Հելիում: հատկությունները, բնութագրեր, դիմումը

Հելիում - իներտ գազ խմբի 18 պարբերական աղյուսակի. Սա երկրորդ ամենաթեթեւ տարրը հետո ջրածնի. Հելիում - գազ, առանց գույնի, հոտ ու համ, որը դառնում է հեղուկ է ջերմաստիճանի -268.9 ° C- ի եռման կետ եւ դրա սառեցման կետը ցածր է, քան ցանկացած այլ հայտնի նյութի: Դա միակ տարրը, որը չի ամրապնդել սառեցման նորմալ մթնոլորտային ճնշման. Նա տեղափոխվել է ամուր պետություն, պետք է լինի 25 միջավայրերին, մի ջերմաստիճանի 1 K.

Պատմությունը հայտնաբերելու

Հելիում հայտնաբերվել է գազի մթնոլորտը արեւը, ֆրանսիացի աստղագետ Պիեռ Zhansenom որ 1868 խավարման ժամանակ է գտել պայծառ դեղին գիծ սպեկտրի արեւային քրոմոսֆերայից: Սկզբում ենթադրվում էր, որ այս գիծը ներկայացնում է տարր նատրիումի. Նույն տարում, Անգլերեն աստղագետ Dzhozef Norman Lockyer նկատվում է դեղին գիծ է արեւային սպեկտրի, որը չի համապատասխանում հայտնի նատրիումի գծերի դ ₁ եւ D _2, եւ, հետեւաբար, այն կոչվում է այն գիծը: D _3: Lockyer եզրակացրեց, որ դա էր առաջացրել մի նյութի Արեւի անհայտ երկրի վրա. Նա եւ քիմիկոս Էդուարդ Ֆրանկերի Վերնագրից տարր օգտագործելով հունական անունը 'Helios »Sun.

1895 թ-ին Բրիտանական քիմիկոս սըր Uilyam RAMZAY ապացուցել է գոյությունը հելիումի Երկրի վրա: Նա ստացել է օրինակելի cleveite ուրանի կրող օգտակար հանածոների, եւ ուսումնասիրելուց հետո գազերի ընթացքում ձեւավորված ջեռուցման, այն գտել է, որ վառ դեղին գիծ է սպեկտրի համընկնում գծի D ₃ նկատվում է արեւային սպեկտրի. Այսպիսով, նոր տարր էր, վերջապես տեղադրվել: 1903-ին Ramsay եւ Ֆրեդերիկ Soddy գտել է, որ հելիումը արդյունք է ինքնաբուխ քայքայման ռադիոակտիվ նյութերի.

Բաշխման բնության մեջ

Զանգվածը հելիումի է մոտ 23% - ը ընդհանուր զանգվածի տիեզերքի, եւ այդ տարրը հանդիսանում է երկրորդ ամենատարածված տարածության մեջ. Այն կենտրոնացված է աստղերի, որտեղ ջրածինը ձեւավորվում է արդյունքում fusion: Չնայած նրան, որ հելիում մթնոլորտում է համակենտրոնացում է 1 մասնակիորեն 200-ը: (5 րոպեում) եւ պարունակում է փոքր քանակությամբ ռադիոակտիվ օգտակար հանածոների, երկնաքար խցուկ, ինչպես նաեւ հանքային աղբյուրների, մեծ քանակությամբ տարր հայտնաբերվել է Միացյալ Նահանգների (հատկապես Տեխաս, Նյու Mexico City, Կանզասի, Օկլահոմա, Յուտա, եւ Արիզոնայի), ինչպես բաղադրիչով (մինչեւ 7.6%) բնական գազի: Փոքր եւ նրա պաշարները հայտնաբերվել են Ավստրալիայում, Ալժիրում, Լեհաստանի, Քաթարի եւ Ռուսաստանի: Ի ընդերքը հելիումով համակենտրոնացում է միայն մոտ 8 մմմ:

իզոտոպներ

Միջուկը յուրաքանչյուր հելիումով Ատոմ պարունակում է երկու պրոտոնների, բայց, քանի որ այլ տարրերի, այն ունի իզոտոպներ: Դրանք պարունակում են մեկից մինչեւ վեց նեյտրոնների, այնպես որ, նրանց զանգվածային համարները սկսած երեք ութ. Կայուն սրանք տարրերն որոնց քաշը որոշվում է հելիումի ատոմային թիվ 3 ⁽³ He) եւ 4 ⁽⁴ էր): Բոլոր այլ ռադիոակտիվ եւ արագ քայքայվել մեջ այլ նյութերի. Երկրի հելիումը չէ բնօրինակը մասը մոլորակի, այն կազմավորվել է որպես արդյունքում ռադիոակտիվ տրոհման: Ալֆա մասնիկներ արտանետվել են միջուկների ռադիոակտիվ ծանր նյութերի իզոտոպի ⁴ Նա կորիզ: Հելիում չի կուտակվում է մեծ քանակությամբ մթնոլորտում, քանի որ Երկրի ծանրության բավարար չէ կանխել այն աստիճանաբար հոսակորուստ մեջ տարածություն. Հետքեր ³ Նա աշխարհում բացատրվում են բացասական beta հոտել ջրածնի հազվագյուտ-3 տարր (տրիտիում): ⁴ Նա հանդիսանում է առավել տարածված կայուն իզոտոպների: ⁴ հարաբերակցությունը Նա ատոմների նկատմամբ ³ նա մոտ 700 հազար է 1 մթնոլորտում եւ մոտ 7 մլն 1 որոշ հելիում հարուստ օգտակար հանածոների ..

Ֆիզիկական հատկությունները Հելիումի

եռման եւ հալման կետը այս նյութի են ամենացածրը. Այդ իսկ պատճառով, հելիում, գոյություն ունի որպես գազի բացառությամբ ծայրահեղ պայմաններում: Նա գազ է լուծարվել է ջրի պակաս է, քան ցանկացած այլ գազի, եւ փոխարժեքը ցրման միջոցով ամուր մարմինը երեք անգամ ավելի մեծ է, քան այն օդում: Its refractive ցուցանիշն ամենամոտ մոտենում 1:

Ջերմային ջերմահաղորդություն է հելիումի զիջում է միայն ջրածնի ջերմային ջերմահաղորդություն, կոնկրետ ջերմության եւ դրա աննախադեպ բարձր: Սովորական ջերմաստիճանի դա թեժ ընդլայնման, եւ ստորեւ 40 K - cooled. Հետեւաբար, ժամը T <40 K հելիում կարող է փոխակերպվել հեղուկ `ընդլայնելով:

Տարր է մեկուսիչ, եթե չէ, իոնացված վիճակում: Ինչպես մյուս ազնիվ գազերի, հելիում ունի metastable էներգետիկ մակարդակներում, որոնք թույլ են տալիս, որ այն պետք է իոնացվում է էլեկտրական կատարողականը երբ լարման ցածր իոնացում ներուժի:

Հելիում-4-ը եզակի է, որ այն ունի երկու հեղուկ ձեւերը: Միշտ, կոչվում հելիում ես ու կա ջերմաստիճանի սկսած եռացող կետի 4.21 K (-268,9 ° C) մասին 2,18 Ղ (-271 ° C): Ավելի ցածր ջերմային ջերմահաղորդություն 2,18 K ⁴ Նա դառնում է 1000 անգամ ավելի մեծ է, քան այն պղնձի. Այս ձեւը կոչվում է հելիումի II, տարբերակել այն սովորական. Այն ունի գերհոսուն: մածուցիկության այնքան ցածր է, որ այն չի կարող չափվել: Հելիում II տարածվում են բարակ ֆիլմի վրա մակերեսի ցանկացած նյութ, որը շահագրգիռ է, եւ այս ֆիլմը, որը հոսում է առանց շփման, նույնիսկ դեմ ծանրության:

Ավելի քիչ առատ հելիում-3 ձեւավորում երեք տարբեր հեղուկ փուլերը, որոնցից երկուսը գերհոսուն: Գերհոսելիության ⁴ Նա հայտնաբերվել է, որ խորհրդային ֆիզիկոս petroM Leonidovichem Kapitsey կեսերին 1930 - ականներին, եւ նույնը երեւույթ է ³ Նա առաջին անգամ նկատել է Դուգլաս Դ Osheroff, Դավիթ Մ Lee, եւ Ռոբերտ C. Richardson Միացյալ Նահանգների 1972 թ-ին:

Հեղուկ խառնուրդ երկու իզոտոպների հելիում-3-եւ -4 ջերմաստիճանի ստորեւ 0.8 K (-272,4 ° C), որը բաժանված է երկու շերտերի `էապես մաքուր ³ Նա եւ ⁴ Նա խառնուրդ 6% հելիումի-3 Լուծարումը ³ Նա է ⁴ Նրան ուղեկցում է սառեցման ուժի, որը օգտագործվում է cryostat կառույցներում, որի հելիումը ջերմաստիճանը ցածր 0.01 Ղ (-273,14 ° C), եւ պահպանվում է մի քանի օրվա ընթացքում:

միացումներ

Տակ նորմալ պայմաններում, հելիումը քիմիապես իներտ. Իսկ ծայրահեղ կարող եք ստեղծել մի բարդ տարր, որ նորմալ ջերմաստիճանի եւ ճնշման ցուցանիշների կայուն չեն: Օրինակ, հելիում կարող է ձեւավորել միացություններ յոդ, վոլֆրամի, ֆտորի, ֆոսֆոր եւ ծծմբի, երբ ենթարկվում է էլեկտրական պարպումով կամ Էլեկտրոնի ռմբակոծության է պլազմայի պետության: Այսպիսով, այն ստեղծվել է hënë, HgHe _10, ար ₂ եւ մոլեկուլային իոնների Նա ₂ ⁺ ₂ Ոչ ^++, Heh ⁺ եւ hed ^+. Այս տեխնիկան եղել է նաեւ չեզոք մոլեկուլ Նա ₂ եւ HgHe:

պլազմա

Տիեզերքի շահեկանորեն բաշխվում իոնացված հելիումից, որի հատկությունները զգալիորեն տարբերվել է մոլեկուլային: Էլեկտրոնները եւ պրոտոնները կապված չէր, եւ այն ունի շատ բարձր էլեկտրական նույնիսկ մասամբ իոնացված պետություն: Վրա լիցքավորված մասնիկների վրա մեծ ազդեցություն ունի մագնիսական եւ էլեկտրական դաշտերից: Օրինակ, արեգակնային քամու հետ հելիում իոնների փոխազդել հետ իոնացված ջրածնի մագնիտոսֆերայում երկրի, պատճառելով Ավրորա Borealis:

Հայտնաբերելու ավանդների ԱՄՆ-

Այն բանից հետո, հորատման է 1903 թ Dexter, Կանզասի, այն ձեռք է ոչ դյուրավառ գազի. Ի սկզբանե, այն էր, հայտնի չէ, որ այն պարունակում է հելիում. Որը գազ է հայտնաբերվել, հայտնաբերվել պետությունը Էրազմուս Haworth երկրաբան, ով հավաքել է իր նմուշներ եւ Կանզասի համալսարանի միջոցով քիմիկոսների Kedi Gamiltona եւ Դավիթ MCFARLAND գտել է, որ այն պարունակում է 72% ազոտ, 15% մեթան, 1% ջրածին եւ 12% չի հայտնաբերվել: Անցկացնելուց հետո հերթական վերլուծությունը, հետազոտողները պարզել են, որ 1.84% նմուշի հելիումի. Այնպես որ, մենք գիտենք, որ դա քիմիական տարր առկա է մեծ քանակությամբ խորքերը Մեծ Plains, որտեղ այն կարող է արդյունահանվող բնական գազի.

արդյունաբերական արտադրությունը

Դա արել են, որ Միացյալ Նահանգները աշխարհի արտադրությունը հելիում առաջնորդի: Ի առաջարկությամբ Ըստ Sir Richard Threlfall, որ ԱՄՆ ռազմածովային կողմից ֆինանսավորվող երեք փոքր փորձնական գործարանը արտադրել այս նյութ Առաջին համաշխարհային պատերազմի է ապահովել արգելք փուչիկներ թեթեւ ոչ-դյուրավառ Ամբարձիչ գազ: Ըստ այս ծրագրի արտադրվել է ընդհանուր առմամբ 5700 մ ³ 92 տոկոս Նա, չնայած այն ստացվել է միայն առնվազն 100 լիտր գազի. Մաս Այս գումարից օգտագործվել է աշխարհի առաջին հելիումով օդանավ է ԱՄՆ ռազմածովային ուժերը C-7, որը կազմել է օրիորդական ճամփորդությունը Hampton Roads (Virginia) , ժամը Bolling ոլորտում (Washington, DC) դեկտեմբերի 7, 1921 թ.:

Չնայած նրան, որ գործընթացը ցածր ջերմաստիճանը հեղուկ գազի այդ ժամանակ չէր բավարար չափով զարգացած լինել էական Առաջին համաշխարհային պատերազմի, արտադրության շարունակեց. Հելիում, ընդհանուր առմամբ օգտագործվել է որպես վերացնել գազի ինքնաթիռներ. Պահանջարկը դրա համար աճել է Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ, երբ այն օգտագործվում է մի պաշտպանված աղեղային եռակցման. Տարրը ունի նաեւ մեծ նշանակություն է ստեղծման ատոմային ռումբի "Manhattan":

ԱՄՆ ազգային պահուստ

1925 թ., Իսկ Միացյալ Նահանգների կառավարությունը ստեղծել է Ազգային պաշարը հելիումի Amarillo, Տեխաս, տրամադրել ռազմական օդանավեր պատերազմի ժամանակ եւ առեւտրային airships խաղաղ պայմաններում. Օգտագործումը գազի ընկել է Երկրորդ համաշխարհային, սակայն ֆոնդային աճել է 1950-ին տրամադրել, ի թիվս այլ բաների, դա մատակարարում որպես coolant օգտագործվում է արտադրության թթվածնի ջրածնի վառելիքի ժամանակ տիեզերական մրցավազքի եւ Սառը պատերազմի: Օգտագործումը հելիում է Միացյալ Նահանգների 1965 թ, ութ անգամ ավելի բարձր է, քան գագաթնակետին սպառման Պատերազմական:

Ընդունումից հետո ՀՀ օրենքի հելիում 1960 - Mining Բյուրոյի Շերտ 5 մասնավոր ընկերություններից է հանել տարրը բնական գազով: Այս ծրագիրը, որը կառուցվել 425 կմ երկարությամբ ջրագիծ է կապել այդ բույսերի հետ կառավարության մասամբ depleted գազի ոլորտում մոտ Amarillo, Տեխաս. Հելիում-ազոտի խառնուրդ pumped մեջ ստորգետնյա պահեստավորման, եւ այնտեղ մնաց մինչեւ անհրաժեշտություն չկա դրան:

1995-ին այդ ծավալը ֆոնդային էր հավաքվել միլիարդ խորանարդ մետր, իսկ պարտքի Ազգային պահուստի 1,4 մլրդ ԱՄՆ դոլար, որը հուշում է ԱՄՆ Կոնգրեսին 1996 թ. Փուլ դուրս գալ դրանից: Ընդունումից հետո `1996-ին ՀՀ օրենքի վերաբերյալ սեփականաշնորհման հելիումով նախարարության բնական պաշարների մեկնարկել է լուծարման խանութ 2005-ին:

Մաքուր եւ արտադրության

Հելիում արտադրվում է մինչեւ 1945 թ. Տարի ունեցել է մաքրություն մոտ 98%, իսկ մյուսները, 2 տոկոսը `ազոտի, որը բավարար է airships. 1945 թ.-ին, այն արտադրվում է մի փոքր քանակությամբ 99.9 տոկոսով գազի օգտագործման համար աղեղային եռակցման: Ըստ 1949 թ., Մաքրության արդյունքում տարր հասել է 99.995%:

Երկար տարիների ընթացքում Միացյալ Նահանգները արտադրվել է ավելի քան 90% -ը աշխարհի առեւտրային հելիումի. 2004 թ.-ից, ամեն տարի այն մշակվել է 140 մլն մ ^3, 85% -ը, որը առաջանում է Միացյալ Նահանգներում, 10% -ը իրականացվել է Ալժիրում, իսկ մնացածը `Ռուսաստանում եւ Լեհաստանում: Հիմնական աղբյուրները Հելիումի աշխարհում բնական գազի ոլորտները Texas, Օկլահոմա եւ Կանզաս նահանգի:

Այդ գործընթացը ստանալու համար

Հելիում (մաքրությունը 98.2%), որը վերականգնվել է հեղուկացման գազի այլ բաղադրիչների ցածր ջերմաստիճանի եւ բարձր ճնշումների: The adsorption այլ գազերի cooled ակտիվացված ածխածնային կարող է հասնել մաքրությունը 99.995%: Մի փոքր գումարը հելիում արտադրված ընթացքում օդային հեղուկացման վրա մեծ մասշտաբով: 900 տոննա օդի կարող է ստանալ մոտ 3.17 խորանարդ մետր: մ գազ:

Կիրառման ոլորտները

Noble գազ կիրառվել է տարբեր ոլորտներում:

• Helium, որը հատկությունները թույլ են տալիս ձեռք բերել շատ ցածր ջերմաստիճանը, որը օգտագործվում է որպես սառեցման գործակալի LHC, MRI գերհաղորդունակ մագնիսի սարքավորումներից եւ միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային սպեկտրոմետրերի, արբանյակային սարքավորումների, ինչպես նաեւ հեղուկացման թթվածնի եւ ջրածնի է հրթիռներով «Apollo»:
• Որպես իներտ գազով եռակցման ալյումինի եւ ուրիշներին. Մետաղները արտադրության կիսահաղորդիչների եւ օպտիկական մանրաթելեր.
• .. ստեղծելու ճնշումը վառելիքի տանկերի հրթիռային շարժիչների, հատկապես նրանց, ովքեր գործում է հեղուկ ջրածնի, տ է միայն հելիում գազի պահպանում է իր վիճակը ագրեգացում երբ ջրածնային մնում հեղուկ).
• Նա-Նե գազի լազերներ , որոնք օգտագործվում են սկան է շտրիխ վրա տոմսարկղ սուպերմարկետներում:
• Հելիում-իոնային մանրադիտակ թույլ է տալիս Ձեզ ստանալ լավագույն պատկերը քան էլեկտրոնային:
• Շնորհիվ բարձր permeability է ազնվական գազի օգտագործվում է փորձարկել արտահոսքի, օրինակ, մեքենաների օդորակման համակարգերի, ինչպես նաեւ արագ թռել, AirBag վրա բախման.
• Ցածր խտության թույլ է տալիս դեկորատիվ գնդակներ լցված հելիում. Իներտ գազ փոխարինվում պայթուցիկ ջրածնի գազ է airships եւ փուչիկներով. Օրինակ, օդերեվութաբանություն, օդային փուչիկներ օգտագործվում են վերացնել չափելու գործիք:
• Որ կրիոգենիկ coolant օգտագործվում է, քանի որ ջերմաստիճանի քիմիական տարր է հնարավորինս նվազագույն հեղուկ վիճակում:
• Helium, որը հատկություններով ապահովել այն ցածր ռեակցիոնունակությունը եւ ջրի լուծելիություն (եւ արյան), մի խառնուրդ հետ թթվածնի գտել հայտը շնչառական ձեւակերպումներով համար Scuba diving եւ անցկացման caisson աշխատանքը.
• Meteorites եւ ժայռեր են վերլուծվել բովանդակության համար այս տարրի է որոշելու իրենց տարիքը:

Հելիում: հատկությունները տարր

Նա հիմնական ֆիզիկական հատկություններով հետեւյալն են `

• Ատոմային համարը: 2.
• Հարաբերական զանգվածը հելիումով Ատոմ: 4,0026.
• Հալման կետ չկա:
• Եռման կետ: -268,9 ° C.
• Խտությունը (1 բանկոմատ, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• օքսիդացում պետություն 0: