Helium: ari-arian, mga katangian, application

Helium - tining gas ng pangkat 18 ng periodic table. Ito ang pangalawang lightest element matapos hydrogen. Helium - gas na walang kulay, amoy at lasa na kung saan ay nagiging likido sa isang temperatura ng -268.9 ° C. simula ng pagkulo at ang pagyeyelo mas mababa kaysa sa anumang iba pang mga kilalang mga sangkap. Ito ay ang tanging sangkap na ay hindi maging matigas ang may paglamig sa normal atmospheric presyon. Siya inilipat na sa solid estado ay dapat na 25 atmospheres, sa isang temperatura ng 1 K.

Kasaysayan ng pagtuklas

Helium ay natagpuan sa kapaligiran gas na pumapalibot sa araw, ang Pranses na astronomo Pierre Zhansenom na sa 1868 sa panahon ng isang eclipse ay natagpuan ng isang maliwanag na kulay-dilaw na linya sa spectrum ng solar chromosphere. Sa una ito ay ipinapalagay na ang linyang ito ay kumakatawan sa sangkap ng sosa. Sa parehong taon, Ingles astronomer Dzhozef Norman Lockyer sinusunod sa dilaw na linya sa solar spectrum, na kung saan ay hindi tumutugma sa kilala sodium linya D ₁ at D _2, at sa gayon ito ay pinangalanan ito ng isang line D _3. Lockyer concluded na ito ay sanhi ng isang sangkap sa Sun hindi kilala sa Earth. Siya at botika Edward Frankland sa elemento pamagat gamit ang Greek name 'Helios' Sun.

Noong 1895, ang British kimiko Sir Uilyam Ramzay ay di-napatutunayang ang pagkakaroon ng helium sa Earth. Nakatanggap siya ng sample cleveite uranium-tindig mineral, at pagkatapos ng pagsusuri ang mga gas na nabuo sa panahon ng heating, ito ay natagpuan na ang maliwanag na kulay-dilaw na linya sa spectrum coincides na may linya ng D _3, siniyasat sa solar spectrum. Samakatuwid, ang isang bagong elemento ay sa wakas ay naka-install. Noong 1903 Ramsay at Frederick Soddy natagpuan na helium ay isang produkto ng kusang pagkabulok ng radioactive substance.

Pamamahagi sa kalikasan

Ang masa ng helium ay tungkol sa 23% ng kabuuang masa ng uniberso, at ang mga elemento ay ang pangalawang pinaka-karaniwang sa espasyo. Ito ay puro sa mga bituin, na kung saan ang hydrogen ay nabuo mula sa mga nagresultang pagsasanib. Kahit na ang helium sa kapaligiran ay nasa concentration ng 1 bahagi sa 200 th. (5 ppm) at ito ay nakapaloob sa mga maliliit na radyoaktibong mineral, meteorite gland, pati na rin mineral na pinagkukunan, malalaking halaga ng mga sangkap na natagpuan sa Estados Unidos (lalo na sa Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah, at Arizona) bilang bahagi (sa 7.6%) ng natural na gas. Maliit at taglay nito ay nai-natuklasan sa Australia, Algeria, Poland, Qatar at Russia. Sa crust helium konsentrasyon ay lamang tungkol sa 8 ppb.

isotopes

Ang core ng bawat isa sa mga atom helium ay naglalaman ng dalawang protons, ngunit, tulad ng may mga iba pang mga elemento, ito ay may isotopes. Sila ay naglalaman ng 1-6 neutrons, kaya ang kanilang mga numero ng mass ranging mula sa tatlong sa walong. Matatag sa mga ito ay ang mga elemento na ang bigat ay natutukoy sa pamamagitan helium atomic number 3 ⁽³ Siya) at 4 ⁽⁴ Siya). Ang lahat ng iba pang mga radioactive at mabilis na pagkabulok sa iba pang mga sangkap. helium earth ay hindi isang orihinal na bahagi ng planeta, ito ay nabuo bilang isang resulta ng radioactive pagkabulok. Alpha particle napalabas ng nuclei ng radioactive mabigat na sangkap ay isotope ⁴ Siya nucleus. Helium ay hindi maipon sa mga malalaking dami sa kapaligiran, dahil gravity ng Earth ay hindi sapat upang maiwasan ito mula sa progressively pagtulo sa space. Bakas ng ³ Siya'y nagbukas sa mundo ay ipinaliwanag negatibong beta pagkabulok hydrogen bihirang-3 elemento (tritiyum). ⁴ Siya ang pinaka-karaniwang ng stable isotopes: ⁴ ratio ng Siya atoms patungo sa ³ Siya ay tungkol sa 700 thousand sa 1 kapaligiran at tungkol sa 7 milyong ng 1 sa ilang helium-rich mineral ..

Ang pisikal na katangian ng helium

bulak at temperatura ng pagkatunaw ng item na ito ay pinakamababa. Para sa kadahilanang ito, helium ay umiiral bilang isang gas maliban sa matinding kundisyon. Siya gas ay dissolved sa tubig mas mababa kaysa sa anumang iba pang mga gas, at ang rate ng pagsasabog sa pamamagitan ng mga solid katawan ay tatlong beses na mas malaki kaysa sa hangin. Ang repraktibo index ng pinakamalapit nalalapit 1.

Ang thermal kondaktibiti ng helium ay pangalawang lamang sa hydrogen thermal kondaktibiti, tiyak na init at ang kanyang extraordinarily mataas. Sa ordinaryong temperatura ito ay iniinitan sa panahon na pagpapalawak, at sa ibaba 40 K - cooled. Samakatuwid, sa T <40 K helium ma-convert sa isang likido sa pamamagitan ng pagpapalawak.

Element ay isang insulator, kung wala sa ionized estado. Tulad ng iba pang marangal na gas, helium ay may isang metastable mga antas ng enerhiya na nagbibigay-daan ito upang magkaroon ng ion sa pamamagitan ng isang electric discharge kapag ang isang boltahe ay mas mababa sa mga potensyal na ionization.

Helium-4 ay natatangi sa na ito ay may dalawang liquid form. Karaniwang tinatawag na helium I at umiiral sa mga temperatura ranging mula sa simula ng pagkulo ng 4.21 K (-268,9 ° C) upang tungkol 2,18 K (-271 ° C). Lower thermal kondaktibiti ng 2,18 K ⁴ Siya'y nagiging 1000 beses na mas malaki kaysa sa tanso. Ang form na ito ay tinatawag na helium II, upang makilala ito mula sa ordinaryong. Ito ay superfluid: lapot ay kaya mababa na hindi ito maaaring sinusukat. Helium II kumalat sa isang manipis na film sa ibabaw ng anumang mga sangkap na kung saan ay nag-aalala, at film na ito ay dumadaloy nang walang alitan kahit laban sa gravity.

Mas masaganang helium-3 ay bumubuo ng tatlong iba't ibang liquid phase, dalawang ng kung saan ay superfluid. Superfluidity sa ⁴ Siya ay natuklasan sa pamamagitan ng Sobiyet pisisista Petrom Leonidovichem Kapitsey sa mid-1930s, at ang parehong kababalaghan sa ³ Siya ay unang napansin sa pamamagitan ng Douglas D. Osheroff, David M. Lee, at Robert C. Richardson ng Estados Unidos noong 1972.

Isang likidong halo ng dalawang isotopes ng helium-3 at -4 sa mga temperatura sa ibaba 0.8 K (-272.4 ° C) ay nahahati sa dalawang mga layer - isang mahalagang purong ³ Siya at ⁴ Siya halo na may 6% ng helium-3. Paglusaw ng ³ Siya'y nagbukas sa ⁴ Siya ay sinamahan ng ang paglamig epekto na ginagamit sa cryostat mga istraktura na kung saan ang helium temperatura ay sa ibaba 0.01 K (-273,14 ° C) at pinananatili para sa isang ilang araw.

koneksyon

Sa ilalim ng normal na kondisyon, helium ay hindi kimikong sumasanib. Sa matinding maaaring lumikha ng isang compound elemento na sa normal na temperatura at presyon tagapagpabatid ay hindi matatag. Halimbawa, helium ay maaaring bumuo ng compounds na may yodo, tungsten, fluorine, posporus at sulfur, kapag subjected sa isang de-koryenteng glow discharge o sa pamamagitan ng elektron panganganyon sa plasma estado. Kaya ito ay nilikha HeNe, HgHe _10, whe ₂ at molecular ions Siya ₂ ⁺ ₂ Hindi ^++, heh ⁺ at Hed ^+. pamamaraan na ito ay din ay isang neutral Molekyul Siya ₂ at HgHe.

plasma

Sa uniberso advantageously ipinamamahagi ionized helium, na ang mga ari-arian ay naiiba na malaki mula sa molekular. Ang mga electron at protons ay hindi naka-link, at ito ay may isang napaka-mataas na koryente kahit na sa isang bahagyang magkaroon ng ion estado. On sisingilin particle ay lubos na naiimpluwensyahan sa pamamagitan ng magnetic at electric field. Halimbawa, sa solar wind sa helium ions makipag-ugnayan sa ionized hydrogen magnetosphere lupa, na nagiging sanhi ng aurora borealis.

Ang pagkatuklas ng mga deposito sa US

Pagkatapos ng pag-drill sa 1903 sa Dexter, Kansas, ito ay nakuha sa pamamagitan ng non-nasusunog gas. Sa una, hindi ito ay kilala na ito ay naglalaman ng helium. Aling gas ay natagpuan, na kinilala sa estado Erasmus Haworth heologo, na nakolekta ang kanyang mga halimbawa at sa University of Kansas sa pamamagitan ng chemists Kedi Gamiltona at David McFarland natagpuan na ito ay naglalaman ng 72% nitrogen, 15% mitein, 1% hydrogen at 12% ay hindi nakilala. Pagkatapos ng paggastos ng kasunod na pagtatasa, ang mga mananaliksik natagpuan na ang 1.84% ng sample ng helium. Kaya alam namin na ito kemikal na sangkap ay naroroon sa mga malalaking dami sa sa kailaliman ng Great Plains, kung saan maaari itong nahango mula sa natural na gas.

pang-industriya produksyon

Ito ay gumawa ng sa Estados Unidos sa mundo produksyon ng helium pinuno. Sa mungkahi ni Sir Richard Threlfall, ang US Navy pinopondohan ng tatlong maliit na pilot plant upang makabuo ng sangkap na ito sa panahon ng Unang Digmaang Pandaigdig upang matiyak ang barrage balloon lightweight non-nasusunog lifting gas. Ayon sa program na ito ay ginawa sa kabuuan ng 5700 m ³ 92 porsyento niya, kahit na ito ay nakuha lamang ng hindi bababa sa 100 liters ng gas. Bahagi ng halaga na ito ay ginagamit sa unang sa mundo helium airship US Navy C-7, na ginawa ng kanyang unang paglalayag mula Hampton Roads (Virginia) sa Bolling Field (Washington, DC) Disyembre 7, 1921.

Kahit na ang proseso ng mababang temperatura liquid gas sa oras na iyon ay hindi sapat na binuo upang maging makabuluhan sa panahon ng Unang Digmaang Pandaigdig, produksyon patuloy. Helium ay karaniwang ginagamit bilang isang pag-angat ng gas sa sasakyang panghimpapawid. Demand para sa mga ito ay nadagdagan sa panahon ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig kapag ito ay ginamit sa isang shielded arc hinang. element ay mayroon ding malaking kahalagahan sa paglikha ng atomic bomb "Manhattan".

US National reserve

Sa 1925, ang pamahalaan ng Estados Unidos na nilikha ng National reserve ng helium sa Amarillo, Texas, upang magbigay ng militar airships sa panahon ng digmaan at komersyal na sasakyang-panghimpapawid sa panahon ng kapayapaan. Ang paggamit ng gas ay nahulog matapos ang Ikalawang World, ngunit ang mga stock ay tumaas noong 1950 upang magbigay ng, bukod sa ibang mga bagay, ito ay nagbibigay ng bilang isang coolant na ginagamit sa ang produksyon ng oxygen-hydrogen propellant sa panahon ng space race at ang Cold War. Ang paggamit ng helium sa Estados Unidos sa 1965, walong beses na mas mataas kaysa sa rurok consumption sa panahon ng digmaan.

Matapos ang pag-aampon ng batas sa helium 1960 Pagmimina Bureau Streak 5 mga pribadong kumpanya na i-extract ang elemento mula sa natural na gas. Ang program na ito ay itinayo 425-km pipeline upang ikonekta ang mga halaman na may sa pamahalaan bahagyang maubos gas field na malapit sa Amarillo, Texas. Helium-nitrogen pinaghalong pumped sa ilalim ng lupa imbakan, at nanatili doon hanggang hindi na kailangan sa loob nito.

Sa pamamagitan ng 1995, ang dami ng mga stock ay binuo bilyong kubiko metro, habang ang utang ng National reserve ng 1.4 billion dollars, na sinenyasan ang US Congress noong 1996 sa phase out ng mga ito. Kasunod ng pag-ampon noong 1996 ng batas sa privatization ng helium Ministry of Natural Resources inilunsad ang isang pagpuksa tindahan sa 2005.

Malinis at production

Helium ginawa hanggang 1945 na taon ay nagkaroon ng isang kadalisayan ng tungkol sa 98%, ang iba 2% ay sa nitrogen na sapat para sa airships. Noong 1945, ito ginawa ng isang maliit na halaga ng 99.9 porsiyento ng gas para gamitin sa arc hinang. Sa pamamagitan ng 1949, ang kadalisayan ng ang resultang elemento ay umabot 99.995%.

Para sa maraming mga taon sa Estados Unidos ginawa ng higit sa 90% ng komersyal na helium sa buong mundo. Mula 2004, ang bawat taon ito ay nagtrabaho out 140 milyong m ^3, 85% ng kung saan nangyari sa Estados Unidos, 10% ay natupad sa Algeria, at ang natitira - sa Russia at Poland. Ang pangunahing pinagkukunan ng helium sa mundo ay natural gas patlang ng Texas, Oklahoma at Kansas.

Ang proseso para sa pagkuha ng

Helium (kadalisayan 98.2%) ay nakuhang muli mula sa pagkalusaw ng natural na gas sa pamamagitan ng iba pang mga sangkap sa mababang temperatura at sa mataas na pressures. Ang adsorption ng iba pang mga gases cooled activate carbon ay maaaring makamit ang kadalisayan ng 99.995%. Ang isang maliit na halaga ng helium nagawa sa panahon ng air liquefaction sa isang malaking scale. Ng 900 tonelada ng air maaaring makakuha ng tungkol sa 3.17 kubiko metro. m gas.

Patlang ng application

Noble gas ay na-apply sa iba't-ibang mga patlang.

• Helium, na pag-aari payagan ang upang makakuha ng napakababang temperatura, ay ginagamit bilang isang pinapalamig ahente sa LHC, MRI superconducting magnet apparatuses at nuclear magnetic resonance spectrometers, satellite kagamitan, pati na rin ang para sa pagkatunaw ng oxygen at hydrogen sa missiles "Apollo".
• Bilang ang tining gas para sa hinang aluminum at iba pa. Mga Metal sa paggawa ng Semiconductors at optical fibers.
• .. Para gumawa presyon sa tangke ng gasolina ng rocket engine, lalo na sa mga operating sa likidong hydrogen, t lamang helium gas pinapanatili ang kanyang estado ng pagsasama-sama kapag hydrogen ay nananatiling likido);
• Siya-Ne gas lasers ay ginagamit upang i-scan ang barcode sa takilya sa supermarket.
• Helium-ion mikroskopyo ay nagbibigay-daan sa iyo upang makuha ang pinakamahusay na imahe kaysa sa electronic.
• Dahil sa mataas na pagkamatagusin ng marangal na gas ay ginagamit upang subukan ang paglabas, halimbawa sa kotse air-conditioning system, pati na rin ang mabilis na pag-pagpuno ang airbag sa banggaan.
• Mababang density ay nagbibigay-daan mapalamuting bola na puno ng helium. Ang tining gas ay napalitan explosive hydrogen gas sa airships at mga lobo. Halimbawa, sa meteorolohiya, helium balloon ay ginagamit upang iangat ang pagsukat instrumento.
• Ang cryogenic coolant ay ginagamit, dahil ang temperatura ng mga kemikal na sangkap sa ang pinakamababang posibleng likido estado.
• Helium, na katangian ay nagbibigay ito ng isang mababang reaktibiti at tubig solubility (at dugo), sa isang halo na may oxygen Nakahanap application sa respiratory formulations para sa scuba diving at may hawak na keson trabaho.
• Meteorites at mga malaking bato ay aralan na para sa nilalaman ng elementong ito upang matukoy ang kanilang edad.

Helium: ang mga katangian ng elemento

Siya main pisikal na katangian ay ang mga sumusunod:

• Atomic number: 2.
• Ang kamag-anak masa ng atom helium: 4.0026.
• Temperatura ng pagkatunaw: no.
• Boiling point: -268,9 ° C.
• Density (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oxidation state 0.