Hélium: sipat, ciri, aplikasi

Helium - gas mulya tina group 18 tabel periodik. Ieu unsur lightest kadua sanggeus hidrogén. Helium - gas tanpa warna, bau jeung rasa anu janten cair dina suhu -268,9 ° C. titik golak jeung titik beku na handap tinimbang nu ti mana wae zat dipikawanoh lianna. Ieu hiji-hijina unsur anu henteu solidify kalawan cooling dina tekenan atmosfir normal. Anjeunna dipindahkeun kana kaayaan padet kedah janten 25 atmospheres, dina suhu 1 K.

Sajarah kapanggihna

Hélium ieu kapanggih dina atmosfir gas sabudeureun panonpoé, astronom Perancis Piér Zhansenom yén dina taun 1868 dina mangsa hiji samagaha geus kapanggih hiji garis konéng caang dina spéktrum chromosphere surya. Mimitina eta ieu dianggap yen garis ieu ngagambarkeun natrium unsur. Dina taun anu sarua, Inggris astronom Dzhozef Norman Lockyer observasi mangrupa garis konéng dina spéktrum surya, nu teu pakait jeung garis natrium dipikawanoh D ₁ jeung D _2, sarta ku kituna eta ngaranna hiji garis D _3. Lockyer menyimpulkan yén ieu disababkeun ku zat dina kanyahoan Sun di Bumi. Anjeunna jeung kimiawan Edward Frankland dina unsur judul ngagunakeun ngaran Yunani 'Helios' Panonpoé

Dina 1895, kimiawan Inggris Sir Uilyam Ramzay geus dibuktikeun ayana hélium di Bumi. Anjeunna nampi sampel cleveite mineral uranium-bearing, sarta sanggeus examining gas kabentuk dina mangsa panas, mangka kapanggih yén garis konéng caang dina spéktrum coincides jeung garis D _3, dititénan dina spéktrum surya. Ku kituna, unsur anyar ieu tungtungna dipasang. Dina 1903 Ramsay jeung Frederick Soddy kapanggih yén hélium mangrupakeun produk tina buruk spontan zat radioaktif.

Sebaran di alam

Massa hélium anu ngeunaan 23% tina total massa semesta, jeung unsur anu kadua paling umum dina spasi. Hal ieu ngumpul di béntang, dimana hidrogén kabentuk tina fusi anu dihasilkeun. Sanajan hélium dina atmosfir aya dina konsentrasi 1 bagian ka 200 th. (5 ppm) jeung dikandung dina saeutik mineral radioaktif, kelenjar meteorite, kitu ogé sumber mineral, nu jumlahna ageung unsur kapanggih di Amérika Serikat (utamana di Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah, jeung Arizona) salaku komponén (mun 7,6%) tina gas alam. Leutik jeung cadangan na geus kapanggih di Australia, Aljazair, Polandia, Qatar sarta Rusia. Dina konsentrasi kulit hélium anu ngan ngeunaan 8 ppb.

isotop

Inti unggal atom hélium ngandung dua proton, tapi, saperti kalawan elemen séjén, éta boga isotop. Éta ngandung ti hiji nepi ka genep neutron, kituna angka massa maranéhanana mimitian ti tilu ka dalapan. Stabil tina ieu unsur anu beurat ditangtukeun ku hélium nomer atom 3 ⁽³ Anjeunna) jeung 4 ⁽⁴ Anjeunna). Kabéh radioaktif sejen tur gancang luruh kana zat lianna. hélium Marcapada teu mangrupa bagian aslina planét, éta diwangun salaku hasil tina buruk radioaktif. partikel alfa dipancarkeun ku inti zat beurat radioaktif nu isotop ⁴ Anjeunna inti. Hélium teu ngumpulkeun dina jumlah badag di atmosfir, sabab gravitasi Bumi henteu cukup pikeun nyegah tina progressively bocor kana spasi. Ngambah ³ Anjeunna di dunya anu dipedar béta buruk négatip hidrogén jarang-3 unsur (tritium). ⁴ Anjeunna paling umum tina isotop stabil: ⁴ babandingan Anjeunna atom arah ³ Anjeunna ngeunaan 700 rébu nepi ka 1 atmosfir sarta ngeunaan 7 juta ku 1 sababaraha mineral-euyeub hélium ..

Sipat fisik hélium

golak jeung lebur point of item ieu téh panghandapna. Ku sabab kitu, hélium aya salaku gas iwal dina kondisi ekstrim. Anjeunna gas anu leyur dina cai kirang ti éta tina sagala gas séjén, sarta laju difusi nembus awak padet nyaéta tilu kali leuwih gede dibandingkeun yen tina hawa. indéks réfraktif na tina pangdeukeutna ngadeukeutan 1.

Konduktivitas termal tina hélium anu kadua ukur keur konduktivitas termal hidrogén, panas spésifik na nya extraordinarily tinggi. Dina hawa biasa éta dipanaskeun salila ékspansi, sarta handap 40 K - leuwih tiis. Ku alatan éta, dina T <40 K hélium bisa dirobah jadi cair anu ku ngembangna.

Unsur mangrupa insulator, upami teu di kaayaan ionized. Salaku kalayan gas mulya lianna, hélium boga tingkat énergi métastabil nu ngidinan ka jadi ionized ku hiji ngurangan listrik nalika tegangan hiji handap potensi ionisasi.

Hélium-4 nyaéta unik dina yen eta dua bentuk cair. Dawam disebut hélium I na aya dina suhu mimitian ti titik golak 4,21 K (-268,9 ° C) jeung ngeunaan 2,18 K (-271 ° C). konduktivitas termal handap 2,18 K ⁴ Anjeunna janten 1000 kali leuwih gede dibandingkeun yen tina tambaga. formulir ieu disebut hélium II, pikeun ngabédakeun éta ti biasa. Geus superfluid: viskositas téh jadi low yén éta teu bisa diukur. Hélium II nyebar kana pilem ipis dina beungeut sagala zat nu merhatikeun, sarta nyérélék pilem ieu tanpa gesekan malah ngalawan gravitasi.

Kirang loba pisan hélium-3 ngabentuk tilu fase cair béda, dua di antarana anu superfluid. Superfluidity di ⁴ Anjeunna kapanggih ku fisikawan Soviét Petrom Leonidovichem Kapitsey dina pertengahan 1930-an, sarta fenomena sarua dina ³ Manéhna mimiti noticed ku Douglas D. Osheroff, David M. Lee, jeung Robert C. Richardson Amérika Sarikat dina taun 1972.

A campuran cairan dua isotop helium-3 sarta -4 dina suhu handap 0,8 K (-272.4 ° C) dibagi jadi dua lapisan - hiji murni dasarna ³ Anjeunna sarta ⁴ Anjeunna Campuran kalawan 6% tina hélium-3. Disolusi of ³ Anjeunna dina ⁴ Anjeunna geus dibarengan ku pangaruh cooling nu dipaké dina struktur cryostat nu suhu hélium anu handap 0.01 K (-273,14 ° C) sarta dijaga salila sawatara poé.

sambungan

Dina kaayaan normal, hélium anu kimia mulya. Dina ekstrim bisa nyieun unsur sanyawa nu di suhu jeung tekenan normal indikator henteu stabil. Contona, hélium bisa ngabentuk sanyawaan uku, tungsten, fluorine, fosfor jeung walirang, nalika subjected ka glow ngurangan listrik atawa ku bombardment éléktron dina kaayaan plasma. Ku sabab kitu eta dijieun HeNe, HgHe _10, WHe ₂ jeung ion molekular Anjeunna ₂ ⁺ ₂ Teu ^++, heh ⁺ na hed ^+. Téhnik ieu ogé geus molekul nétral Anjeunna ₂ na HgHe.

plasma

Di jagat raya advantageously disebarkeun hélium ionized, anu sipat béda substansi ti molekul. Éléktron jeung proton ieu teu numbu, sarta mibanda konduktivitas listrik kacida luhurna malah dina kaayaan sawaréh ionized. Dina partikel boga muatan anu kacida dipangaruhan ku widang magnetik sarta listrik. Contona, dina angin surya sareng ion hélium interaksi jeung ionized hidrogén magnetosphere bumi ngabalukarkeun borealis kabita.

Kapanggihna deposit di AS

Saatos pangeboran di 1903 di Dexter, Kansas, éta dicandak ku gas non-kaduruk. Mimitina, éta teu dipikawanoh éta eta ngandung hélium. gas nu kapanggih, kaayaan dicirikeun Erasmus Haworth géologi, anu geus dikumpulkeun sampel sarta Universitas Kansas via kimiawan Kedi Gamiltona jeung David McFarland kapanggih yen eta ngandung 72% nitrogén, 15% métana, 1% hidrogén sarta 12% teu pasti. Sanggeus belanja analisis saterusna, para peneliti manggihan yén 1,84% tina sampel hélium. Sangkan terang yén unsur kimia ieu hadir dina jumlah badag di bojong Tembok dataran, dimana eta bisa sasari tina gas alam.

produksi industrial

Ieu dijieun Amérika Serikat produksi di dunya tina pamimpin hélium. Di saran ku Sir Richard Threlfall, Angkatan Laut AS dibiayaan tilu tutuwuhan pilot leutik pikeun ngahasilkeun zat ieu nalika Perang Dunya Kahiji pikeun mastikeun nu halon barrage gas ngangkat non-kaduruk lightweight. Numutkeun program ieu anu dihasilkeun dina jumlahna aya 5700 m ³ 92 per cent Anjeunna, najan ieu dicandak ngan sahenteuna 100 liter gas. Bagian tina jumlah ieu dipaké dina hélium munggaran di dunya airship Angkatan Laut AS C-7, anu dijieunna perjalanan maiden na ti Hampton Jalan (Virginia) di Bolling Lapang (Washington, DC) 7 Désémber 1921.

Sanajan éta prosés gas cairan hawa tiis dina wayah éta teu sahingga dikembangkeun janten signifikan nalika Perang Dunya Kahiji, produksi dituluykeun. Hélium umumna dipaké salaku gas angkat dina pesawat. Paménta pikeun eta geus ngaronjat dina mangsa Perang Dunya Kadua lamun ieu dipaké ku las arc shielded. unsur ogé boga pentingna hébat dina kreasi bom atom "Manhattan".

cagar Nasional AS

Dina 1925, pamaréntah Amérika Sarikat dijieun cagar Nasional hélium dina Amarillo, Texas, nyadiakeun airships militér dina jangka waktu perang jeung airships komérsial di peacetime. Pamakéan gas murag sanggeus Dunya Kadua, tapi stok ieu ngaronjat taun 1950 nyadiakeun, diantara lain perkara, éta suplai salaku coolant dipaké dina produksi oksigén-hidrogén propellant salila balapan spasi na Perang Tiis. Pamakéan hélium di Amérika Serikat dina taun 1965, dalapan kali leuwih luhur ti konsumsi puncak di asa arang.

Saatos nyoko hukum on hélium 1960 Biro Pertambangan tilas 5 pausahaan swasta nimba unsur tina gas alam. program ieu diwangun 425-km pipa nyambung pepelakan ieu kalayan widang gas pamaréntah sawaréh depleted deukeut Amarillo, Texas. Campuran hélium-nitrogén ngompa kana gudang jero taneuh, sarta tetep aya dugi teu aya kudu dina eta.

Ku 1995, volume stock ieu dirakit miliar méter kubik, sedengkeun hutang Nasional cagar of 1.4 miliar dollar, nu ditanya Kongres AS dina 1996 nepi ka fase kaluar tina eta. Handap nyoko dina 1996 hukum dina privatisasi tina hélium Kamentrian Sumberdaya Pengetahuan Alam dibuka toko liquidation taun 2005.

Beresih jeung produksi

Hélium dihasilkeun dugi 1945 taun kungsi purity ngeunaan 98%, batur 2% éta dina nitrogén nu geus kacukupan keur airships. Dina 1945, eta dihasilkeun jumlah leutik 99.9 persen gas keur dipake dina las arc. Ku 1949, purity unsur hasilna geus ngahontal 99,995%.

Salila sababaraha taun Amérika Serikat dihasilkeun leuwih ti 90% hélium komérsial di dunya. Kusabab taun 2004, unggal taun ieu digawé kaluar 140 juta m ^3, 85% diantarana lumangsung di Amérika Serikat, 10% ieu dilumangsungkeun dina Aljazair, sarta sésana - di Rusia jeung Polandia. Sumber utama hélium di dunya anu widang gas alam di Texas, Oklahoma jeung Kansas.

Prosés pikeun meunangkeun

Hélium (purity 98,2%) geus pulih tina liquefaction tina gas alam ku komponén séjén dina suhu lemah sareng di tekenan luhur. The adsorption gas séjén leuwih tiis diaktipkeun karbon bisa ngahontal purity 99,995%. A jumlah leutik hélium dihasilkeun nalika liquefaction hawa dina skala badag. Tina 900 ton hawa bisa meunang ngeunaan 3,17 méter kubik. m gas.

Widang aplikasi

gas mulya geus dilarapkeun dina sagala widang.

• Hélium, nu Sipat ngidinan pikeun ménta hawa pisan low, dipaké salaku agén cooling di LHC, MRI apparatuses superconducting magnet jeung spectrometers nuclear magnetic resonance, alat-alat satelit, kitu ogé pikeun liquefaction oksigén jeung hidrogén dina misil "Apollo".
• Salaku gas mulya pikeun las aluminium jeung sajabana. Logam di pabrik semikonduktor sarta serat optik.
• .. Nyieun tekanan dina bak suluh mesin rokét, sabagean operasi kana hidrogén cair, t mun ngan gas hélium preserves kaayaan miboga aggregation nalika hidrogén tetep cair);
• Anjeunna-Ne lasers gas anu dipaké pikeun nyeken barkod dina kotak kantor di supermarket.
• mikroskop hélium-ion ngidinan Anjeun pikeun meunang gambar pangalusna ti éléktronik.
• Alatan éta perméabilitas tinggi sahiji gas mulya ieu dipaké pikeun nguji leaks, contona dina mobil sistem hawa-udar, kitu ogé keusikan gancang ti airbag kana tabrakan.
• kapadetan low ngamungkinkeun bal hiasan ngeusi hélium. Gas mulya diganti gas hidrogén ngabeledug di airships sarta balon. Contona, dina météorologi, balon hélium anu dipaké pikeun ngangkat alat ukur.
• The coolant cryogenic dipaké, ti hawa tina unsur kimia nu dina mungkin kaayaan cair minimum.
• Hélium, nu Sipat nyadiakeun hiji réaktivitas lemah sareng kaleyuran cai (jeung getih), di campuran ku oksigén geus kapanggih aplikasi dina formulasi engapan pikeun scuba diving jeung nahan karya caisson.
• Meteorites sarta batuan anu dianalisis pikeun eusi unsur ieu keur nangtukeun umur maranéhanana.

Hélium: sipat unsur

Anjeunna sipat fisik utama nyaéta kieu:

• wilangan atom: 2.
• Dulur massa atom hélium: 4,0026.
• titik lebur: euweuh.
• titik golak: -268,9 ° C.
• Kapadetan (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidasi kaayaan 0.