah en Arizona) as komponent (tot 7,6%) van natuurlike gas. Klein en sy reserwes ontdek in Australië, Algerië, Pole, Katar en Rusland. In die kors helium konsentrasie is slegs sowat 8 dpb.

isotope

Die kern van elk van die helium atoom bevat twee protone, maar, soos met ander elemente, dit het isotope. Hulle bevat van een tot ses neutrone, so hulle massa nommers wat wissel 3-8. Stabiele hiervan is die elemente waarvan die gewig word bepaal deur helium atoom nommer 3 ⁽³ Hy) en 4 ⁽⁴ Hy). Alle ander radioaktiewe en vinnig verval in ander stowwe. helium aarde se is nie 'n oorspronklike deel van die planeet, is dit gevorm as gevolg van radioaktiewe verval. Alfadeeltjies uitgestraal word deur kerne van radioaktiewe swaar stowwe isotoop ⁴ Hy kern. Helium nie ophoop in groot hoeveelhede in die atmosfeer, omdat die aarde se swaartekrag is nie voldoende om te verhoed dat dit progressief lek in die ruimte. Spore van ³ Hy in die wêreld word verduidelik negatiewe betaverval waterstof seldsame-3 element (tritium). ⁴ Hy is die mees algemene van stabiele isotope: ⁴ verhouding van He-atome in die rigting van die ³ Hy is ongeveer 700 duisend 1 atmosfeer en sowat 7 miljoen deur 1 in sommige helium-ryk minerale ..

Die fisiese eienskappe van helium

kook en smeltpunt van hierdie item is laagste. Om hierdie rede, helium bestaan as 'n gas, behalwe in uiterste toestande. Hy gas in water opgelos word minder is as dié van enige ander gas, en die tempo van diffusie deur die soliede liggaam is drie keer groter as dié van die lug. Sy brekingsindeks van die naaste benaderings 1.

Die termiese geleidingsvermoë van die helium is die tweede net vir waterstof termiese geleiding, spesifieke hitte en sy buitengewoon hoog. By gewone temperature is dit tydens uitbreiding verhit word, en onder 40 K - afgekoel. Daarom, by T <40 K helium kan omskep word in 'n vloeistof deur uit te brei.

Element is 'n isolator, indien nie in die geïoniseerde toestand. Soos met ander edelgasse, helium het 'n metastabiele energievlakke wat toelaat dat dit geïoniseerde deur 'n elektriese ontlading wanneer 'n spanning is onder die ionisasiepotensiaal.

Helium-4 is uniek in die sin dat dit het twee vloeibare vorm. Gewoonlik genoem helium I en bestaan by temperature wat wissel van die kookpunt van 4,21 K (-268,9 ° C) tot ongeveer 2,18 K (-271 ° C). Laer termiese geleidingsvermoë van 2,18 K ⁴ Hy word 1000 keer groter as dié van koper. Hierdie vorm staan bekend as helium II, om dit te onderskei van die gewone. Dit het supervloeier: viskositeit is so laag dat dit nie gemeet kan word nie. Helium II versprei in 'n dun film op die oppervlak van enige wat betref stof, en hierdie film vloei sonder wrywing selfs teen swaartekrag.

Minder volop helium-3 vorm drie verskillende vloeibare fases, waarvan twee supervloeier. Superfluïditeit in ⁴ Hy is ontdek deur die Sowjet-fisikus Petrom Leonidovichem Kapitsey in die middel van die 1930's, en dieselfde verskynsel in die ³ Hy het eers deur Douglas D. Osheroff, David M. Lee, en Robert C. Richardson van die Verenigde State van Amerika is opgemerk in 1972.

'N Vloeistof mengsel van twee isotope van helium-3 en -4 by temperature onder 0.8 K (-272,4 ° C) word verdeel in twee lae - 'n wese suiwer ³ Hy en ⁴ Hy mengsel met 6% van helium-3. Ontbinding van ³ Hy in ⁴ Hy word vergesel deur die koel effek wat gebruik word in cryostat strukture waarin die helium temperatuur onder 0,01 K (-273,14 ° C) en in stand gehou word vir 'n paar dae.

verbindings

Onder normale omstandighede, helium is chemies inert. In uiterste kan 'n saamgestelde element wat by normale temperatuur en druk aanwysers is nie stabiel te skep. Byvoorbeeld, kan helium verbindings met jodium, wolfram, fluoor, fosfor en swael vorm, wanneer dit aan 'n elektriese gloei ontslag of deur elektron bombardement in die plasma staat. dit is dus geskep HeNe, HgHe _10, whe ₂ en molekulêre ione Hy ₂ ⁺ ₂ nie ^++, hè ⁺ en HOD ^+. Hierdie tegniek het ook 'n neutrale molekuul Hy ₂ en HgHe nie.

plasma

In die heelal voordelig versprei geïoniseerd helium, wie se eienskappe verskil aansienlik van die molekulêre. Die elektrone en protone is nie gekoppel, en dit het 'n baie hoë elektriese geleidingsvermoë selfs in 'n gedeeltelik geïoniseerde toestand. Op gelaaide deeltjies is sterk beïnvloed deur magnetiese en elektriese velde. Byvoorbeeld, in die sonwind met helium ione in wisselwerking met die geïoniseerd waterstof magnetosfeer aarde, wat veroorsaak dat die Aurora Borealis.

Die ontdekking van deposito's in die VSA

Na boor in 1903 in Dexter, Kansas, is dit verkry word deur nie-vlambare gas. Aanvanklik was dit nie bekend dat dit helium bevat. Wat gas gevind is, geïdentifiseer staat Erasmus Haworth geoloog, wat sy monsters en die Universiteit van Kansas via aptekers kedi Gamiltona en David McFarland het ingesamel het bevind dat dit bevat 72% stikstof, 15% metaan, 1% waterstof en 12% was nie geïdentifiseer. Nadat hy die daaropvolgende ontleding, het die navorsers bevind dat 1,84% van die monster van helium. So weet ons dat hierdie chemiese element teenwoordig is in groot hoeveelhede in die dieptes van die Groot Vlaktes, waar dit kan verkry word vanaf natuurlike gas is.

industriële produksie

Dit het die Verenigde State van Amerika die wêreld se produksie van helium leier gemaak. Op 'n voorstel deur Sir Richard Threlfall, die US Navy befonds drie klein loodsaanleg by hierdie stof te produseer tydens die Eerste Wêreldoorlog te verseker die spervuur ballonne liggewig nie-vlambare opheffing gas. Volgens hierdie program is vervaardig in totaal van 5700 m ³ 92 persent Hy, alhoewel dit is net verkry word ten minste 100 liter gas. Deel van hierdie bedrag is gebruik in die wêreld se eerste helium lugskip die US Navy C-7, wat sy eerste vaart van Hampton Roads gemaak (Virginia) by Bolling Field (Washington, DC) 7 Desember 1921.

Hoewel die proses van 'n lae temperatuur vloeibare gas op daardie tydstip was nie voldoende ontwikkel beduidende tydens die Eerste Wêreldoorlog te wees, produksie voortgegaan. Helium is oor die algemeen gebruik word as 'n geleentheid gas in 'n vliegtuig. Die vraag na dit het toegeneem gedurende die Tweede Wêreldoorlog toe dit gebruik word met 'n beskermde boogsweis. Die element het ook groot belang in die skepping van die atoombom "Manhattan".

Amerikaanse Nasionale reserwe

In 1925, die Verenigde State van Amerika regering het die Nasionale reserwe van helium in Amarillo, Texas, om militêre lugskepe te voorsien in die tyd van oorlog en kommersiële lugskepe in vredestyd. Die gebruik van gas het na die Tweede Wêreldoorlog, maar die voorraad is verhoog in 1950 om voorsiening te maak, onder andere, dit verskaf as 'n koelmiddel gebruik in die produksie van suurstof-waterstof dryfmiddel tydens die ruimtewedloop en die Koue Oorlog. Die gebruik van helium in die Verenigde State van Amerika in 1965, agt keer hoër as die hoogtepunt verbruik in die oorlog.

Na die aanvaarding van die wet op helium 1960 Mining Buro Streak 5 private maatskappye om die element van natuurlike gas te onttrek. Hierdie program is gebou 425 km pypleiding om hierdie plante verbind met die regering gedeeltelik uitgeput gasveld naby Amarillo, Texas. Helium-stikstof mengsel gepomp in ondergrondse stoorplek, en daar gebly totdat daar is geen rede in dit.

Teen 1995, die volume van voorraad is saamgestel miljard kubieke meter, terwyl die skuld van die Nasionale reserwe van 1,4 miljard dollar, wat die Amerikaanse Kongres in 1996 gevra om uit te faseer nie. Na aanleiding van die aanneming in 1996 van die wet op die privatisering van helium Ministerie van Natuurlike Hulpbronne begin met 'n likwidasie-winkel in 2005.

Skoon en produksie

Helium geproduseer tot 1945 jaar het 'n suiwerheid van ongeveer 98%, ander 2% was in die stikstof wat voldoende is vir lugskepe. In 1945, dit het 'n klein bedrag van 99,9 persent van gas vir gebruik in boogsweis. Deur 1949, het die suiwerheid van die gevolglike element bereik 99,995%.

Vir baie jare het die Verenigde State van Amerika het meer as 90% van kommersiële helium in die wêreld. Sedert 2004, elke jaar was dit uitgewerk 140000000 m ^3, 85% van wat gebeur in die Verenigde State van Amerika, is 10% in Algerië gedra, en die res - in Rusland en Pole. Die belangrikste bronne van helium in die wêreld is 'n natuurlike gasvelde van Texas, Oklahoma en Kansas.

Die proses vir die verkryging van

Helium (suiwerheid 98,2%) is van die vervloeiing van natuurlike gas verhaal deur ander komponente teen lae temperature en teen 'n hoë druk. Die adsorpsie van ander gasse afgekoel geaktiveerde koolstof kan die suiwerheid van 99,995% behaal. 'N Klein hoeveelheid helium wat tydens lug vervloeiing op 'n groot skaal. Van die 900 ton van die lug kan oor 3,17 kubieke meter kry. m gas.

Velde van toepassing

Edelgas is toegepas in verskeie velde.

• Helium, welke eiendomme toe te laat om 'n baie lae temperatuur te verkry, word gebruik as 'n koel agent in LHC, MRI supergeleidende magneet apparaat en kernmagnetieseresonansie aspek, satelliet-toerusting, sowel as vir die vervloeiing van suurstof en waterstof in missiele "Apollo".
• As die inerte gas vir die sweis van aluminium en ander. Metals in die vervaardiging van halfgeleiers en optiese vesel.
• .. Om druk in die brandstoftenks van vuurpyl enjins, skep veral dié wat op vloeibare waterstof, t om net heliumgas bewaar sy toestand van samevoeging wanneer waterstof vloeistof bly);
• He-Ne gas lasers gebruik om die barcode op die loket in supermarkte scan.
• Helium-ioon mikroskoop kan jy die beste beeld as elektroniese kry.
• As gevolg van die hoë permeabiliteit van die edelgas word gebruik om lekkasies te toets, byvoorbeeld in die motor lugversorging stelsels, sowel as 'n vinnige vul die lugsak op botsing.
• Lae digtheid kan dekoratiewe balle gevul met helium. Die inerte gas vervang plofbare waterstofgas in lugskepe en ballonne. Byvoorbeeld, in weerkunde, helium ballonne word gebruik om die meetinstrument op te hef.
• Die cryogene koelmiddel gebruik word, aangesien die temperatuur van die chemiese element in die minimum moontlike vloeibare toestand.
• Helium, welke eiendomme bied dit 'n lae reaktiwiteit en wateroplosbaarheid (en bloed), in 'n mengsel met suurstof het aansoek in respiratoriese formulerings vir duik en hou caisson werk gevind.
• Meteoriete en rotse is ontleed vir die inhoud van hierdie element aan hul ouderdom te bepaal.

Helium: die eienskappe van die element

Hy belangrikste fisiese eienskappe is soos volg:

• Atoomgetal: 2.
• Die relatiewe massa van die helium atoom: 4,0026.
• Smeltpunt: geen.
• Kookpunt: -268,9 ° C.
• Digtheid (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidasietoestand 0.