Helis: savybės, charakteristikos, taikymas

Helis - inertinės dujos iš 18 grupės periodinės lentelės. Tai yra antras lengviausias elementas po vandenilio. Helis - dujų be spalvos, kvapo ir skonio, kuri tampa skystas esant -268.9 ° C temperatūroje virimo temperatūra ir jos užšalimo temperatūra mažesnė nei bet kurios kitos žinomą medžiagą. Tai yra vienintelis elementas, kuris nėra sukietėti su aušinimo esant normaliam atmosferos slėgiui. Jis persikėlė į kietosios būsenos turi būti 25 atmosferų, esant 1 K temperatūros

Istorija atradimas

Helis buvo rastas dujų atmosferoje aplink saulę, prancūzų astronomas Pjeras Zhansenom, kad 1868 metu užtemimas rado ryškiai geltoną liniją saulės chromosfera spektrą. Iš pradžių buvo manoma, kad ši linija žymi elementas natrio. Tais pačiais metais, anglų astronomas Normanas Dzhozef Lockyer pastebėjo geltoną liniją saulės spektro, kuris neatitiko žinomos natrio linijų D ₁ ir D _2, ir todėl jis yra pavadintas jį linijos D _3. Lockyer padarė išvadą, kad tai buvo padaryta medžiagos saulėje nežinią Žemėje. Jis ir chemikas Edward Frankland tituliniame elementas naudojant graikų vardą "Helios" Sun.

1895, britų chemikas seras Uilyam Ramzay įrodė helio egzistavimą Žemėje. Jis gavo pavyzdžius cleveite urano-guolis mineralų, ir išnagrinėjusi dujos susidaro kaitinimo metu, jis parodė, kad ryškiai geltonos spalvos linija spektro sutampa su linijos D _3, stebimas Saulės spektre. Taigi, naujas elementas buvo pagaliau įdiegta. 1903 Ramsay ir Frederick Soddy nustatė, kad helis yra savaiminio irimo radioaktyviosiomis medžiagomis produktas.

Platinimo gamtoje

Helio masė yra apie 23% visos masės visatos, ir elementas yra antra labiausiai paplitusi erdvėje. Ji yra sutelkta žvaigždžių, kur vandenilis yra suformuotas iš gauta sulieta. Nors atmosferoje helio yra po 1 dalies į 200-ąją koncentracijos. (5 ppm) ir yra pateiktas mažais radioaktyviųjų mineralų, meteoritas liaukos, taip pat mineralinių šaltinių, dideliais kiekiais elemento rasti Jungtinėse Amerikos Valstijose (ypač Teksaso, Naujosios Meksikas, Kanzasas, Oklahoma, Juta, ir Arizonos) kaip sudedamoji dalis (7,6%) gamtinių dujų. Mažos ir jos rezervai buvo atrasta Australija, Alžyras, Lenkijos, Kataro ir Rusijos. Į krastas helio koncentracija yra tik apie 8 ppb.

izotopai

Kiekvieno iš atomo gel šerdyje yra du protonus, tačiau, kaip ir kitų elementų, ji turi izotopų. Jie yra nuo vieno iki šešių neutronų, todėl jų masė numeriai nuo trijų iki aštuonių. Stabili iš jų yra elementai, kurių svoris yra nustatomas pagal helio atominis skaičius 3 ⁽³ He) ir 4 ⁽⁴ He). Visa kita radioaktyviųjų ir greitai gesti į kitas medžiagas. Žemės helio nėra pirminis dalis planetoje, ji buvo sukurta kaip radioaktyvaus skilimo rezultatas. Alfa dalelės skleidžia branduolių radioaktyviųjų sunkiųjų medžiagų urano ⁴ Jis branduolį. Helis nesikaupia dideliais kiekiais į atmosferą, nes Žemės gravitacija nepakanka užkirsti kelią jo palaipsniui nepatektų į kosmosą. Pėdsakai ³ He pasaulyje yra paaiškinta neigiamas beta skilimas vandenilio retas-3 elementą (tričio). ⁴ Jis yra labiausiai paplitusi stabilių izotopų: ⁴ santykis He atomai link ³ Jis yra apie 700 tūkstančių iki 1 atmosferos ir apie 7 mln iki 1 kai helio turtingi mineralų ..

Fizinės savybės helio

virimo ir lydymosi temperatūra šią prekę yra mažiausias. Dėl šios priežasties, helio egzistuoja kaip dujos, išskyrus ekstremaliomis sąlygomis. Jis dujos yra ištirpusio vandenyje mažiau nei bet kurios kitos dujos, o difuzijos norma per kieto kūno yra tris kartus didesnis nei ore. Jo lūžio rodiklis arčiausiai priartėja 1 d.

Šilumos laidumo helio yra antras tik vandenilio šiluminio laidumo, konkretų šilumos ir jos nepaprastai didelis. Įprastoje temperatūroje jis yra kaitinamas plėtimosi, ir žemiau 40 K - atšaldomas. Todėl, kai T <40 K helio gali būti paversta skystį plečiasi.

Elementas yra izoliatorius, jeigu yra ne jonizuoto valstybės. Kaip ir kitų inertinių dujų, helio turi metastabili energijos lygį, kad į jį galima jonizuoja elektros iškrova, kai įtampa yra mažesnė nei jonizacijos potencialą.

Helio-4 yra unikali tuo, kad ji turi du skysto pavidalo. Įprasta vadinamas helio I ir egzistuoja esant temperatūrai nuo virimo taško 4.21 K (-268,9 ° C) iki apie 2,18 K (-271 ° C). Žemutinė šiluminio laidumo 2,18 K ⁴ Jis tampa 1000 kartų didesnis nei vario. Ši forma yra vadinama helio II atskirti nuo paprastų. Ji superfluid: klampumas yra toks mažas, kad ji negali būti matuojama. Helio II plinta į ploną plėvelę ant bet kokios medžiagos, kuri yra susijusi paviršiaus, ir ši plėvelė yra teka be trinties net prieš sunkio jėgos.

Mažiau gausiai helio-3 suformuoja tris skirtingus skystus etapus, iš kurių du yra superfluid. Superfluidity in ⁴ Jis buvo atrastas sovietų fiziko Petro Leonidovichem Kapitsey viduryje 1930, ir tas pats reiškinys ³ Jis pirmą kartą buvo pastebėtas Douglas D. Osheroff, David M. Lee ir Robert C. Richardson Jungtinių Amerikos Valstijų 1972 m.

Skysta mišinys iš dviejų izotopų helio-3 ir -4 esant temperatūrai žemesnei 0,8 K (-272,4 ° C) yra padalintas į dviejų sluoksnių - iš esmės gryno ³ Jis ir ⁴ Jis mišinys su 6% helio-3. Tirpinimas ³ He in ⁴ Jis yra lydima aušinimo efektą, kuris yra naudojamas Kriostatas struktūras, kurių helio temperatūra yra žemiau 0,01 K (-273,14 ° C) ir palaikomas ir kelias dienas.

jungtys

Normaliomis sąlygomis, helis yra chemiškai inertiškas. Kraštutiniais gali sukurti sudėtinę elementas, kad esant įprastai temperatūrai ir slėgiui rodikliai nėra stabili. Pavyzdžiui, helis gali sudaryti junginiai, kurių jodo, volframo, fluoro, fosforo ir sieros, kai leidžiamas į elektros Rusenančiojo išlydžio arba elektronų bombardavimą kraujo plazmoje būklę. Taigi jis buvo sukurtas HeNe, HgHe _10, whe ₂ ir molekulinė jonų Jis ₂ ⁺ ₂ Ne ⁺⁺ heh ⁺ ir HED ^+. Šis metodas taip pat buvo neutrali molekulė Jis ₂ ir HgHe.

plazma

Visatoje naudingai paskirstytos jonizuotą helis, kurio savybės iš esmės skiriasi nuo molekulinė. Elektronai ir protonai nebuvo susijęs, ir ji turi labai aukštą elektros laidumas net dalinai jonizuoto valstybės. Apie dalelės yra labai įtakojo magnetinių ir elektrinių laukų. Pavyzdžiui, vėjo, saulės su helio jonų sąveikauti su jonizuotos vandenilis magnetosphere žemės, sukelia pašvaistės.

Indėlių atradimas JAV

Po sėjos 1903 Dexter, Kanzasas, jis buvo gautas ne degios dujos. Iš pradžių ji nebuvo žinoma, kad jame yra helis. Kuriuo dujos buvo nustatyta, nustatė valstybė Erasmus Haworth geologas, kuris surinko jo mėginius ir Kanzaso universiteto per chemikų Kedi Gamiltona ir David McFarland nustatė, kad jis yra 72% azoto, 15% metanas, 1% vandenilio ir 12% nebuvo identifikuoti. Praleidus vėliau analizę, mokslininkai nustatė, kad 1,84% helio mėginyje. Taigi mes žinome, kad tai cheminis elementas būna dideliais kiekiais Didžiosios lygumos, kur ji gali būti išgaunamas iš gamtinių dujų gelmes.

pramonės produkcija

Tai padarė JAV pasaulyje gamyba helio lyderis. Tuo seras Richard Threlfall pasiūlymu, US Navy finansuojamas trys maži bandomąją gamyklą gaminti šią medžiagą per Pirmąjį pasaulinį karą, kad užtikrintų Užtvariniai Aerostatai lengvas nedegios kėlimo dujas. Pagal šią programą buvo pagaminta iš viso 5700 m ^3, 92 proc jis nors tai buvo gauta tik bent 100 litrų dujų. Dalis šios sumos buvo naudojamas pirmasis pasaulyje helio dirižablis US Navy C-7, kuris padarė savo pirmąjį reisą iš Hampton Roads (Virdžinija) ne Bolling Field (Washington, DC) gruodžio 7, 1921.

Nors žemos temperatūros skysto dujų procesas tuo metu nebuvo pakankamai išplėtota, kad būtų reikšmingas Pirmojo pasaulinio karo, gamyba tęsėsi. Helis, paprastai naudojamas kaip liftas dujų orlaivių. Per Antrąjį pasaulinį karą paklausa jis išaugo, kai jis buvo naudojamas su suvirinimas elektros lanku apsauginėse. Elementas, taip pat turi didelę reikšmę atominės bombos "Manhattan" kūrimą.

JAV Nacionalinis rezervas

1925, JAV vyriausybė sukūrė nacionalinį rezervą helio Amarilas, Teksasas, teikti karinius dirižabliai karo metu ir komercinių dirižabliai taikos metu. Dujų vartojimas sumažėjo po Antrojo pasaulinio, bet akcijų buvo padidintas 1950 m teikti, be kita ko, ji tiekia kaip aušinimo naudojamo deguonies ir vandenilio suslėgtųjų dujų gamybos metu kosmoso lenktynėse ir Šaltojo karo. Helio JAV naudojimas 1965 metais, aštuonis kartus didesnis negu didžiausias vartojimo karo.

Po įstatymo priėmimo helio 1960 Kasyba Biuro Streak 5 privačių įmonių išgauti elementą iš gamtinių dujų. Ši programa buvo pastatyta 425-km dujotiekį prijungti šiuos augalus su vyriausybe dalies neatsinaujinantys dujų srityje netoli Amarilas, Teksasas. Helio-azoto mišinys pumpuojamas į požeminę saugyklą, ir ten išliko iki nėra jame poreikis.

Iki 1995 m sandėlyje Kiekis buvo surinkti milijardą kubinių metrų, o į nacionalinį rezervą 1,4 milijardų dolerių, kurie paskatino JAV Kongresą 1996 m palaipsniui jos skolos. Po 1996 m įstatymo priėmimą nuo helio ministerijos Gamtos išteklių privatizavimo pradėjo likvidavimo parduotuvėje 2005 m.

Švarus ir gamyba

Helis gaminamas iki 1945 metų turėjo apie 98% grynumo, kiti 2% buvo azoto, kuris yra pakankamas dirižabliai. 1945, ji pagamino nedidelį kiekį 99,9 proc dujas naudoti lankinio suvirinimo. 1949 m, gauto elemento grynumas pasiekė 99,995%.

Jau daugelį metų JAV pagamino daugiau nei 90% pasaulio komercinės helio. Nuo 2004 m kasmet ji buvo parengta 140 milijonų m ^3, iš kurių 85% pasitaiko JAV, 10% buvo atliktas Alžyras, o likusieji - Rusijoje ir Lenkijoje. Pagrindiniai šaltiniai helio pasaulyje yra gamtinių dujų telkinių Texas, Oklahoma ir Kansas.

Už gauti procesas

Helis (grynumas 98,2%) yra susigrąžinta iš gamtinių dujų skystinimo kitų komponentų esant žemai temperatūrai ir aukštam slėgiui. Kitų dujų adsorbcija atvėsinto aktyvintoji anglis gali pasiekti 99,995% grynumo. pagaminta Nedidelis helio oro skystinimo dėl didelio masto metu. 900 tonų ore gali gauti apie 3,17 kubinių metrų. m dujų.

Taikymo sritys

Inertinės dujos buvo taikomi įvairiose srityse.

• Helis, kuris savybės leidžia gauti labai žemą temperatūrą, yra naudojamas kaip aušinimo agentas LHC, MRT superlaidžiu magnetu aparatų ir branduolinio magnetinio rezonanso spektrometras, palydovinė įranga, o taip pat dėl deguonies ir vandenilio suskystinimo raketų "Apollo".
• Kaip inertinių dujų suvirinimo aliuminio ir kt. Metalai puslaidininkių ir optinių skaidulų gamybos.
• .. Norėdami sukurti slegi kuro bakuose raketų varikliai, ypač veikianti skysto vandenilio, t tik helio dujomis išsaugo savo būseną apibendrinant vandenilio lieka skystas);
• Jis-ne dujų lazeriai yra naudojami nuskaityti brūkšninį kodą ant kasose prekybos centruose.
• Helis-jonų mikroskopu leidžia jums gauti geriausią vaizdą nei elektroninis.
• Dėl didelio pralaidumo inertinių dujų naudojamas išbandyti nutekėjimas, pavyzdžiui, automobilių oro kondicionavimo sistemas, taip pat greito pripildymo nuo susidūrimo pagalvė.
• Mažo tankio leidžia dekoratyviniai rutuliai alsuoja helio. Inertinės dujos yra pakeičiamas sprogstamąjį vandenilio dujas dirižabliai ir balionų. Pavyzdžiui, meteorologija, helio balionai naudojami pakelti matavimo priemonę.
• Kriogeninė aušinimo skysčio yra naudojamas, nuo cheminio elemento temperatūros kuo mažesnis skystame būvyje.
• Helis, kurių savybių suteikti jai pagrindinės mažas reaktyvumas ir tirpumas vandenyje (ir kraujo), mišinyje su deguonimi nustatė, taikymą kvėpavimo takų RECEPTŪROS nardymo ir laikymui Skrzyńcowy darbą.
• Meteoritai ir uolienos analizuojami šio elemento kiekio nustatyti jų amžių.

Helis: elemento savybės

Jis Pagrindinės fizikinės savybės yra tokios:

• Atominis skaičius: 2.
• Santykinis masė helio atomo: 4,0026.
• Lydymosi temperatūra: ne.
• Virimo temperatūra: -268,9 ° C
• Tankis (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidacijos 0.