Helium: kabtangan, mga kinaiya, aplikasyon

Helium - inert gas sa grupo 18 sa matag lamesa. Kini mao ang ikaduha nga gaan elemento human sa idroheno. Helium - gas nga walay kolor, baho ug sa lami nga mahimong liquid sa usa ka temperatura sa -268,9 ° C. Nagabukal punto ug sa iyang kaging nga punto nga mas ubos kay sa bisan unsang uban nga nailhan bahandi. Kini mao lamang ang elemento nga dili pagpalig-on sa makapabugnaw sa normal nga sa atmospera sa presyon. Siya mibalhin ngadto sa lig-on nga kahimtang kinahanglan nga 25 atmospheres, sa usa ka temperatura sa 1 K.

Kasaysayan sa pagdiskobre

Helium nakaplagan diha sa atmospera gas sa palibot sa adlaw, sa French astronomo Pierre Zhansenom nga sa 1868 atol sa usa ka eklipse nga nakakaplag sa usa ka mahayag nga yellow nga linya sa kolor sa mga solar chromosphere. Sa sinugdan kini nagtuo nga kini nga linya nagrepresentar sa elemento sodium. Sa mao usab nga tuig, Iningles astronomo Dzhozef Norman Lockyer naobserbahan sa usa ka yellow nga linya sa solar kolor, nga wala motakdo sa nailhan sodium linya D ₁ ug D _2, ug busa kini mao ang ginganlan si kini nga usa ka linya D _3. Lockyer mihinapos nga kini tungod sa usa ka bahandi sa mga Adlaw wala mailhi sa Yuta. Siya ug ang chemist nga si Edward Frankland sa elemento titulo sa paggamit sa Gregong ngalan 'Helios' Sun.

Sa 1895, ang British chemist Sir Uilyam Ramzay napamatud sa paglungtad sa helium sa Yuta. Siya nakadawat sa sample cleveite uranium-nga nagdala sa mga minerales, ug human sa pagsusi sa mga gas nag-umol sa panahon sa pagpainit, kini nakita nga mahayag nga yellow nga linya sa kolor atol sa linya D _3, obserbahan sa mga solar kolor. Mao kini ang, sa usa ka bag-o nga elemento sa kataposan instalar. Sa 1903 Ramsay ug Frederick Soddy nga makita nga ang helium mao ang usa ka produkto sa diha-diha nga pagkadunot sa radioactive nga mga butang.

Distribution diha sa kinaiyahan

Ang masa sa helium mao ang mahitungod sa 23% sa kinatibuk-ang mga pangmasang sa uniberso, ug ang elemento mao ang ikaduha nga labing komon nga diha sa luna. Kini mao ang nagpunsisok sa mga bitoon, diin hydrogen naporma gikan sa mga resulta sa pagtugnaw, paglangkub. Bisan tuod nga ang helium sa atmospera anaa sa usa ka konsentrasyon sa 1 ka bahin ngadto sa 200 th. (5 ppm) ug anaa sa gamay nga kantidad sa radioactive minerales, meteorite sa England, ingon man usab sa mineral tinubdan, dako nga kantidad sa mga elemento nga makita diha sa Estados Unidos (ilabi na sa Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah, ug Arizona) ingon nga component (sa 7.6%) sa natural gas. Gagmay ug reserba niini nga nadiskobrehan sa Australia, Algeria, Poland, Qatar ug Russia. Sa sa tinapay helium konsentrasyon mao lamang ang mga 8 ppb.

isotopes

Ang kinauyokan sa matag usa sa mga atomo helium naglangkob sa duha ka mga protons, apan, sama sa ubang mga elemento, kini may isotopes. Sila naglakip gikan sa usa ngadto sa unom ka neutron, mao nga ang ilang mga numero sa masa gikan sa tulo ka ngadto sa walo ka. Stable sa kini mao ang mga elemento kansang gibug-aton mao ang gitinguha sa helium atomic nga gidaghanon 3 ⁽³ Siya) ug 4 ⁽⁴ Siya). Ang tanan nga lain nga mga radioactive ug paspas nga pagkadunot sa ubang mga butang. helium Yuta mao ang dili usa ka orihinal nga bahin sa planeta, kini nag-umol ingon nga sa usa ka resulta sa radioactive pagkadunot. Alpha mga partikulo nga gibuga sa uyok sa radioactive bug-at nga mga butang nga isotope ⁴ Siya nucleus. Helium dili tapok diha sa dako nga natapok sa atmospera, tungod kay ang grabidad sa Yuta mao ang dili igo sa pagpugong niini gikan sa anam-anam leaking ngadto sa kawanangan. Timailhan sa ³ Siya sa kalibutan gipatin-aw sa negatibo nga beta pagkadunot idroheno talagsaon-3 elemento (tritium). ⁴ Siya ang labing komon nga sa lig-on nga isotopes: ⁴ ratio sa siya atomo ngadto sa ³ Siya mao ang bahin sa 700 ka libo ka mga sa 1 atmospera ug mga 7 ka milyon sa 1 sa pipila ka mga helium-dato minerales ..

Ang pisikal nga mga kabtangan sa helium

Nagabukal ug matunaw sa butang niini nga mao ang mga labing ubos. Tungod niini nga rason, helium anaa nga ingon sa usa ka gas gawas sa grabeng mga kahimtang. Siya gas ang dissolved sa tubig dili kaayo kay sa bisan unsa nga lain nga mga gas, ug ang rate sa pagkatay, pagkanap pinaagi sa lig-on nga lawas mao ang sa tulo ka mga panahon nga labaw pa kay sa hangin. Niini refractive index sa labing suod nga moduol 1.

Ang kainit conductivity sa mga helium mao ang ikaduha lamang sa hydrogen sa kainit conductivity, piho nga kainit ug ang iyang kaayong hatag-as nga. Sa ordinaryo nga temperatura sa kini mao ang naandan nga kainit sa panahon sa pagpalapad, ug sa ubos sa 40 K - cooled. Busa, sa T <40 K helium mahimong makabig ngadto sa usa ka liquid pinaagi sa pagpuno.

Nga elemento mao ang usa ka insulator, kon dili sa ionized estado. Sama sa uban nga mga halangdon nga mga gas, helium adunay usa ka metastable nga lebel sa enerhiya nga motugot niini nga ionized pinaagi sa usa ka electric pagtuman sa diha nga ang usa ka boltahe mao ubos sa potensyal ionization.

Helium-4 talagsaon diha sa nga adunay duha ka mga liquid mga porma. Naandan nga gitawag helium ako ug anaa sa temperatura gikan sa Nagabukal punto sa 4.21 K (-268,9 ° C) ngadto sa mga 2,18 K (-271 ° C). Ubos nga sa kainit conductivity sa 2,18 K ⁴ Siya mahimo 1000 panahon nga labaw pa kay sa tumbaga. Kini nga porma mao ang gitawag nga helium II, sa pag-ila niini gikan sa mga ordinaryo. Kini superfluid: viscosity mao ubos nga dili masukod. Helium II mikatap ngadto sa usa ka manipis nga pelikula sa ibabaw sa nawong sa bisan unsa nga bahandi nga ang hisgutan, ug kini nga pelikula nga mao ang nagapaagay walay friction bisan batok sa grabidad.

Dili kaayo buhong helium-3 nga mga porma sa tulo ka lain-laing mga liquid hugna, ang duha ka nga mga superfluid. Superfluidity sa ⁴ Siya nakaplagan sa mga Sobyet pisiko Petrom Leonidovichem Kapitsey sa mga tunga-tunga sa 1930, ug ang mao nga panghitabo sa ³ Siya unang namatikdan sa Douglas D. Osheroff, nga si David M. Lee, ug Robert C. Richardson sa Estados Unidos sa 1972.

Usa ka liquid sagol sa duha ka isotopes sa helium-3 ug -4 sa temperatura sa ubos 0.8 K (-272.4 ° C) gibahin sa duha ka lut-od - usa ka esensya putli ³ Siya ug ⁴ Siya sagol nga uban sa 6% sa helium-3. Pagkabungkag sa ³ Siya sa ⁴ Siya giubanan sa makapabugnaw epekto nga gigamit sa cryostat istruktura diin ang helium temperatura mao ang ubos 0.01 K (-273,14 ° C), ug magpabilin alang sa usa ka pipila ka mga adlaw.

koneksyon

Ubos sa normal nga mga kahimtang, helium mao kemikal inert. Sa grabeng mahimong paghimo sa usa ka compound nga elemento nga sa normal nga temperatura ug sa pressure indicators dili stable. Pananglitan, helium mahimong maporma compounds uban sa iodine, tungsten, fluorine, phosphorus, ug asupre, sa diha nga gipailalom sa usa ka electrical siga pagtuman o sa electron gibombahan sa plasma estado. Mao kini ang kini gibuhat HeNe, HgHe _10, WHe ₂ ug molekula ion Siya ₂ ⁺ ₂ Dili ^++, heh ⁺ ug HeD ^+. Kini nga paagi usab ang usa ka neyutral molekula siya ₂ ug HgHe.

plasma

Sa uniberso sa mapuslanong paagi-apod-apod ionized helium, kansang mga kabtangan lahi sa kinadak gikan sa molecular. Ang mga electron ug proton wala nalambigit, ug kini adunay usa ka taas nga electrical conductivity bisan sa usa ka partially ionized nga kahimtang. Sa nagsugo partikulo kaayo naimpluwensiyahan sa magnetic ug electric kaumahan. Pananglitan, diha sa solar nga hangin uban sa helium ion makig-uban sa mga ionized hydrogen magnetosphere yuta, hinungdan sa aurora borealis.

Ang pagkadiskobre sa mga deposito sa US

Human sa miposa sa 1903 sa Dexter, Kansas, kini nakuha sa mga dili-masunog nga gas. Sa sinugdan, dili kini nahibaloan nga kini naglangkob sa helium. Nga gas nakaplagan, nailhan nga kahimtang Erasmus Haworth geologist, nga nakolekta sa sa iyang mga sample ug sa University of Kansas pinaagi sa chemists Kedi Gamiltona ug si David McFarland nakita nga kini naglangkob sa 72% nitroheno, 15% methane, 1% idroheno ug 12% wala giila. Human sa paggahin og sa sunod-sunod nga pagtuki, ang mga tigdukiduki nakakaplag nga P1.84% sa sample sa helium. Busa kami nasayud nga kini kemikal nga elemento mao ang karon diha sa dako nga natapok sa mga kahiladman sa Dakong Kapatagan, diin kini mahimong makuha gikan sa natural nga gas.

industriya sa produksyon

Kini naghimo sa Estados Unidos produksyon sa kalibotan sa helium lider. Sa sugyot ni Sir Richard Threlfall, ang US Navy nga gipundohan sa tulo ka gamay nga piloto sa tanom sa pagmugna niini nga bahandi sa panahon sa Unang Gubat sa Kalibutan aron sa pagsiguro sa barrage balon lightweight non-masunog pagtindog gas. Sumala sa programa niini nga mga gihimo sa kinatibuk-5700 m ³ 92 porsiento siya, bisan tuod kini nga nakuha lamang sa labing menos 100 ka litro sa gas. Kabahin sa kantidad niini nga gigamit sa sa kalibutan sa unang helium airship sa US Navy C-7, nga gihimo sa iyang mga dalaga paglawig gikan sa Hampton Roads (Virginia) sa Bolling Field (Washington, DC) Disyembre 7, 1921.

Bisan tuod nga ang proseso sa ubos nga temperatura liquid gas niadtong panahona nga wala igo naugmad nga mahimong mahinungdanon sa panahon sa Unang Gubat sa Kalibutan, produksyon nagpadayon. Helium sagad gigamit ingon nga sa usa ka Tumindog gas sa eroplano. Panginahanglan alang sa kini nagdugang sa panahon sa Ikaduhang Gubat sa Kalibutan sa diha nga kini gigamit sa usa ka shielded arko welding. nga elemento adunay usab dakung kamahinungdanon diha sa paglalang sa mga bomba atomika "Manhattan".

US National reserve

Sa 1925, ang gobyerno sa Estados Unidos nga gibuhat sa National reserve sa helium sa Amarillo, Texas, sa paghatag og militar airship sa panahon sa gubat ug komersyal nga airship sa gubat. Ang paggamit sa gas nahulog human sa Ikaduhang Kalibutan, apan ang stock nga misaka sa 1950 aron sa paghatag, sa taliwala sa ubang mga butang, kini naghatag ingon nga usa ka coolant nga gigamit sa produksyon sa oksiheno-hydrogen propellant sa panahon sa luna lumba ug sa Cold Gubat. Ang paggamit sa helium sa Estados Unidos sa 1965, walo ka mga panahon nga mas taas kay sa peak konsumo sa panahon sa gubat.

Human sa pagsagop sa balaod sa helium 1960 Mining Bureau Streak 5 pribado nga mga kompaniya sa pagkuha sa elemento gikan sa natural nga gas. Kini nga programa gitukod 425-km pipeline sa pagkonektar sa niini nga mga mga tanom uban sa gobyerno partially gihurot gas uma duol sa Amarillo, Texas. Helium-nitroheno sagol pumped ngadto sa ilawom sa yuta storage, ug nagpabilin didto hangtod nga walay panginahanglan niini.

Pinaagi sa 1995, ang gidaghanon sa stock nga nanagtigum bilyon metro kubiko, samtang ang utang sa National reserve sa 1.4 bilyones dolyares, nga giaghat sa US Congress sa 1996 sa Phase gikan niini. Human sa pagsagop sa 1996 sa balaod sa praybitisasyon sa helium Ministry sa Natural Resources nga gilunsad sa usa ka liquidation tindahan sa 2005.

Limpyo ug produksyon

Helium nga gihimo hangtud 1945 nga tuig may usa ka kaputli sa mga 98%, ang uban sa 2% didto sa nitroheno nga igo alang sa airship. Sa 1945, kini og usa ka gamay nga kantidad sa 99.9 porsyento sa gas alang sa paggamit sa arko welding. Pinaagi sa 1949, ang kaputli sa mga elemento miabot 99,995%.

Kay sa daghan nga mga tuig sa Estados Unidos nga gihimo labaw pa kay sa 90% sa komersyal nga helium sa kalibotan. Sukad sa 2004, ang matag tuig nga kini nagtrabaho sa 140 ka milyon nga m ^3, 85% sa nga mahitabo sa Estados Unidos, 10% nga gidala sa gawas sa Algeria, ug ang uban - sa Russia ug sa Poland. Ang nag-unang mga tinubdan sa helium sa kalibutan mao ang natural nga gas kaumahan sa Texas, Oklahoma ug Kansas.

Ang proseso sa pag-angkon

Helium (kaputli 98.2%) ang nakuha gikan sa liquefaction sa natural nga gas sa ubang mga sangkap sa ubos nga temperatura ug sa hatag-as nga mga pagpit-os. Ang adsorption sa ubang mga gas cooled activate carbon mahimong makab-ot sa kaputli sa 99,995%. Usa ka gamay nga kantidad sa helium nga gihimo sa panahon sa hangin liquefaction sa usa ka dako nga scale. Sa 900 tonelada sa hangin mahimo og sa mga 3.17 metro kubiko. m gas.

Kaumahan sa aplikasyon

Noble gas nga gigamit sa nagkalain-laing mga kaumahan.

• Helium, nga kabtangan motugot sa pag-angkon kaayo ubos nga temperatura, gigamit ingon nga usa ka makapabugnaw ahente sa LHC, MRI dako kaayong magnet makinarya ug nukleyar nga magnetic resonance spectrometers, satellite ekipo, ingon man alang sa liquefaction sa oxygen ug hydrogen sa mga udyong "Apollo".
• Ingon nga ang inert gas alang sa welding aluminum ug uban pa. Metal sa paghimo sa mga conductor ug optical lanot.
• .. Aron sa paghimo sa pressure sa mga tangke sa gasolina sa rocket makina, ilabina kadtong operate sa liquid hydrogen, t sa lamang sa helium gas nagatipig sa iyang kahimtang sa kobransa sa diha nga hydrogen nagpabilin liquid);
• Siya-Neh gas laser gigamit sa scan sa barcode sa buhatan kahon sa mga supermarket.
• Helium-Ion mikroskopyo nagtugot kaninyo sa pagkuha sa mga labing maayo nga larawan kay sa electronic.
• Tungod sa hataas nga pagkamatuhup sa halangdon nga gas gigamit sa pagsulay leaks, alang sa panig-ingnan sa sakyanan air-conditioning sistema sa, ingon man usab sa paspas nga pagpuno sa airbag sa ibabaw sa banggaay.
• Ubos Densidad nagtugot pangdekorasyon bola nga puno sa helium. Ang inert gas gipulihan explosive hydrogen gas sa airship ug balloon. Pananglitan, sa meteorolohiya, helium balloon gigamit sa pagbayaw sa igsusukod nga instrumento.
• Ang cryogenic coolant gigamit, sukad sa temperatura sa sa kemikal nga elemento sa minimum nga posible nga liquid nga kahimtang.
• Helium, nga kabtangan sa paghatag kini nga usa ka ubos nga reactivity ug tubig solubility (ug dugo), sa usa ka sagol nga uban sa oksiheno nakakaplag aplikasyon sa respiratory pormulasyon alang sa scuba diving ug naghupot caisson buhat.
• Meteorite ug mga bato analisar alang sa sulod sa elemento niini nga sa pagtino sa ilang mga edad.

Helium: ang mga kabtangan sa mga elemento

Siya nag-unang pisikal nga mga kabtangan mao ang mosunod:

• Atomic nga gidaghanon: 2.
• Ang paryente masa sa atomo helium: 4,0026.
• Nagkahilis punto: walay.
• Nagabukal punto: -268,9 ° C.
• Densidad (1 ATM, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oxidation estado 0.