Helij: lastnosti, lastnosti, uporaba

Helij - inertni plin skupine 18 periodnega sistema. To je drugi najlažji element po vodika. Helij - plin brez barve, vonja in okusa, ki postane tekoča pri temperaturi -268.9 ° C. vrelišče in njeno ledišče nižja od katere koli druge znane snovi. To je edini element, ki se ne strdijo s hlajenjem pri normalnem atmosferskem tlaku. Je premaknjen v trdnem stanju, 25 atmosfere, pri temperaturi 1 K.

Zgodovina odkritja

Helij je bilo v plinski atmosferi, ki obdaja sonce, francoski astronom Pierre Zhansenom da je leta 1868 med mrkom je našel svetlo rumeno črto v spektru sončne kromosfera. Sprva je bilo predpostavljeno, da je ta linija predstavlja natrij elementa. V istem letu, angleščina astronom Dzhozef Norman Lockyer opazili rumeno črto v sončnega spektra, ki niso ustrezali poznanih natrijevih črt _D1 in _D2, in zato je to imenovan črto _D3. Lockyer ugotovila, da je to posledica snovi v neznano Sun na Zemlji. On in kemik Edward Frankland v naslovni elementa z uporabo grško ime "Helios" Sun.

Leta 1895 je britanski kemik sir Uilyam Ramzay dokazala obstoj helija na Zemlji. Je prejel vzorčne cleveite minerale-uran čemer je po proučitvi pline, ki nastanejo med segrevanjem, je bilo ugotovljeno, da svetlo rumena črta v spektru sovpada z začetno _D3, opažene v sončnega spektra. Tako je nov element dokončno nameščena. Leta 1903 Ramsay in Frederick Soddy ugotovila, da helij je produkt spontanega razpada radioaktivnih snovi.

Porazdelitev v naravi

Masa helija je približno 23% celotne mase vesolja, in element je drugi najpogostejši v prostoru. To je koncentrirali v zvezde, kjer je vodik, tvorjenih iz nastalega fuzije. Čeprav je helija v atmosferi je v koncentraciji 1 del do 200 th. (5 ppm) in je vsebovana v majhnih količin radioaktivnih mineralov, meteorita žleze, kot tudi mineralne vire, velike količine elementa najdemo v Združenih državah Amerike (še posebej v Teksasu, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah in Arizona) kot sestavnega dela (7,6%) zemeljskega plina. Mala in njene rezerve so odkrili v Avstraliji, Alžiriji, na Poljskem, v Katarju in Rusijo. V koncentracije skorja helij je le približno 8 ppb.

izotopi

Jedro vsakega atoma helija vsebuje dve protone, ampak, kot z drugimi elementi, ima izotopov. Vsebujejo od enega do šest nevtronov, zato njihova masa številke v razponu od tri do osem. Stabilno od teh so elementi, katerih teža se določi s helijem atomskim številom 3 ⁽³ He) in 4 ⁽⁴ He). Vsi ostali radioaktivni in hitro razpade v druge snovi. Zemljina helij ni originalni del planeta, je bila ustanovljena kot posledica radioaktivnega razpada. Alfa delci, ki jih jeder radioaktivnih težkih snovi oddajajo so izotopa ⁴ He jedra. Helij ne kopiči v velikih količinah v ozračje, ker je Zemljina gravitacija, ne zadostuje, da bi preprečili postopoma pušča v vesolje. ^{Sledi, 3} je v svetu so razložene negativni razpad beta vodika redkih 3 element (tritij). ^4. Je najpogostejši stabilnimi izotopi: ⁴ razmerje He atomov proti ³ more okoli 700.000 do 1 atmosfere in približno 7 milijonov do 1 v nekaterih helijem bogati mineralov ..

Fizikalne lastnosti helija

vrelišče in tališče te postavke so najnižje. Iz tega razloga, helij obstaja kot plin, razen v ekstremnih pogojih. On plin raztopimo v vodi manj kot katera koli druga plina in hitrost difuzije skozi trdno telo je trikrat večji od zraka. Njena lomni količnik najbližje pristopov 1.

Toplotna prevodnost helija je samo še vodika toplotne prevodnosti, specifične toplote in njeno izredno visoka. Pri normalnih temperaturah se segreje med razširjanjem, in pod 40 K - ohladimo. Zato pri T <40 K helij lahko pretvorijo v tekočino s širitvijo.

Element je izolator, če ni v ioniziran stanju. Kot pri drugih žlahtnih plinov, helija je metastabilna raven energije, ki omogočajo, da se ioniziran z električno razelektritvijo, ko je napetost pod potencialom ionizacijo.

Helij-4 je edinstven po tem, da ima dve tekoče oblike. obstaja Običajna imenovano helij sem in pri temperaturi v območju od vreliščem 4.21 K (-268,9 ° C) do okoli 2,18 K (-271 ° C). Spodnja toplotna prevodnost 2,18 ^K4 je postala 1000-krat večja od bakra. Ta oblika se imenuje helij II, da se razlikuje od običajnega. To je superfluidnosti: viskoznost je tako nizka, da ni mogoče izmeriti. Helij II širi v tanke plasti na površini koli snov, ki se ukvarja, in ta film teče brez trenja tudi proti težnosti.

Manj bogat helij-3 tvori tri različne tekoče faze, od katerih sta dva superfluidnosti. Superfluidnost v ⁴ On je odkril sovjetski fizik Petrom Leonidovichem Kapitsey v sredini leta 1930, in isti pojav v ^3. Bil je prvi opazil Douglas D. Osheroff, David M. Lee in Robert C. Richardson v Združenih državah Amerike leta 1972.

Tekoča zmes dveh izotopov helija-3 in -4 pri temperaturah pod 0,8 K (-272,4 ° C) je razdeljena v dve plasti, - v bistvu čisto ³ On in ⁴ je zmes s 6% helija-3. Raztapljanje ³ He v ⁴ ga spremlja hladilnim učinkom, ki se uporabljajo v kriostat struktur, v katerih je temperatura helija pod 0,01 K (-273,14 ° C) in jo vzdržujemo za nekaj dni.

povezave

Pod normalnimi pogoji helija je kemično inerten. V skrajnih lahko ustvari spojino element, ki pri običajnih kazalcev temperaturnih in tlačnih niso stabilne. Na primer, lahko helij dobimo spojine z jodom, volfram, fluora, fosforja in žvepla, kadar jo podvržemo praznjenja električnega žarilne ali elektronskega bombardiranja v stanju plazme. Tako je bila ustvarjena Hene, HgHe _10, whe ₂ in molekularnih ionov je ₂ ⁺ ₂ Ne ^++, heh ⁺ in HED ^+. Ta tehnika je bila tudi nevtralna molekula je ₂ in HgHe.

plazma

V vesolju prednostno porazdeljeno ionizirani helij, katerih lastnosti se bistveno razlikujejo od molekularnega. Elektroni in protoni ni povezan, in ima zelo visoko električno prevodnost tudi v delno ioniziranem stanju. Na nabitih delcev močno vpliva magnetnih in električnih polj. Na primer, v sončnega vetra s helijem ioni interakcijo z ioniziranega vodika magnetosfero zemlje, ki povzročajo borealis aurora.

Odkritje depozitov v ZDA

Po vrtanju leta 1903 v Dexter, Kansas, je bil pridobljen z nevnetljiv plin. Sprva ni bilo znano, da vsebuje helij. Kateri plin je bilo ugotovljeno, označene stanje Erasmus Haworth geolog, ki je zbral svoje vzorce in University of Kansas preko kemiki Kedi Gamiltona David McFarland ugotovili, da vsebuje 72% dušika, 15% metana, 1% vodika in 12% ni bila ugotovljena. Po porabi kasnejšo analizo, so raziskovalci ugotovili, da 1,84% vzorca helija. Tako vemo, da je to kemijski element prisoten v velikih količinah v globinah Great Plains, kjer ga je mogoče pridobiti iz zemeljskega plina.

industrijska proizvodnja

Ta je dosegla ZDA svetovna proizvodnja vodja helija. Na predlog, ki ga Sir Richard Threlfall, US Navy financira tri majhne pilotni obrat za proizvodnjo te snovi v času prve svetovne vojne, da se zagotovi jeza baloni lahek negorljivo dvižni plin. Po tem programu je bilo proizvedenih skupno 5700 m ³ 92 odstotkov He, čeprav je bilo to pridobljeno le najmanj 100 litrov plina. Del tega zneska je bila uporabljena v prvi svetovni helij ladja US Navy C-7, ki je svoj prvo potovanje iz Hampton Roads (Virginia) na Bolling Field (Washington, DC) december 7, 1921.

Čeprav je proces nizke temperature tekočega plina v tistem času ni bil dovolj razvit, da je pomembno v času prve svetovne vojne, je nadaljeval proizvodnjo. Helij se na splošno uporablja kot dvigalo plina v zrakoplov. Povpraševanje po njem je med drugo svetovno vojno povečala, ko je bila uporabljena z zaščiten obločno varjenje. Element ima tudi velik pomen pri nastanku atomske bombe "Manhattan".

US National rezerva

Leta 1925 je vlada Združenih držav ustvarila nacionalno rezervo helija v Amarillo, Texas, zagotoviti vojaške zrakoplove v času vojne in komercialnih zračnih ladij v miru. Uporaba plina padla po drugem svetu, vendar pa je stanje se je leta 1950 povečala za zagotavljanje, med drugim, da dobavlja kot hladilno sredstvo, ki se uporablja za proizvodnjo kisika, vodika pogonsko gorivo v vesoljski tekmi in hladne vojne. Uporaba helija v Združenih državah Amerike leta 1965, osem-krat večja od maksimalne porabe v vojni.

Po sprejetju zakona o helij 1960 Rudarstvo predsedstva serija 5 zasebna podjetja za pridobivanje elementov iz zemeljskega plina. Ta program je bil zgrajen 425 kilometrov plinovoda za povezavo te rastline s področja državne delno izčrpanega plinskega bližini Amarillo, Texas. Zmes Helij dušikom prečrpa v podzemno skladišče, in tam ostali, dokler ni nobene potrebe v njej.

Do leta 1995 se je obseg zalog sestavljeni milijarde kubičnih metrov, medtem ko je dolg državnega rezerve za 1,4 milijarde dolarjev, ki so spodbudili ameriški kongres leta 1996 postopno iz nje. Po sprejetju leta 1996 z zakonom o privatizaciji helij ministrstva za naravne vire začela likvidacijo trgovino v letu 2005.

Čisto in proizvodnja

Helij proizvedena še imel 1945 leto čistočo okoli 98%, drugi 2% v dušikom, ki zadošča za zračne ladje. Leta 1945 je izdelal majhno količino 99,9 odstotkov plina za uporabo v obločno varjenje. Do 1949 je čistost nastale elementa dosegla 99.995%.

Že vrsto let v Združenih državah ustvarila več kot 90% svetovnega trgovskega helija. Od leta 2004, vsako leto se je izšlo 140 milijonov ^m3, od tega 85% pride v Združenih državah Amerike, je bilo 10%, opravljena v Alžiriji, in ostalo - v Rusiji in na Poljskem. Glavni viri helija na svetu, so polja zemeljskega plina Texas, Oklahoma in Kansas.

Postopek za pridobivanje

Helij (čistota 98,2%) se izloči iz utekočinjanje zemeljskega plina z drugimi komponentami pri nizkih temperaturah in pri visokih tlakih. Adsorpcija druge pline ohladimo z aktivnim ogljem lahko dosežemo čistost 99.995%. Majhna količina helija, proizvedeno v zračnem utekočinjanje v velikem obsegu. Od 900 ton zraka lahko dobili okoli 3.17 kubičnih metrov. m plina.

Področja uporabe

Žlahtni plin je bil uporabljen na različnih področjih.

• Helij, katere lastnosti omogočijo pridobitev zelo nizke temperature, ki se uporablja kot hladilno sredstvo v LHC, MRI superprevodne magnetnih naprav in jedrske resonance spektrometri magnetnih, satelitsko opremo, kot tudi za utekočinjenje kisika in vodika v projektilih "Apollo".
• Kot inerten plin varjenje aluminija in drugih. Kovine v proizvodnji polprevodnikov in optičnih vlaken.
• .. Za ustvarjanje tlaka v rezervoarjih za gorivo raketne motorje, zlasti tistih, ki delujejo na tekoči vodik, t, da le helij ohranja stanje združevanjem pri vodik ostane tekočina);
• On-NE plinski laserji se uporabljajo za skeniranje črtne kode na blagajni v supermarketih.
• Helij-ionska mikroskop vam omogoča, da bi dobili najboljšo sliko kot elektronski.
• Zaradi visoke prepustnosti žlahtnih plinov se uporablja za testiranje uhajanja, na primer v avtomobilskih klimatskih napravah, kakor tudi hitro polnjenje blazina po trčenju.
• Nizka gostota omogoča dekorativne kroglice, napolnjene s helijem. Inertni plin se nadomesti eksplozivnega plina vodika v zračne ladje in balonov. Na primer, v meteorologiji, se helijeve balone uporabljati za dvigovanje merilni instrument.
• Hladilno sredstvo kriogenih uporabimo, saj je temperatura kemijskega elementa v najmanjši možni tekočem stanju.
• Helij, katere lastnosti se zagotavljajo nizko reaktivnost in topnost v vodi (in kri), v zmesi s kisikom je dalo uporabo v formulacijah dihalnih za potapljanje in lastni kesona dela.
• Meteoriti in skale so analizirali na vsebnost tega elementa za določitev njihove starosti.

Helij: lastnosti elementa

On je glavni fizikalne lastnosti, so naslednji:

• Atomsko število: 2.
• Relativna masa atoma helija: 4,0026.
• Tališče: št.
• Vrelišče: -268,9 ° C
• Gostota (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidacijsko stanje 0.