Helium tilhører gruppen af ædelgasser. Flydende helium er den koldeste væske i verden. I denne aggregerede tilstand har den en række unikke egenskaber, såsom superfluiditet og superledning. Vi vil lære mere om dens egenskaber senere.
heliumgas
Helium er et simpelt stof, der er udbredt i universet i gasform. I Mendeleevs periodiske system er han den anden og er umiddelbart efter brint. Det henviser til inaktive eller ædelgasser.
Elementet er udpeget som "Han". Fra oldgræsk betyder dets navn "Sol". Først blev det antaget, at det var metal. Det viste sig dog, at der er tale om en monoatomisk gas. Helium er det næstletteste kemikalie og er smagløst, farveløst og lugtløst. Har det laveste kogepunkt.
Under normale forhold er det en ideel gas. Ud over gasformig er den i stand til at være i fast og flydende tilstand. Dens inertitet manifesteres i inaktiv interaktion med andre stoffer. Det er praktisk t alt uopløseligt i vand. Til industrielle formål udvindes det fra naturgas og adskiller det fra urenheder medbruger stærk køling.
Gas kan være farligt for mennesker. En stigning i dens koncentration i luften fører til mangel på ilt i blodet, som i medicin kaldes iltsult. Når det indtages i store mængder, forårsager det opkastning, tab af bevidsthed og nogle gange død.
Liquefaction of helium
Enhver gas kan gå ind i en flydende aggregeringstilstand under visse forhold. Likvefaktion er almindeligt anvendt i industrien såvel som i videnskabelig forskning. For nogle stoffer er det nok blot at øge trykket. Andre, såsom helium, bliver kun flydende, når de afkøles.
Hvis gastemperaturen er over det kritiske punkt, vil den ikke kondensere, uanset hvilket tryk. For helium er det kritiske punkt 5,19 Kelvin, for dets 3He isotop er det 3,35 K.
Flydende helium er en næsten perfekt væske. Det er kendetegnet ved fravær af overfladespænding, viskositet. Efter ændring af tryk og temperatur forbliver dens volumen det samme. Flydende helium har ekstrem lav spænding. Stoffet er farveløst og meget flydende.
egenskaber for flydende helium
I flydende tilstand er helium dårligt skelneligt, fordi det svagt bryder lysstråler. Under visse forhold har det egenskaberne som en kvantevæske. På grund af dette, ved norm alt tryk, krystalliserer det ikke selv ved en temperatur på -273,15 Celsius (absolut nul). Alle andre kendte stoffer størkner under disse forhold.
Den temperatur, hvor flydende helium begynder at koge, er -268,9 grader Celsius. De fysiske egenskaber af dens isotoper varierer betydeligt. For eksempel koger helium-4 ved 4.215 K.
Det er en Bose-væske, som er karakteriseret ved faseovergange ved temperaturer på 2.172 Kelvin og derunder. He II-fasen er karakteriseret ved superfluiditet og supertermisk ledningsevne. Ved temperaturer under fasen opstår He I og He II samtidigt, på grund af hvilke to lydhastigheder opstår i væsken.
Helium-3 er en Fermi-væske. Det koger ved 3,19 Kelvin. En isotop kan kun opnå superfluiditet ved meget lave temperaturer (nogle få millikelvin), når der er tilstrækkelig tiltrækning mellem dens partikler.
heliumsuperfluiditet
Science skylder studiet af begrebet superfluiditet til akademikerne S. P. Kapitsa og L. D. Landau.
Akademikeren konkluderede, at efter at heliums temperatur falder til under 2.172 K, går stoffet fra norm altilstandens fase til en helt ny, kaldet helium-II. I denne fase passerer stoffet gennem kapillærerne og smalle huller uden den mindste friktion. Denne tilstand kaldes "superfluiditet".
I 1941 fortsatte Landau L. D. med at studere egenskaberne af flydende helium og udviklede teorien om superfluiditet. Forklarehan tog det ved kvantemetoder, idet han anvendte konceptet om excitationers energispektrum.
Helium-applikationer
Grundstoffet helium blev opdaget i Solens spektrum i 1868. På Jorden blev den opdaget af William Ramsay i 1895, hvorefter den blev studeret i lang tid og ikke blev brugt i den økonomiske sfære. I industriel aktivitet begyndte det at blive brugt som brændstof til luftskibe under Første Verdenskrig.
Gas bruges aktivt til emballering i fødevareindustrien, ved smeltning af metaller. Geologer bruger det til at opdage fejl i jordskorpen. Flydende helium bruges hovedsageligt som et kølemiddel, der er i stand til at opretholde ultralave temperaturer. Denne ejendom er nødvendig for videnskabelig forskning.
Kølevæsken bruges i kryogene elektriske maskiner, i scanning tunneling mikroskoper, i enheder til medicinske NMR tomografer, i ladede partikelacceleratorer.
Konklusion
Helium er en inert eller ædelgas, der udviser lav aktivitet i interaktion med andre stoffer. I det periodiske system over kemiske grundstoffer er det på andenpladsen, bag brint. I naturen er stof i gasform. Under visse forhold kan det gå ind i andre aggregeringstilstande.
Det vigtigste træk ved flydende helium er dets superfluiditet og manglende evne til at krystallisere ved norm alt tryk, selvom temperaturen når det absolutte nulpunkt. Egenskaberne af et stofs isotoper er ikke de samme. Deres kritisketemperaturer, deres kogeforhold og deres partiklers spins.
