Hēlijs: īpašības, pazīmes, pieteikums

Hēlijs - inertās gāzes no periodiskās tabulas 18 grupas. Tas ir otrais vieglākais elements pēc ūdeņradi. Hēlija - gāze bez krāsas, smaržas un garšas, kas kļūst šķidrs temperatūrā -268.9 ° C viršanas temperatūru un tā sasalšanas temperatūra ir zemāka nekā jebkura cita zināma viela. Tas ir vienīgais elements, kas nav sacietēt ar dzesēšanas normālā atmosfēras spiediena. Viņš pārcēlās uz cietā stāvoklī jābūt 25 vide, temperatūrā no 1 K.

Vēsture atklāšana

Hēlija tika atrasts gāzes atmosfērā ap sauli, franču astronoms Pjērs Zhansenom ka 1868.gadā aptumsums laikā atradis spilgti dzeltenu līniju spektra saules chromosphere. Sākotnēji tas tika pieņemts, ka šī līnija apzīmē elements nātrija. Tajā pašā gadā, angļu astronoms Dzhozef Norman Lockyer novērota dzelteno līniju saules spektru, kas neatbilda zināmiem nātrija līnijām D ₁ līdz D _2, un tādēļ tas ir nosaukts tā līniju D _3. Lockyer secināja, ka to izraisīja vielas Sun nezināms uz Zemes. Viņš un ķīmiķis Edvards Frankland virsraksta elementā izmantojot grieķu vārds "Helios" Sun.

In 1895, Lielbritānijas ķīmiķis Sir Uilyam Ramzay ir pierādījusi, ka pastāv hēlija uz Zemes. Viņš saņēma paraugu cleveite urāna nesošo minerālvielas, un pēc tam, kad ar gāzes veidojas apkures laikā pārbauda, tiek konstatēts, ka spilgti dzeltenā līnija spektrā sakrīt ar līniju D _3, novērota saules spektru. Tādējādi jaunais elements beidzot tika uzstādīta. 1903.gadā Ramsay un Frederiks Soddy konstatēja, ka hēlijs ir produkts spontānu sairšanu radioaktīvo vielu.

Distribution dabā

Hēlija masa ir aptuveni 23% no kopējās masas Visumu, un elements ir otrā visbiežāk sastopamā kosmosā. Tā ir koncentrēta zvaigznēm, kur ūdeņradis veidojas no iegūtās saplūšana. Kaut arī hēlija atmosfērā ir koncentrācijā 1 daļā līdz 200 tūkst. (5 ppm), un ir ietverts neliels daudzums radioaktīvo minerālu, meteorīta dziedzera, kā arī minerālu avotiem, lielu daudzumu elementu atrodama ASV (īpaši Texas, New Mehiko, Kansas, Oklahoma, Jūta, un Arizona) kā sastāvdaļa (līdz 7.6%), dabas gāze. Mazie un tās rezerves ir atklātas Austrālijā, Alžīrijā, Polijā, Katarā un Krievijā. Jo garoza hēlija koncentrācija ir tikai aptuveni 8 ppb.

izotopi

No katras hēlija atoma kodols satur divus protonus, bet, kā ar citiem elementiem, tas ir izotopi. Tie satur no viena līdz sešiem neitroniem, lai to masu numuri, sākot no trim līdz astoņiem. Stabils un tie ir elementi, kuru svars ir noteikts ar hēlija atomu skaitu 3 ⁽³ He) un 4 ⁽⁴ He). Visus pārējos radioaktīvos un ātri nepūst uz citām vielām. Zemes hēlijs nav oriģināls daļa planētas, tas tika izveidots kā radioaktīvās sabrukšanas rezultātā. Alfa daļiņas, kuras rada kodolos radioaktīvo smago vielu tiek ^izotopu-4 He kodolu. Hēlija neuzkrājas lielos daudzumos atmosfērā, jo Zemes gravitācijas nav pietiekams, lai novērstu tās pakāpeniski iekļuvi telpā. Pēdas ³ He pasaulē tiek paskaidrots negatīvi beta sabrukšana ūdeņraža reta-3 elementu (tritija). ⁴ Viņš ir visbiežāk stabilo izotopu: ⁴ attiecība He atomiem pret ³ Viņš ir aptuveni 700 tūkst 1 atmosfērā un aptuveni 7 miljonus 1 dažās hēlija bagāti minerālvielām ..

Fiziskās īpašības hēliju

vārīšanās un kušanas punkts šajā postenī, ir viszemākā. Šī iemesla dēļ, hēlija pastāv kā gāzi, izņemot ārkārtējos apstākļos. Viņš gāzi izšķīdina ūdenī mazāk nekā jebkura cita gāzes, un likme difūzijas caur ciets ķermenis ir trīs reizes lielāks nekā gaiss. Tās atstarošanas indekss vistuvāk pieejas 1.

Siltumvadītspēja no hēlija ir otrais tikai uz ūdeņraža siltumvadītspēja, īpatnējais siltums un tās ārkārtīgi augsts. Pie parastiem temperatūrā tas tiek sasildīts paplašināšanas laikā, un zem 40 K - dzesēšanu. Tāpēc, pie T <40 K hēlijs var pārvērst šķidrumā ar paplašinās.

Elements ir izolators, ja neatrodas jonizējošā stāvoklī. Tāpat kā ar citiem cēlgāzes, hēlija ir metastabilā enerģijas līmeni, kas ļautu to jonizē ar elektrisko izlādi, ja spriegums ir zem jonizācijas potenciālu.

Hēlijs-4 ir unikāla ar to, ka tam ir divas šķidras formas. Usual sauc hēlijs I un pastāv pie temperatūras diapazonā no vārīšanās punktam 4.21 K (-268,9 ° C) līdz apmēram 2,18 K (-271 ° C). Zemākas siltumvadītspējas 2,18 K ⁴ Viņš kļūst par 1000 reižu lielāks nekā vara. Šī veidlapa tiek saukta hēlija II, lai atšķirtu to no parastās. Tā ir superfluid: viskozitāte ir tik mazs, ka tas nav iespējams izmērīt. Hēlija II izplatās uz plānu plēvi uz virsmas jebkuru vielu, kas ir attiecīgās, un šī filma ir plūstošs, bez berzes pat pret smaguma.

Mazāk bagātīgi hēlija-3 veido trīs dažādas šķidras fāzes, no kurām divas ir superfluid. Superfluidity ar ⁴ Viņš atklāja padomju fiziķis Pjotrs Kapica vidū 1930, un tas pats fenomens ³ Viņš pirmo reizi pamanīja Douglas D. Osheroff, David M. Lee, un Robert C. Ričardsons no ASV 1972. gadā.

Šķidrs maisījums no diviem izotopu hēlija-3 un -4 temperatūrā, kas zemāka par 0,8 K (-272,4 ° C) ir sadalīta divās kārtās - būtībā tīra ³ He un ⁴ viņš maisījums ar 6% hēlija-3. Izšķīšana ^3. Viņš ar ⁴ Viņš ir kopā ar dzesēšanas efekts, kas tiek izmantots kriostats struktūru, kurā hēlija temperatūra ir zem 0,01 K (-273,14 ° C), un uztur uz dažām dienām.

savienojumi

Normālos apstākļos hēlijs ir ķīmiski inerts. Ārkārtējos var izveidot saliktu elementu, kas pie normālas temperatūras un spiediena rādītāji nav stabila. Piemēram, hēlijs var veidot savienojumus ar jodu, volframa, fluora, fosfora un sēra atoma, kad pakļauts elektrisko mirdzizlādi vai ar elektronu bombardēšanu ar plazmas stāvoklī. Līdz ar to tika izveidots HeNe, HgHe _10, WHE ₂ un molekulu jonus Viņš ₂ ⁺ ₂ nav ^++, heh ⁺ un HED ^+. Šī metode ir arī bijusi neitrāla molekula Viņš _2. un HgHe.

plazma

Visumā advantageously izplata jonizētu hēlijs, kura īpašības būtiski atšķiras no molekulas. Elektroni un Protonu nebija saistīti, un tas ir ļoti augsts elektrovadītspēju pat daļēji jonizētu stāvoklī. Uz lādētu daļiņu ir ļoti ietekmē magnētisko un elektrisko lauku. Piemēram, Saules vēju ar hēliju joniem mijiedarbojas ar jonizētu ūdeņraža magnetosfērā zemes, izraisa ziemeļblāzmas.

Atklājums noguldījumu ASV

Pēc urbšanas 1903.gadā Dexter, Kanzasa, tika iegūts, gāze nav uzliesmojoša. Sākotnēji tas nebija zināms, ka tas satur hēliju. Kura gāze tika konstatēts, identificē valsts Erasmus Haworth ģeologs, kurš ir savākti viņa paraugus un Kanzasas Universitātes izmantojot ķīmiķu Kedi Gamiltona un Deivids McFarland konstatēja, ka tas satur 72% slāpekļa, 15% metāns, 1% ūdeņraža un 12% netika identificēts. Pēc izdevumu turpmāku analīzi, zinātnieki konstatēja, ka 1,84% no parauga hēlija. Tātad mēs zinām, ka šis ķīmiskais elements ir klāt lielos daudzumos dziļumos Lielajos līdzenumos, kur to var iegūt no dabasgāzes.

rūpnieciskā ražošana

Tas ir izgatavots ASV pasaules ražošanas hēlija līderis. Pie ierosinājumam Sir Richard Threlfall, ASV Navy finansē trīs nelielu izmēģinājuma rūpnīcu, lai ražotu šo vielu Pirmā pasaules kara laikā, lai nodrošinātu aizsprosts baloni viegls nedegošu pacelšanas gāzi. Saskaņā ar šo programmu, tika ražoti kopā 5700 m ³ 92 procentiem He, lai gan tas tika iegūts tikai vismaz 100 litrus gāzes. Daļa no šīs summas tika izmantota pasaulē pirmo hēlija dirižablis ASV Navy C-7, kas padarīja tās pirmajā braucienā no Hampton Roads (Virginia), pie Bølling Field (Washington, DC) 7. decembrī, 1921.

Lai gan process zemas temperatūras šķidro gāzi tajā laikā nebija pietiekami izstrādāta, lai būtu nozīmīga Pirmā pasaules kara laikā, ražošana turpinājās. Hēlija parasti izmanto kā lifts gāzi lidmašīnas. Pieprasījums par to Otrā pasaules kara laikā ir pieaudzis, kad tas tika izmantots ar aizsargātās metināšanai. Elements ir arī liela nozīme izveidi atombumbu "Manhattan".

ASV Valsts rezerve

In 1925, ASV valdība izveidoja Valsts rezervi hēlija Amarillo, Texas, lai nodrošinātu militārās dirižabļu kara laikā un tirdzniecības dirižabļiem miera laikā. Gāzes izmantošana samazinājās pēc Otrā pasaules, bet akciju tika palielināts 1950. nodrošināt, cita starpā, tas piegādā dzesēšanai izmanto ražošanā skābekļa-ūdeņraža propelenta kosmosa rasi un aukstā kara laikā. No hēlija ASV izmantošana 1965.gadā, astoņas reizes lielāks nekā maksimālā patēriņa kara laikā.

Pēc likuma pieņemšanas par hēlija 1960 Kalnrūpniecības pārvaldes Streak 5 privātiem uzņēmumiem, lai iegūtu šo elementu no dabas gāzi. Šī programma tika uzcelta 425 km garu cauruļvadu savienot šos augus ar valdības daļēji izsmelta gāzes atradne netālu Amarillo, Texas. Hēlija-slāpekļa maisījums iesūknēts uzglabāšanu pazemē, un palika tur līdz nav nepieciešams tajā.

Līdz 1995. gada krājumu apjoms bija samontēts miljardiem kubikmetru, bet parāda Nacionālās rezerves 1,4 miljardu ASV dolāru, kas pamudināja ASV Kongresu 1996. gadā pakāpeniski no tā. Pēc tam, 1996. gadā ar likumu par privatizācijas hēlija ministrijas Dabas resursu uzsāka likvidācijas veikalu 2005. gadā.

Tīrs un ražošana

Hēlijs ražots līdz 1945 gads bija tīrību aptuveni 98%, pārējie 2% bija slāpekli, kas ir pietiekams, lai dirižabļiem. In 1945, tas ražo nelielu daudzumu 99,9 procentiem gāzes izmantošanai loka metināšanai. Līdz 1949. tīrību rezultātā elements ir sasniedzis 99.995%.

Daudzus gadus ASV ražo vairāk nekā 90% no pasaules komerciālās hēlija. Kopš 2004. gada, ik gadu tika izstrādāta 140 miljonus m ^3, no kuriem 85% notiek ASV, 10% tika veikta Alžīrijā, un pārējo - Krievijā un Polijā. Galvenie avoti hēlija pasaulē ir dabas gāzes lauki Texas, Oklahoma un Kanzasas.

Process, lai iegūtu

Hēlijs (tīrība 98,2%) ir atgūti no dabasgāzes sašķidrināšanai citi komponenti pie zemām temperatūrām un augstu spiedienu. Citu gāzu adsorbcija atdzesēts aktivētās ogles var sasniegt tīrību 99.995%. Neliels daudzums hēlija ražota gaisa sašķidrināšanas lielā apmērā laikā. No 900 tonnām gaisā var iegūt aptuveni 3,17 kubikmetru. m gāze.

Pielietojuma sfēras

Cēlgāzes ir piemērota dažādās jomās.

• Hēlijs, kura īpašības ļauj iegūt ļoti zema temperatūra, tiek izmantots kā dzesēšanas aģents LHC, MRI supravadītāju magnētu aparātu un kodolmagnētiskās rezonanses spektrometru, satelīta iekārtas, kā arī sašķidrināšanai skābekļa un ūdeņraža raķetēs "Apollo".
• Kā inerto gāzi metināšanas alumīniju un citiem. Metāli ražošanā pusvadītāju un optisko šķiedru.
• .. Lai izveidotu spiedienu degvielas tvertnēs raķešu dzinēju, jo īpaši tiem, kas darbojas ar šķidro ūdeņradi, t tikai hēlija gāzi saglabā savu stāvokli, summējot ūdeņraža paliek šķidrums);
• He-Ne gāzes lāzeri tiek izmantoti, lai skenētu svītrkodu uz kasē lielveikalos.
• Hēlijs-jonu mikroskops ļauj jums iegūt labāko attēlu, nekā elektroniskā.
• Sakarā ar augsto caurlaidību cēlgāzes tiek izmantota, lai pārbaudītu noplūdes, piemēram, automašīnu gaisa kondicionēšanas sistēmām, kā arī strauju aizpildīšanai drošības spilvens pēc sadursmes.
• Zema blīvuma ļauj dekoratīvās bumbiņas piepildīts ar hēliju. Inertās gāzes aizstāj sprādzienbīstama ūdeņraža gāzes dirižabļiem un baloniem. Piemēram, meteoroloģija, hēlija baloni tiek izmantoti, lai paceltu mērinstruments.
• tiek izmantots, ka kriogēnais dzesētāja, jo temperatūras ķīmiskā elementa minimālo iespējamo šķidrā stāvoklī.
• Hēlijs, kura īpašības nodrošina to zemu reaktivitāte un šķīdība ūdenī (un asinis), maisījumā ar skābekli, ir konstatēts pieteikumu elpošanas formām niršanu un turot kesonu darbu.
• Meteorītu un ieži tiek analizēti par šī elementa saturs, lai noteiktu to vecumu.

Hēlijs: īpašības elementa

Viņš galvenās fiziskās īpašības, ir šādi:

• Atomu skaits: 2.
• Relatīvais masa hēlija atoma: 4,0026.
• Kušanas temperatūra: nē.
• Viršanas temperatūra: -268,9 ° C.
• Blīvums (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidācijas state 0.