Heliul aparține grupului de gaze nobile. Heliul lichid este cel mai rece lichid din lume. În această stare agregată, are o serie de caracteristici unice, cum ar fi superfluiditatea și supraconductibilitatea. Vom afla mai multe despre proprietățile sale mai târziu.
Heliu gaz
Heliul este o substanță simplă distribuită pe scară largă în Univers în stare gazoasă. În tabelul periodic al lui Mendeleev, el este al doilea și este imediat după hidrogen. Se referă la gaze inerte sau nobile.
Elementul este desemnat „El”. Din greaca veche, numele sau inseamna "Soare". La început s-a presupus că era metal. Cu toate acestea, s-a dovedit că acesta este un gaz monoatomic. Heliul este a doua cea mai ușoară substanță chimică și este insipid, incolor și inodor. Are cel mai scăzut punct de fierbere.
În condiții normale, este un gaz ideal. Pe lângă gazos, este capabil să fie în stare solidă și lichidă. Inerția sa se manifestă în interacțiunea inactivă cu alte substanțe. Este practic insolubil în apă. În scopuri industriale, este extras din gazul natural, separându-l de impurități cufolosind o răcire puternică.
Gazul poate fi periculos pentru oameni. O creștere a concentrației sale în aer duce la o lipsă de oxigen în sânge, ceea ce în medicină se numește foamete de oxigen. Când este ingerat în cantități mari, provoacă vărsături, pierderea conștienței și uneori moartea.
Lichefierea heliului
Orice gaz poate intra în stare lichidă de agregare în anumite condiții. Lichefierea este folosită în mod obișnuit în industrie, precum și în cercetarea științifică. Pentru unele substanțe, este suficient să crești pur și simplu presiunea. Altele, cum ar fi heliul, devin lichide numai atunci când sunt răcite.
Dacă temperatura gazului este peste punctul critic, acesta nu se va condensa, indiferent de presiune. Pentru heliu, punctul critic este 5,19 Kelvin, pentru izotopul său 3He este 3,35 K.
Heliul lichid este un lichid aproape perfect. Se caracterizează prin absența tensiunii superficiale, a vâscozității. După schimbarea presiunii și a temperaturii, volumul său rămâne același. Heliul lichid are o tensiune extrem de scăzută. Substanța este incoloră și foarte fluidă.
Proprietățile heliului lichid
În stare lichidă, heliul este puțin distins, deoarece refractă slab razele de lumină. În anumite condiții, are proprietățile unui lichid cuantic. Din acest motiv, la presiune normală, nu cristalizează nici la o temperatură de −273,15 Celsius (zero absolut). Toate celel alte substanțe cunoscute se solidifică în aceste condiții.
Temperatura la care heliul lichid începe să fiarbă este de -268,9 grade Celsius. Proprietățile fizice ale izotopilor săi variază considerabil. De exemplu, heliul-4 fierbe la 4,215 K.
Este un lichid Bose, care se caracterizează prin tranziții de fază la temperaturi de 2, 172 Kelvin și mai jos. Faza He II este caracterizată prin superfluiditate și conductivitate supertermică. La temperaturi sub fază, He I și He II apar simultan, datorită cărora în lichid apar două viteze ale sunetului.
Heliu-3 este un lichid Fermi. Fierbe la 3,19 Kelvin. Un izotop poate atinge superfluiditate doar la temperaturi foarte scăzute (câțiva milikelvin) atunci când există suficientă atracție între particulele sale.
Superfluiditatea heliului
Știința datorează studiul conceptului de superfluiditate academicienilor S. P. Kapitsa și L. D. Landau.
Academicianul a concluzionat că, după ce temperatura heliului scade sub 2.172 K, substanța trece din faza stării normale la una complet nouă, numită heliu-II. În această fază, substanța trece prin capilare și găuri înguste fără cea mai mică frecare. Această stare se numește „superfluiditate”.
În 1941, Landau L. D. a continuat să studieze proprietățile heliului lichid și a dezvoltat teoria superfluidității. Explicaa luat-o prin metode cuantice, aplicând conceptul de spectru energetic al excitațiilor.
aplicații cu heliu
Elementul heliu a fost descoperit în spectrul Soarelui în 1868. Pe Pământ, a fost descoperit de William Ramsay în 1895, după care a fost studiat mult timp și nu a fost folosit în sfera economică. În activitatea industrială, a început să fie folosit ca combustibil pentru avioane în timpul Primului Război Mondial.
Gazul este utilizat în mod activ pentru ambalarea în industria alimentară, în topirea metalelor. Geologii îl folosesc pentru a detecta defecțiunile din scoarța terestră. Heliul lichid este folosit în principal ca agent frigorific capabil să mențină temperaturi foarte scăzute. Această proprietate este necesară pentru cercetarea științifică.
Lichidul de răcire este utilizat în mașinile electrice criogenice, în microscoapele cu scanare tunel, în dispozitivele tomografelor medicale RMN, în acceleratoarele de particule încărcate.
Concluzie
Heliul este un gaz inert sau nobil care prezintă o activitate scăzută în interacțiunea cu alte substanțe. În tabelul periodic al elementelor chimice se află pe locul doi, în spatele hidrogenului. În natură, materia se află în stare gazoasă. În anumite condiții, poate intra în alte stări de agregare.
Principala caracteristică a heliului lichid este superfluiditatea și incapacitatea sa de a cristaliza la presiune normală, chiar dacă temperatura ajunge la zero absolut. Proprietățile izotopilor unei substanțe nu sunt aceleași. Critica lortemperaturile, condițiile de fierbere ale acestora și rotațiile particulelor lor.
