Гелий: қасиеттері, сипаттамалары, қолдану

Гелий - периодтық тобының 18 инертті газ. Бұл сутегі кейінгі екінші ең жеңіл элемент болып табылады. Гелий - -268,9 ° С температурада сұйық болып түсті, иісі мен дәмі жоқ газ кез келген басқа да белгілі заттың қарағанда қайнау нүктесі және оның қату нүктесі төмен. Бұл қалыпты атмосфералық қысым кезінде салқындату қатаю емес, тек элементі болып табылады. Ол 1 К температурада, 25 атм болуы керек қатты мемлекетке көшіп

ашу тарихы

Гелий 1868 жылы тұтылу кезінде күн хромосфера спектрін жарқын сары сызық тапты деп күн қоршаған атмосферада газ, француз астроном Пьер Zhansenom табылды. Бастапқыда бұл жолы элемент натрий білдіреді деп болжанған болатын. Сол жылы, ағылшын астрономы Джозеф Норман Lockyer белгілі натрий сызықтар D ₁ және D ₂ сәйкес емес, күн спектрінде сары сызық, _{байқалады,} сондықтан ол сызық D _{3 аталады.} Lockyer ол Жердегі Sun белгісіз бір зат себеп болған деген қорытындыға келді. Грек атауын «Гелиос» ЖК пайдаланып Ол және атауы элементі химик Эдвард Frankland

1895 жылы, британдық химик сэр Uilyam Ramzay Жердегі гелий болуын дәлелдеді. Ол үлгісі cleveite ураны бар минералдар алды, және жылыту кезінде пайда газдар зерделеу кейін, ол спектрінде жарқын сары сызық күн спектрін байқалады желісі D ₃ сәйкес келеді деп табылған. Осылайша, жаңа элемент, сайып келгенде, орнатылды. 1903 жылы Рамзан және Фредерик Soddy гелий радиоактивті заттардың өздігінен ыдырау өнімі болып табылады.

табиғатта тарату

гелий жаппай Әлемнің жалпы массасы шамамен 23% құрайды, ал элемент кеңістікте ортақ ең екінші болып табылады. Ол сутегі нәтижесінде балқыту қалыптасады жұлдыздарының, шоғырланған. атмосферада гелий (5 PPM). 200 мың 1 бөлігінің концентрациясы болып табылады және әсіресе Техас, Нью радиоактивті минералдар, метеорит безінің, сондай-ақ минералдық көздері, Америка Құрама Штаттарында табылған элементі үлкен мөлшерде (шағын көлемде қамтылған қарамастан Мехико, Канзас, Оклахома, Юта, және Аризона) табиғи газды 7,6% компоненті () ретінде. Шағын және оның қорлары Австралия, Алжир, Польша, Катар және Ресей табылды. қыртыс гелий концентрациясы тек шамамен 8 PPB болып табылады.

изотоптар

гелий атомы әрбір негізгі және басқа да элементтермен ретінде, ол изотоптарды бар, екі протон бар, бірақ. Олар бір алты нейтрондардың, сондықтан үш сегіз дейін олардың жаппай нөмірлерінен тұрады. Осы тұрақты салмағы гелий атомдық нөмірі 3 ⁽³ Ол) және 4 ⁽⁴ He) анықталады элементтері болып табылады. басқа заттардың ыдырайтын тез Барлық басқа радиоактивті және. Жердің гелий ол радиоактивті ыдырау нәтижесінде пайда болатын, планетаның түпнұсқа бөлігі болып табылады. радиоактивті ауыр заттардың ядролардың эмиссиялаған Альфа бөлшектер ⁴ Ол ядро изотоптарды жатыр. Жердің гравитациялық біртіндеп кеңістігіне ағып, оның алдын алу үшін жеткілікті болып табылады, өйткені гелий, атмосферада көп мөлшерде жиналып емес. әлемде ³ He іздері теріс бета ыдырау сутегі сирек-3 элемент (тритий) түсіндіріледі. ⁴ Ол тұрақты изотоптар ең көп таралған болып табылады: ол ⁴ қатынасы Ол кейбір гелий-бай минералдар шамамен 700 мың 1 атмосфераға және шамамен 7 млн 1 ³ қарай атомдар ..

гелий физикалық қасиеттері

қайнау және осы тармақтың балқу нүктесі ең төменгі болып табылады. Осы себепті, гелий төтенше жағдайларда қоспағанда, газ ретінде бар. Ол газ кем кез келген басқа қарағанда газ суда еріген және қатты дене арқылы диффузия жылдамдығы ауаның қарағанда үш есе артық болып табылады. жақын Оның сыну индексі 1 жақындап.

гелий жылу өткізгіштік ғана сутегі жылу өткізгіштігі, нақты жылу және оның өте жоғары екінші болып табылады. салқындатылған - қарапайым температурада ол кеңейту кезінде, және К 40 төмен қыздырылады. Сондықтан, T кезінде <40 K гелий кеңейту арқылы сұйықтық айналдыруға болады.

иондалған күйде емес болса Элемент, изолятор болып табылады. басқа асыл газдар сияқты, гелий кернеу иондалу әлеуетін төмен кезде ол электр разряд арқылы иондалған тиіс мүмкіндік беретін метатұрақты энергетикалық деңгейлері бар.

ол екі сұйық нысандары бар бұл гелий-4 бірегей болып табылады. Әдеттегі гелий Мен деп аталады және 4.21 K қайнау бастап (-268,9 ° С) туралы 2,18 К (-271 ° С) дейін температурада бар. 2,18 K ⁴ Төменгі жылу өткізгіштік Ол мыс қарағанда 1000 есе артық болып отыр. Бұл пішін кәдімгі оны ажырата, гелий II деп аталады. Ол СТ болды: тұтқырлығы, ол өлшеу мүмкін емес, сондықтан төмен. Гелий II мүдделі болып табылатын кез келген зат бетінде жұқа пленка түрінде таралады, және осы фильм тіпті ауырлық қарсы үйкеліс жоқ ағып жатыр.

Кем мол гелий-3 СТ олардың екі үш түрлі сұйық фазалары, қалыптастырады. ⁴ сверхтекучести Ол кеңестік физик анықтағаннан Petrom Leonidovichem Kapitsey Ол алғаш рет 1972 жылы Дуглас Д. Osheroff, Дэвид М Ли, және Америка Құрама Штаттарының Robert C. Ричардсон байқап ортасында 1930 жылы, сондай-ақ ³ бірдей құбылыс.

мәні бойынша таза ³ Ол және гелий-3-6% ⁴ Ол қоспа - екі гелий-3-изотоптар және -4 0,8 К (-272.4 ° C) төмен температурада сұйық қоспасы екі қабатқа бөлінеді. ^{4 3} He еруі Ол гелий температура 0,01 K төмен болып табылатын (-273,14 ° С) Криостата құрылымдарда қолданылады салқындату әсері сүйемелдеуімен және бірнеше күн бойы сақталады.

қосылымдары

қалыпты жағдайларында, гелий химиялық инертті болып табылады. шектен кем қалыпты температура мен қысым көрсеткіштері тұрақты емес екенін құрама элементі жасауға болады. Мысалы, гелий электр бықсып разрядты немесе плазмалық күйде электрондық Хиросиманы арқылы ұшыраған кезде, йод, вольфрам, фтор, фосфор және күкірт қосылыстар құра алады. Осылайша ол HeNe, HgHe _10, Ол ₂ ^{+ _2,} Хе ⁺ және HED ^{+ ++} емес, Whe ₂ және молекулалық иондардың ^{құрылды.} Бұл әдіс, сондай-ақ бейтарап молекуласы Ол ₂ және HgHe болды.

плазмалық

Әлемнің тиімді қасиеттері молекулалық айтарлықтай өзгеше иондалған гелий, таратылады. электрондар мен протондар байланысты, және ол тіпті ішінара иондалған күйде өте жоғары электр өткізгіштігі бар жоқ. зарядталған бөлшектердің жоғары және электр магниттік өрістердің әсер етеді. Мысалы, гелий иондары бар күн, жел Aurora Borealis тудыратын, иондалған сутегі магнитосфера жер өзара іс-қимыл.

АҚШ депозиттердің ашылуы

Декстер, Канзас қаласында 1903 жылы бұрғылау кейін, ол жанбайтын газ алынды. Бастапқыда, ол гелий бар екенін белгілі болды. Қандай газ, Kedi Gamiltona және Дэвид McFarland 72% азот, 15% метан, 1% сутегі және 12% анықталған жоқ, бар екенін тауып химиктер арқылы оның сынамалары мен Канзас университеті жинады анықталған мемлекеттік Erasmus Хэуорт геолог, табылды. кейіннен талдау өткізген соң, зерттеушілер гелий жылғы үлгідегі бұл 1,84% -бен. Сондықтан біз осы химиялық элемент, ол табиғи газ өндірілетін болады Ұлы тегістердің тереңдікте ірі мөлшерде бар екенін білеміз.

өнеркәсіп өндірісі

Бұл гелий көшбасшысы Құрама Штаттары әлемдегі өндіріс жасады. Сэр Ричард Threlfall арқылы ұсынысы бойынша, АҚШ-тың Әскери-теңіз Barrage шарлар жеңіл жанбайтын көтеру газ қамтамасыз ету үшін Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде бұл зат өндіруге үш шағын пилоттық зауыты қаржыландырды. Осы газ ғана кемінде 100 литр алынды, дегенмен осы бағдарламаға сәйкес, 5700 м пайыз Ол бір ³ 92 жалпы өндірілген. Осы соманың бір бөлігі әлемдегі алғашқы гелий әуе кемесінде қолданылған АҚШ ӘТК Hampton жолдары оның кемесінде жасалған С-7, (Вирджиния) Bolling кен орнында (Washington, DC) 7 желтоқсан, 1921.

сол уақытта төмен температура сұйық газ процесі жеткілікті Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде елеулі болуы үшін әзірленген жоқ болса да, өндірістік жалғастырды. Гелий, әдетте, ұшақта лифт газ ретінде пайдаланылады. ол экрандалған доғалық пісіру бірге қолданылған кезде оған деген сұраныс Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде өсті. элементі, сондай-ақ атом бомбасын «Манхэттен» құруға үлкен мән бар.

АҚШ-тың Ұлттық резервтік

1925 жылы, АҚШ үкіметі бейбіт соғыс және коммерциялық дирижаблей уақытта әскери Airships қамтамасыз ету, Амарилло, Техастағы гелий Ұлттық қорын құрдық. газды пайдалану Екінші әлем кейін құлап, бірақ қор ол ғарыш нәсіліне және қырғи-қабақ соғыс кезінде оттегі-сутегі отын өндірісінде пайдаланылатын суыту ретінде жеткізеді, басқалардың арасында, қамтамасыз ету үшін 1950 жылы ұлғайтылды. соғыс уақытында ең жоғары тұтыну қарағанда сегіз есе жоғары, 1965 жылы Америка Құрама Штаттарында гелий пайдалану.

гелий 1960 Тау-кен бюросы қатарынан заң қабылданғаннан кейін 5 жеке компаниялар табиғи газдан элементін алу үшін. Бұл бағдарлама Амарилло, Техас жанындағы мемлекеттік ішінара Таусылған газ кен осы өсімдіктер қосылу үшін 425-км құбыры салынды. Гелий-азот қоспасы жерасты сақтау айдалады, және оған қажеті жоқ дейін сол жерде қалды.

1995 жылға қарай, қорын көлемі оның кезең үшін 1996 жылы АҚШ Конгресінің сұралады 1,4 млрд доллар Ұлттық резерв, қарыз, ал млрд текше метр жиналған болатын. Табиғи ресурстар гелий министрлігінің жекешелендіру туралы заң 1996 жылы қабылданған келесі 2005 жылы тарату дүкенін іске қосты.

Таза және өндірістік

1945 жылға дейін өндірілген Гелий шамамен 98%, 2% дирижаблей үшін жеткілікті болып табылады азот болды басқалар тазалығын болды. 1945 жылы, ол дәнекерлеу пайдалану үшін газ 99,9 пайызға аз мөлшерін өндірді. 1949 жылға қарай, нәтижесінде элементтің тазалығы 99,995% жетті.

Көптеген жылдар бойы Америка Құрама Штаттары әлемдегі коммерциялық гелий 90% астам өндірілген. 2004 жылдан бастап, жыл сайын 140 млн м ^3, Америка Құрама Штаттарында орын алған 85%, 10% Алжир жүргізілді, және қалған әзірленді - Ресей мен Польшада. әлемдегі гелий негізгі көздері Техас, Оклахома және Канзас табиғи газ кен орындары болып табылады.

алу процесі

Гелий (тазалығы 98,2%) төмен температурада басқа компоненттерін және жоғары қысымда табиғи газ сұйылту өндіріп отыр. басқа газдардың адсорбция белсендірілген көмір 99,995% тазалығын қол жеткізуге болады салқындатылған. үлкен ауқымда әуе сұйылтуға кезінде өндірілген гелий аз сомасы. ауаның 900 тонна шамамен 3.17 текше метр алуға болады. м газ.

Қолданылу аймағы

Noble газ түрлі салалардағы қолданылған.

• қасиеттері өте төмен температураны алуға мүмкіндік береді Гелий, МРТ сверхпроводящие магнит аппараттары және ядролық магниттік-резонанстық спектрометрлер, спутниктік жабдықтар, сондай-ақ зымыран оттегі және сутегі сұйылту үшін «Аполлон», БАК жылы салқындатқыш агент ретінде пайдаланылады.
• инертті газ ретінде алюминий және басқа да дәнекерлеу үшін. Жартылай өткізгіштер және оптикалық талшықтар өндірісінде Металдар.
• сутегі сұйық қалады .. кезде ракета қозғалтқыштары, сұйық сутегі жұмыс істейтін, әсіресе отын бактарының қысымды жасау үшін, тек гелий газға T) өзінің агрегаттық күйін сақтайды;
• Ол-Ne газ лазерлер супермаркеттерде Касса штрихкод сканерлеу үшін пайдаланылады.
• Гелий-иондық микроскоп, сіз электрондық қарағанда үздік суретті алуға мүмкіндік береді.
• Арқасында асыл газ өткізгіштігінің жоғары машина ауаны кондиционерлеу жүйелерінде, мысалы, ағып тексеру үшін пайдаланылады, сондай-ақ тез соқтығысқан кезде авариялық толтыру.
• Төмен тығыздығы сәндік шарлар гелий толтырылған мүмкіндік береді. инертті газ дирижаблей және шарлармен жарылыс газ сутегі ауыстырылады. Мысалы, метеорология, гелий әуе шарлары өлшеу құралын көтеріп үшін пайдаланылады.
• криогенді салқындату сұйықтарын минималды мүмкін сұйық күйде химиялық элементтің температурасы бастап, пайдаланылады.
• қасиеттері оны төмен реактивтілігін және суда ерігіштігі (және қан) қамтамасыз Гелий, оттегімен қоспада дайвинг үшін тыныс алу құрамында өтініш тауып және кессонды жұмысты өткізу болды.
• Meteorites және жыныстары олардың жасын анықтау үшін осы элементтің мазмұн үшін талданады.

Гелий: элементтің қасиеттері

төмендегідей Ол негізгі физикалық қасиеттері болып табылады:

• Атом саны: 2.
• 4,0026: гелий атомының салыстырмалы жаппай.
• Балқу температурасы: жоқ.
• Қайнау нүктесі: -268,9 ° С
• Тығыздығы (1 атм, 0 ° C): 0,1785 г / N.
• тотығу мемлекеттік 0.