Helium: egenskaper, egenskaper, applikasjons

Helium - inert gass fra gruppe 18 i det periodiske system. Dette er den andre letteste element etter hydrogen. Helium - gass uten farge, lukt og smak som blir flytende ved en temperatur på -268,9 ° C kokepunktet og frysepunktet lavere enn for noen annen kjent substans. Det er det eneste element som ikke stivner ved avkjøling ved normalt atmosfæretrykk. Han flyttet til den faste tilstand må være 25 atmosfærer, ved en temperatur på 1 K.

History of oppdagelse

Helium ble funnet i gassatmosfæren som omgir sø, French astronomen Pierre Zhansenom som i 1868 under en formørkelse har funnet en lys gul linje i spekteret av solens chromosphere. Til å begynne med ble det antatt at denne linjen representerer elementet natrium. I det samme år, engelsk astronom Dzhozef Norman Lockyer observert en gul linje i solspekteret, som ikke tilsvarer kjente natrium linjer D1 _{og D2,} og derfor er det kalt det en linje _D3. Lockyer konkluderte med at det var forårsaket av et stoff i Sun ukjent på jorden. Han og kjemiker Edward Frankland i tittelen element ved hjelp av det greske navnet 'Helios' Søn

I 1895, har den britiske kjemikeren Sir Uilyam Ramzay beviste eksistensen av helium på jorden. Han mottok prøve cleveite uranholdige mineraler, og etter å undersøke de gasser som dannes under oppvarming, er det funnet at lys gul linje i spektret sammenfaller med linjen D _3, observert i solspekteret. Således, et nytt element ble endelig installert. I 1903 Ramsay og Frederick Soddy funnet at helium er et produkt av den spontane nedbrytning av radioaktive stoffer.

Distribusjon i naturen

Massen av helium er omtrent 23% av den totale massen til universet, og elementet er den nest hyppigste i verdensrommet. Det er konsentrert i stjerner, hvor hydrogenet dannet fra det resulterende fusjons. Selv om helium i atmosfæren er i en konsentrasjon på 1 del til 200 th. (5 ppm) og er inneholdt i små mengder av radioaktive mineraler, meteoritt kjertel, i tillegg til mineralkilder, for store mengder av det element som finnes i USA (spesielt i Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah og Arizona) som komponent (7,6%) av naturgass. Liten og sine reserver har blitt oppdaget i Australia, Algerie, Polen, Qatar og Russland. I jordskorpen helium konsentrasjonen er omtrent 8 ppb.

isotoper

Kjernen i hver enkelt av den heliumatom inneholder to protoner, men, som sammen med andre elementer, har det isotoper. De inneholder fra en til seks nøytroner, slik at deres massetall fra tre til åtte. Stabil av disse er de elementene med en vekt som er bestemt av helium atomnummer 3 ⁽³ He) og 4 ⁽⁴ He). Alle andre radioaktive og hurtig forfalle til andre stoffer. Jordens helium er ikke en opprinnelig del av planet, det ble dannet som et resultat av radioaktiv nedbrytning. Alfa-partikler som sendes ut av kjerner av radioaktive tung stoffer isotopseparatorer ⁴ Han kjerne. Helium akkumuleres ikke i store mengder i atmosfæren, fordi jordens gravitasjon er ikke tilstrekkelig til å hindre den fra å gradvis lekke ut i rommet. Spor av ³ Han i verden er forklart negativ betahenfall hydrogen sjeldent-3 element (tritium). ⁴ Han er den vanligste av stabile isotoper: ⁴ forholdet Han atomer mot ³ Han er ca 700 tusen til en atmosfære og ca 7 millioner innen ett i noen helium-rike mineraler ..

De fysiske egenskaper av helium

koke og smeltepunktet for dette element er lavest. Av denne grunn, foreligger helium som en gass unntatt i ekstreme forhold. He-gass er oppløst i vann som er mindre enn en hvilken som helst annen gass, og hastigheten for diffusjon gjennom det faste legeme er tre ganger større enn for luft. Dens brytningsindeks av de nærmeste nærmer en.

Den termiske ledningsevne for helium er andre bare hydrogen termiske ledningsevne, spesifikke varme og dets usedvanlig høy. Ved vanlig temperatur, oppvarmes det under ekspansjon, og under 40 K - kjøles. Derfor, ved T <40 K helium kan omdannes til en væske ved å ekspandere.

Element er en isolator, hvis ikke er i ionisert tilstand. Som med andre edelgasser, har helium en metastabil energinivåer som tillater det å bli ionisert ved hjelp av en elektrisk utladning når en spenning er under den ioniseringspotensial.

Helium-4 er unik ved at den har to flytende former. Vanlig kalt helium I og eksisterer ved temperaturer i området fra kokepunktet for 4,21 K (-268,9 ° C) til ca. 2,18 K (-271 ° C). Lavere varmeledningsevne på 2,18 K ⁴ Han blir 1000 ganger større enn for kobber. Denne formen kalles helium II, for å skille det fra det vanlige. Det har superflytende: viskositet er så lav at den ikke kan måles. Helium II spres til en tynn film på overflaten av en hvilken som helst substans som er opptatt, og denne film strømmer uten friksjon selv mot tyngdekraften.

Mindre rikelig helium-3 danner tre forskjellige væskefaser, hvorav to er superflytende. Overflod i ⁴ Han ble oppdaget av den sovjetiske fysikeren Petrom Leonidovichem Kapitsey på midten av 1930-tallet, og det samme fenomenet i ^tre Han ble først lagt merke til av Douglas D. Osheroff, David M. Lee og Robert C. Richardson i USA i 1972.

En flytende blanding av to isotoper av helium-3 og -4 ved temperaturer under 0,8 K (-272,4 ° C) er delt inn i to lag - et i det vesentlige rent ³ Han og ⁴ Han blanding med 6% av helium-3. Oppløsning av ³ han i ⁴ Han er ledsaget av kjøleeffekten som benyttes i kryostatsnitt strukturer hvor helium temperaturen er under 0,01 K (-273,14 ° C) og opprettholdt i et par dager.

tilkoblinger

Under normale forhold, er helium kjemisk inert. I ekstreme kan opprette en forbindelse element som ved normale temperatur- og trykkindikatorer er ikke stabile. For eksempel kan helium danne forbindelser med jod, wolfram, fluor, fosfor og svovel, når de utsettes for en elektrisk glødeutladning eller ved elektronbombardement i plasmatilstanden. Dermed ble det opprettet HeNe, HgHe _10, whe ₂ og molekylionene Han ₂ ⁺ ₂ Ikke ^++, heh ⁺ og hed ^+. Denne teknikken har også vært et nøytralt molekyl Han ₂ og HgHe.

plasma

I universet fordelaktig fordelt ionisert helium, hvis egenskaper avviker vesentlig fra den molekylære. Elektronene og protoner ble ikke koblet, og den har en meget høy elektrisk ledningsevne selv i en delvis ionisert tilstand. På ladede partikler er svært påvirket av magnetiske og elektriske felter. For eksempel, i solvinden med heliumioner samvirke med den ioniserte hydrogenmagneto jord, forårsaker Aurora Borealis.

Oppdagelsen av innskudd i USA

Etter boring i 1903 i Dexter, Kansas, ble det oppnådd ved ikke-brennbar gass. I utgangspunktet var det ikke kjent at det inneholder helium. Som gass ble funnet, identifisert tilstand Erasmus Haworth geolog, som har samlet sine prøver og University of Kansas via kjemikere Kedi Gamiltona og David McFarland funnet at det inneholder 72% nitrogen, 15% metan, 1% hydrogen og 12% ble ikke identifisert. Etter å ha brukt den etterfølgende analyse, forskere funnet at 1,84% av prøven av helium. Så vi vet at dette grunnstoff finnes i store mengder i dypet av Great Plains, hvor det kan utvinnes fra naturgass.

industriell produksjon

Dette har gjort USA til verdens produksjon av helium leder. På forslag fra Sir Richard Threlfall, den amerikanske marinen finansiert tre små pilotanlegg for å produsere dette stoffet under første verdenskrig for å sikre Sperreballong lette ikke-brennbar løftegass. I henhold til dette program ble produsert i totalt 5700 m ³ 92 prosent Han, selv om dette ble oppnådd bare på minst 100 liter gass. En del av dette beløpet ble brukt i verdens første helium luftskip US Navy C-7, som gjorde sin jomfrutur fra Hampton Roads (Virginia) på Bolling Feltet (Washington, DC) 07.12.1921.

Selv om prosessen med temperatur flytende gass lav på den tiden var ikke tilstrekkelig utviklet til å være av betydning under den første verdenskrig, videre produksjon. Helium er vanligvis brukt som en løftegass i fly. Etterspørselen etter den har økt under den andre verdenskrig da den ble brukt med en skjermet sveising. Elementet har også stor betydning i etableringen av atombomben "Manhattan".

USAs nasjonale reserve

I 1925, den amerikanske regjeringen opprettet den nasjonale reserve av helium i Amarillo, Texas, for å gi militære luftskip i krigstid og kommersielle luftskip i fredstid. Bruk av gass falt etter andre verdenskrig, men aksjen ble økt i 1950 for å gi, blant annet den leverer som kjølemiddel som brukes i produksjonen av oksygen-hydrogen drivstoff under romkappløpet og den kalde krigen. Bruken av helium i USA i 1965, åtte ganger høyere enn toppforbruk i krigstid.

Etter vedtakelsen av loven på helium 1960 Mining Bureau Streak 5 private selskaper til å trekke ut elementet fra naturgass. Dette programmet ble bygget 425 km lang rørledning til å koble disse plantene med regjeringen delvis tømt gassfelt i nærheten av Amarillo, Texas. Helium-nitrogen-blanding pumpet inn i underjordisk lagring, og forble der inntil det er ikke nødvendig i det.

I 1995 ble volumet på lager montert milliarder kubikkmeter, mens gjelden i National reserve på 1,4 milliarder dollar, som blir bedt den amerikanske kongressen i 1996 for å fase ut av det. Etter vedtakelsen i 1996 av loven om privatisering av helium Ministry of Natural Resources lanserte en avvikling butikk i 2005.

Rent og produksjon

Helium produsert til 1945 år hadde en renhet på omtrent 98%, andre 2% var i det nitrogen som er tilstrekkelig for luftskip. I 1945, produseres det en liten mengde av 99,9 prosent av gass for anvendelse ved buesveising. Ved 1949 har renheten av det resulterende element nådde 99.995%.

For mange år i USA produsert mer enn 90% av verdens kommersielle helium. Siden 2004, hvert år det ble jobbet ut 140 millioner m ^3, 85% av de som forekommer i USA, ble 10% utført i Algerie, og resten - i Russland og Polen. De viktigste kildene til helium i verden er naturlige gassfelt i Texas, Oklahoma og Kansas.

Fremgangsmåten for oppnåelse

Helium (renhet 98,2%) gjenvinnes fra flytendegjøring av naturgass av andre komponenter ved lave temperaturer og ved høye trykk. Adsorpsjon av andre gasser avkjølt aktivert karbon kan oppnå renhet på 99,995%. En liten mengde av helium som produseres under luft flytendegjøring i stor skala. Av de 900 tonn luft kan få om lag 3,17 kubikkmeter. m gass.

Bruksområder

Edelgass har blitt brukt i ulike felt.

• Helium, hvilke egenskaper tillater å oppnå meget lav temperatur, anvendes som et kjølemiddel i LHC, MRI-superledende magnet apparater og kjernemagnetisk resonans-spektrometere, satellitt utstyr, samt for flytendegjøring av oksygen og hydrogen i raketter "Apollo".
• Som inert gass for sveising av aluminium og andre. Metall i fremstillingen av halvledere og optiske fibere.
• .. For å opprette trykk i drivstofftankene med rakettmotorer, spesielt de som brukes i flytende hydrogen, t til bare heliumgass bevarer dettes agregattilstand når hydrogen forblir flytende);
• He-Ne gass lasere brukes til å skanne strekkoden på billettkontoret i supermarkeder.
• Helium-ion mikroskop kan du få det beste bildet enn elektronisk.
• På grunn av den høye permeabilitet av edelgassen benyttes for å teste lekkasjer, for eksempel i biler luft-kondisjoneringssystemer, så vel som hurtig fylling airbag ved kollisjon.
• Lav tetthet gir dekorative baller fylt med helium. Den inerte gass blir erstattet eksplosiv hydrogengass i luftskip og ballonger. For eksempel, i meteorologi, blir helium ballonger brukes til å løfte måleinstrumentet.
• Det kryogene kjølevæske brukes, ettersom temperaturen av det kjemiske elementet i minst mulig flytende tilstand.
• Helium, hvilke egenskaper gir den en lav reaktivitet og vann løselighet (og blod), i en blanding med oksygen har funnet anvendelse i respiratoriske formuleringer for dykking og holde senkekassen arbeid.
• Meteoritter og bergarter blir analysert for innholdet av dette elementet for å fastslå alder.

Helium: egenskapene til elementet

Han viktigste fysiske egenskaper er som følger:

• Atomnummer: 2.
• Den relative masse av heliumatomet: 4,0026.
• Smeltepunkt: nei.
• Kokepunkt: -268,9 ° C.
• Tetthet (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksydasjonstilstand 0.