Хелий: свойства, характеристики, приложение

Хелий - инертен газ на група 18 от периодичната таблица. Това е втората леката елемент след водород. Хелий - газ без цвят, мирис и вкус, който става течен при температура -268,9 ° С точка на кипене и точка на замръзване по-ниска от тази на всеки друг известен вещество. Това е единственият елемент, който не се втвърди при охлаждане при нормално атмосферно налягане. Той се премества в твърдо състояние трябва да бъде 25 атмосфери, при температура от 1 К.

История на откриването

Хелий е намерен в газовата атмосфера на заобикалящата слънцето, френският астроном Пиер Zhansenom, че през 1868 година по време на слънчево затъмнение е намерил ярко жълта линия в спектъра на слънчевата хромосферата. Първоначално се предполагаше, че тази линия представлява елемент натрий. През същата година, английски астроном Dzhozef Norman Lockyer наблюдава жълта линия в слънчевия спектър, който не съответства на известни натриеви линии D ₁ и D _{2 и} следователно е това име линия D _3. Lockyer до заключението, че той е бил причинен от веществото в неизвестното Sun на Земята. Той и химик Едуард Франкланд в заглавието елемент с помощта на гръцкото име "Хелиос" нд

През 1895 г. на британския химик Сър Уилям Ramzay е доказал наличието на хелий на Земята. Той получи проба cleveite уран носещи минерали и след разглеждане на газове, образувани по време на нагряването, се установи, че ярко жълто линия в спектъра съвпада с линията D _3, наблюдавано в слънчевия спектър. По този начин, нов елемент е най-накрая е инсталиран. През 1903 Рамзи и Фредерик Соди установено, че хелий е продукт на спонтанното разпад на радиоактивни вещества.

Разпространение в природата

Масата на хелий е около 23% от общата маса на Вселената, и елемент е вторият най-често в пространството. Тя е концентрирана в звезди, когато водород е образувани от получения синтез. Въпреки че хелий в атмосферата е в концентрация от 1 част до 200-ти. (5 ррт) и се съдържа в малки количества радиоактивни минерали, метеорит жлеза, както и минерални източници, големи количества от намерени в САЩ (особено в Тексас, Ню елемент Мексико Сити, Канзас, Оклахома, Юта и Аризона) като компонент (до 7,6%) на природен газ. Малък и резервите са били открити в Австралия, Алжир, Полша, Катар и Русия. При концентрация на кора хелий е само около 8 ррв.

изотопи

В основата на всяка от хелий атом съдържа два протона, но, както с други елементи, има изотопи. Те съдържат от един до шест неутрони, така че техните масови числа, вариращи от три до осем. Стабилна на това са елементи, чието тегло се определя от хелий атомен номер 3 ⁽³ Той) и 4 ⁽⁴ Той). Всички други радиоактивни и бързо се разпада в други вещества. Земята хелий не е оригинална част на планетата, тя се формира в резултат на радиоактивното разпадане. Алфа-частици, отделяни от ядра на радиоактивни вещества тежки са белязани ⁴ Той ядро. Хелий не се натрупва в големи количества в атмосферата, защото земната гравитация не е достатъчно, за да се предотврати изтичане постепенно в космоса. Следи от ³ Той в света са обяснени отрицателен бета-разпад водород редки 3 елемент (тритий). ⁴ Той е най-често на стабилни изотопи: съотношение Той ⁴ атоми към ³ Той е около 700 хиляди до 1 атмосфера и около 7 милиона до 1 в някои хелий богати минерали ..

Физичните свойства на хелий

кипене и точка на топене от тази позиция са най-ниската. Поради тази причина, хелий съществува като газ освен при екстремни условия. Той газ се разтваря във вода по-малко от това на всеки друг газ, а скоростта на дифузия през твърдото тяло е три пъти по-голяма от тази на въздуха. Неговият коефициент на пречупване от най-близките подходи 1.

Топлопроводимостта на хелий е на второ място водород топлопроводимост, специфична топлина и изключително висока. При обикновени температури, се нагрява по време на разширяване, и под 40 К - охлажда. Следователно, при Т <40 К хелий може да бъде превърнат в течност чрез разширяване.

Element е изолатор, ако не е в йонизирана държавата. Както и при други благородни газове, хелий е метастабилната енергийни нива, които позволяват да се йонизира от електрически разряд, когато напрежението е под потенциала на йонизация.

Хелий-4 е уникален с това, че има две течни форми. съществува Обичайна наречен хелий I и при температура в интервала от температурата на кипене на 4,21 К (-268,9 ° С) до около 2,18 К (-271 ° С). Долна топлопроводимост от 2,18 К ⁴ Той става 1000 пъти по-голяма от тази на медта. Тази форма се нарича хелий II, за да се различава от обичайното. Тя е СУПЕРФЛУИД: вискозитет е толкова ниско, че да не може да се измери. Хелий II се разпространява в тънък слой върху повърхността на всяко вещество, което се отнася и този филм протича без триене дори срещу гравитацията.

По изобилие хелий-3 образува три различни течни фази, две от които са СУПЕРФЛУИД. Свръхфлуидността в ⁴ Той е бил открит от съветския физик Petrom Leonidovichem Kapitsey в средата на 1930-те години, и също явление в ³ Той бе първият забелязани от Douglas D. Osheroff, Дейвид М. Лий, и Робърт С. Ричардсън от Съединените щати през 1972 година.

Течна смес от два изотопи на хелий-3 и -4 при температури под 0.8 К (-272,4 ° С) се разделя на два слоя - по същество чисти ³ Той и ⁴ Той смес с 6% от хелий-3. Разтварянето на ³ Той в ⁴ Той е придружен от охлаждащия ефект, който се използва в криостатни структури, в които температурата на хелий е под 0,01 К (-273,14 ° С) и се поддържа в продължение на няколко дни.

връзки

При нормални условия, хелий е химически инертен. В екстремни да създадете съединение елемент, който при нормални температура и налягане показатели не са стабилни. Например, хелий може да образува съединения с йод, волфрам, флуор, фосфор и сяра, когато е подложен на електрически тлеещ разряд или чрез електронно бомбардиране в плазмата състояние. По този начин е създаден HeNe, HgHe _10, WHe ₂ и молекулярни йони Той ₂ ⁺ ₂ Не ^++, хе ⁺ и HED ^+. Тази техника също е неутрална молекула Той ₂ и HgHe.

плазма

В вселената предпочитане разпределени дейонизирана хелий, чиито свойства се различава съществено от молекулярно. Електроните и протони не беше добавено, и има много висока електропроводимост дори в частично йонизиран състояние. На заредени частици е силно повлияна от магнитни и електромагнитни полета. Например, в слънчевия вятър с хелиеви йони взаимодействат с дейонизирана водород магнитосферата земята, причинявайки Borealis Aurora.

Откриването на депозитите в САЩ

След пробиване през 1903 г. в Dexter, Канзас, тя се получава чрез незапалим газ. Първоначално не беше известно, че тя съдържа хелий. Кой газ е установено, идентифицирани състояние Еразъм Хауърт геолог, който е събрал своите проби и в университета в Канзас през химици КЕДИ Gamiltona и Дейвид Макфарланд установи, че тя съдържа 72% азот, 15% метан, 1% водород и 12% не е идентифициран. След като прекарва последващия анализ, изследователите са открили, че 1,84% от извадката от хелий. Така че ние знаем, че това химичен елемент присъства в големи количества в дълбините на Great Plains, където може да се извлича от природния газ.

промишленото производство

Това направи Съединените щати в света производството на лидера на хелий. По предложение от сър Ричард Threlfall, военноморските сили на САЩ финансира три малък пилотен завод за производство на това вещество по време на Първата световна война, за да се гарантира, баража балони лек негорим вдигане на газ. Съгласно тази програма са произведени в общо 5700 m ³ 92 процента Той, въпреки че това се получава само най-малко 100 литра газ. Част от тази сума е била използвана в първия в света хелий дирижабъл на US Navy C-7, което направи първото си пътуване от Хамптън Пътища (Вирджиния) в Болинг поле (Вашингтон) 07 Декември 1921.

Въпреки че процесът на ниска температура течен газ по това време не е достатъчно разработена, за да бъде значително по време на Първата световна война, производството продължава. Хелий обикновено се използва като газ лифт в самолети. Търсенето на това се е увеличил по време на Втората световна война, когато тя е била използвана с екраниран електродъгово заваряване. Елементът също има голямо значение за създаването на атомната бомба "Манхатън".

САЩ Национален резерв

През 1925 г. правителството на САЩ е създаден Национален резерв на хелий в Амарило, Тексас, за да осигури военни дирижабли по време на война и търговски дирижабли в мирно време. Използването на газ падна след Втората световна, но кожите се увеличи през 1950 г., за да се осигури, наред с други неща, той доставя като охладител се използва в производството на кислород-водород гориво, по време на космическата надпревара и на Студената война. Използването на хелий в Съединените щати през 1965 г., осем пъти по-висока от връх потреблението по време на война.

След приемането на закона за хелий 1960 Mining Бюрото Растерни 5 частни фирми за извличане на елемент от природен газ. Тази програма е построена 425-километров тръбопровод за свързване на тези растения с правителството частично изчерпан газовото находище близо до Амарило, Тексас. Хелий-азот смес се изпомпва в подземно съхраняване, и остава там, докато не е необходимо в него.

До 1995 г., обемът на склад се сглобява милиарда кубически метра, а дългът на Националния резерв от 1,4 милиарда долара, което накара Конгреса на САЩ през 1996 г. за постепенно премахване на него. След приемането през 1996 г. на закона за приватизацията на хелий Министерство на природните ресурси стартира ликвидация магазин през 2005.

Почистете и производство

Хелий, произведени до 1945 година е с чистота от около 98%, други 2% са били в азота, което е достатъчно за дирижабли. През 1945 г., тя произвежда малко количество от 99,9% на газ, използвани в електродъгово заваряване. От 1949 г., чистотата на получения елемент достигна 99.995%.

В продължение на много години в САЩ, произведени повече от 90% от търговския хелий в света. От 2004 г. всяка година се разработва 140000000 метра ^3, 85% от които се случи в САЩ, 10% се извършва в Алжир, а останалата част - в Русия и Полша. Основните източници на хелий в света са находища на природен газ от Тексас, Оклахома и Канзас.

Метод за получаване на

Хелий (чистота 98.2%) се възстановява от втечняване на природен газ от други компоненти при ниски температури и при високи налягания. Адсорбцията на други газове охлажда активен въглен може да се постигне чистота от 99.995%. Малко количество от хелий, получен по време на въздуха втечняване в голям мащаб. От 900-те тона въздух може да получи около 3.17 кубически метра. m газ.

Области на приложение

Noble газ е бил приложен в различни области.

• Хелий, които свойства позволяват да се получи много ниска температура, се използва като охлаждащ агент в LHC, MRI свръхпроводим магнит апарати и ядрено-магнитен резонанс спектрометри, сателитна оборудване, както и за втечняването на кислород и водород в ракети "Apollo".
• Като инертен газ за заваряване на алуминий и др. Метали в производството на полупроводници и оптични влакна.
• .. За да се създаде налягане в резервоарите за гориво на ракетни двигатели, по-специално тези, които работят на течен водород, т само газ хелий запазва състояние на агрегиране, когато водород остава течност);
• He-Ne газови лазери се използват за сканиране на баркода на боксофиса в супермаркетите.
• Хелий-йонна микроскоп позволява да получите най-доброто изображение от електронния.
• Благодарение на високото пропускливостта на благороден газ се използва за тестване на течове, например в автомобилни климатични системи, както и много бързо пълнене на въздушната възглавница при сблъсък.
• Ниска плътност позволява декоративни топки, пълни с хелий. Инертният газ се заменя експлозивен водород газ в дирижабли и балони. Така например, в областта на метеорологията, балони с хелий се използват за повдигане на уреда за измерване.
• В криогенна охлаждащата течност се използва, тъй като температурата на химичния елемент в минимално възможно течно състояние.
• Хелий, които свойства го осигуряват ниска реактивност и разтворимост във вода (кръв), в смес с кислород е намерил приложение в дихателните състави за гмуркане и задържане кесон работа.
• Метеоритите и скали се анализират за съдържанието на този елемент, за да се определи тяхната възраст.

Хелий: свойствата на елемента

Той основните физични свойства са както следва:

• Атомна номер: 2.
• Относителната маса на хелий атом: 4.0026.
• Точка на топене: не.
• Точка на кипене: -268,9 ° С
• Плътност (1 атм, 0 ° С): 0,1785 г / п.
• окисление 0.