Helium: Eegeschaften, Charakteristiken, Applikatioun

Helium - Inertgas- vum Grupp 18 vun der periodesch Dësch. Dëst ass déi zweet liichste Element no Waasserstoff. Helium - Gas ouni Faarf, richen a schmaachen déi bei enger Temperatur vun -268,9 ° C. Flëssegket gëtt kache Punkt an hirer Gefréierpunkt manner wéi déi vun all aner bekannte Substanz. Et ass dat eenzegt Element, datt net mat heescht solidify um normal Loftdrock Widerufsdélai. Hien op der staark Staat muss 25 Atmosphère ginn, bei enger Temperatur vun 1 K.

Geschicht vun der Entdeckung

Helium war am Gas Ambiance ronderëm d'Sonn, de franséischen Astronom Pierre Zhansenom fonnt, datt am Joer 1868 während enger Sonnendäischtert huet eng hell giel Linn am Spektrum vun der Sonn chromosphere fonnt. Ufank war et ugeholl, datt dës Linn de Element Natrium duerstellt. Am selwechte Joer, observéiert engleschen Astronom Norman Lockyer Dzhozef e säi Linn am Sonnesystem Spektrum, déi bis bekannt Natrium Linnen D sëlwecht rauszesichen ₁ a D _2, an dofir ass et et eng Linn D _{3 genannt.} Lockyer ofgeschloss, dass et duerch eng Substanz an der Sonn onbekannt op der Äerd ëmmer war. Hien a Chemiker Edward Frankland am Titel Element mat der griichescher Numm "Blobierg 'Sonn

Am Joer 1895, huet d'britesch Chemiker Sir Uilyam Ramzay der Existenz vun Helium op Äerd bewisen. Hien kritt Prouf cleveite Uran-Träger Mineralstoffer, an no der Gasen während Heizung gemaach iweerpréifen waat, ass et fonnt dass hell giel Linn am Spektrum gläichzäiteg mat der Linn D _3, am Sonnesystem Spektrum observéiert. Also, war eng nei Element endlech installéiert. An 1903 fonnt Ramsay an Frederick Soddy datt Helium engem Produit vun der spontan Zerfall vun radioaktiv Substanzen ass.

Verdeelung vun Natur

D'Mass vun Helium ass ronn 23% vun der totaler Mass vun der Universum, an der Element ass déi zweet meeschte gemeinsam am Weltraum. Et ass am Stären konzentréiert, wou Waasserstoff aus dem schéine Fusioun gemaach ass. Obwuel d'Helium an der Atmosphär ass an eng Usammlung vun 1 Deel zu 200 September. (5 ppm) an ass am klenge Quantitéiten vun radioaktiv Mineralstoffer, Meteoritteschutz drüs, souwéi Quelle Quellen, grouss Quantitéiten vun der Element an den USA (virun allem am Texas, New fonnt Texter Mexiko City, Kansas, Oklahoma, Utah an Arizona) als Komponent (bis 7,6%) vum Äerdgas. Kleng a seng Reserven goufen an Australien, fréckelen, Polen, Qatar a Russland entdeckt. Am Planéit Helium Konzentratioun ass nëmme ronn 8 ppb.

Isotopen

Kär vun jidderengen vun den Helium Atom enthält zwee protons, mä, wéi mat aneren Elementer, et huet Isotopen. Si enthalen aus eent zu sechs neutrons, sou hir Mass Zuelen rangéiert vun dräi bis aacht. Stabil vun dësen sinn d'Elementer hir Gewiicht vun Helium atomarer Nummer 3 ⁽³ Hien) an 4 ⁽⁴ Hien) alles ass. All aner radioaktiv an Zerfall séier an aneren Substanzen. Äerd d'Helium net eng originell Deel vum Planéit ass, et war als Resultat vun radioaktiven Zerfall gemaach. Alpha Deelchen vun Käre vun radioaktiv Substanzen schwéier Emissiounen sinn Isotop ⁴ Hien Keimzell. Helium heescht cumuléiert net am grousse Quantitéiten an der Atmosphär, well d'Äerd an d'Gravitatioun net genuch ass et ze verhënneren aus lues an Weltraum Fuite. Spure vun ³ Hien huet op der Welt sinn negativ Beta Zerfall Waasserstoff seelen-3 Element (tritium) erkläert. ⁴ Hien ass déi gemeinsam vun stabil Isotopen: ⁴ Verhältnis vun Hien Atomer Richtung der ³ Hien iwwer 700 dausend bis 1 Atmosphär ass a ronn 7 Millioune vun 1 zu puer Helium-räich Mineralstoffer ..

Der kierperlecher Eegeschafte vun Helium

kache Schmelze Punkt vun dësem Punkt sinn niddregsten. Fir dës Grond, existéiert Helium als Gas ausser an extrem Konditiounen. Hien ass Gas am Waasser opgeléist manner wéi déi vun all aner Gas, an den Taux vun Diffusion duerch de massive Kierper ass dräimol méi grouss wéi déi vun der Loft. Seng Mais Index vun der noosten Approche 1.

D'thermesch Leit vum Helium ass zweete nëmmen zu Waasserstoff thermesch Leit, spezifesch Hëtzt an hir extrem héich. Um gewéinlech Temperaturen ass et gehëtzt während Expansioun, an ënnert 40 K - gi si. Also, kann um T <40 K Helium an eng flësseg ëmgerechent ginn duerch Ausbau.

Element ass eng isoléiert, wann net am Moossinstrumenter Staat ass. Wéi mat anere Adel Gasen, Helium huet eng metastable Energie Niveauen datt et erlaben duerch eng elektresch Offlossquantitéit Moossinstrumenter gin wann e Volt Kraaft ënnert d'Eegeliichten Potential ass.

Helium-4 ass eenzegaarteg an dat huet zwee Flëssegket Formen. Gewinnt genannt Helium ech an existéiert bei Temperaturen aus der kache Punkt vun 4,21 K rangéiert (-268,9 ° C) bis ongeféier 2,18 K (-271 ° C). Ënneschten thermesch Leit vun 2,18 K ⁴ Hie gëtt 1000 mol méi grouss wéi déi vun Koffer. Dës Form ass Helium II, genannt et aus der normal ze z'ënnerscheeden. Et huet superfluid: Viskositéit esou niddreg ass, datt et net gemooss ginn. Helium II a nees eng dënn Film op der Uewerfläch vun all Substanz déi besuergt ass, an dësem Film ass leeft ouni Reiwung souguer géint Gravitatioun.

Manner räich Helium-3 Formen dräi verschiddene Flëssegket Phasen, zwee vun deenen superfluid sinn. Superfluidity zu ⁴ Hien vun der Sowjetunioun Physiker entdeckt gouf Petrom Leonidovichem Kapitsey an der Mëtt-1930er Joren, an der selwecht Phänomen an der ³ éischt vun Douglas D. Osheroff, David M. Lee a Robert C. Richardson vun den USA an 1972 gemierkt Hie war.

Flëssegkeete Mëschung aus zwee Isotopen vun Helium-3 an -4 bei Temperaturen ënner 0,8 K (-272.4 ° C) an zwou Schichten ënnerdeelt ass - en am Fong reng ³ Hien a ⁴ Hien Mëschung mat 6% vun Helium-3. Opléise vun ³ Hien a ⁴ ass hien duerch den Widerufsdélai Effekt begleet déi am cryostat Strukturen an déi benotzt ass den Helium Temperatur ënnert ass 0,01 K (-273,14 ° C) an fir e puer Deeg haten.

Verbindungen

Ënner normale Konditiounen ass, Helium chemesch Inertgas-. An extrem kann engem Facettenaen Element datt um normal Temperatur an Drock Indicateuren sinn net stabil schafen. Zum Beispill, Helium kann awer mat Jod, Wolfram, Fluor, Phosphorgehalt a Schwiewel Form, wéini eng elektresch Liichtebengelchen Offlossquantitéit oder vun Elektronen bombardéiert an de Plasma Staat deen. Sou war et HeNe, HgHe _{10 geschaf,} WHe ₂ a molekulare Protonen Hien ₂ ⁺ ₂ Net ^++, wiert ⁺ an lt ^+. Dës Technik huet och eng neutral Protein Hien ₂ an HgHe ginn.

Plasma

Am Universum kann Moossinstrumenter Helium verdeelt, deenen hir Eegeschafte ënnerscheeden méi aus der molekulare. D'Elektronepueren an protons war net Hausnummeren, an et huet eng Héich elektresch Leit och an engem Liicht Moossinstrumenter Staat. Op gelueden Deelchen ass vum Magnéitfeld an elektresch Felder héich beaflosst. Zum Beispill, sech am Sonnesystem Wand mat Helium Protonen mat de Moossinstrumenter Waasserstoff magnetosphere Äerd, d'Aurora borealis dauernd.

D'Entdeckung vu Suen an der US

No Bueraarbechten an 1903 zu Dexter, Kansas, war et vun Net-flammable Gas kritt. Ufank, war et net bekannt, datt et Helium enthält. Wat Gas gouf fonnt, identifizéiert Staat Erasmus Haworth Geschäftsmann, dee säi Echantillon an der Universitéit vu Kansas via chemists Kedi Gamiltona an David krompáče gesammelt huet fonnt, datt et 72% Stéckstoff enthält, 15% Methan, 1% Waasserstoff an 12% war net identifizéiert. Nom Kierzunge Analyse Ausgaben, fonnt d'Fuerscher dass 1,84% vun der Prouf vun Helium. Sou kennen mer dat chemeschen Element am grousse Quantitéite am Fong vun der Great begënschtegt präsent ass, wou en aus Äerdgas ofgebaut ginn.

industrieller Produktioun

Dëst huet d'USA der Welt d'Produktioun vun Helium Leader gemaach. Um Virschlag vum Sir Richard Threlfall, finanzéiert de US Navy dräi kleng Pilot Planz dës Substanz während dem Éischte Weltkrich ze produzéieren der Talspär Loftballone liicht Net-flammable Levée Gas ze garantéieren. No dësem Programm waren am Ganzen 5700 m ³ 92 pro Cent Hie produzéiert, obwuel dat nëmmen op d'mannst 100 Liter vun Gas kritt huet. Deel vun deem Montant war vun der Welt d'éischt Helium Kollegen mais benotzt de US Navy C-7, déi hir maiden Rees aus Hampton Ponts gemaach (Virginia) um Bolling Field (Washington, DC) 7. Dezember 1921.

Obwuel de Prozess vun niddreg Temperaturen flëssege Gas an där Zäit net genuch während dem Éischte Weltkrich gin bedeitendst entwéckelt war, weider Produktioun. Helium ass meeschtens als opgehuewe Gas an Schëffer benotzt. Nofro fir et huet während dem Zweete Weltkrich grouss wann et mat enger shielded Arc Material benotzt gouf. D'Element huet och grouss Bedeitung an der Schafung vun der atomarer bomb "Manhattan".

US National reservéieren

An 1925, hunn d'USA Regierung der National reservéieren vun Helium zu Amarillo, Texas, militäresch airships zu Zäit vum Krich a kommerziell airships zu Fënnefeck ze bidden. D'Benotzung vun Gas gefall nom Zweete Weltkrich, mä der Bourse an 1950 huet sech ënner anerem fir, et als coolant an der Produktioun vun Sauerstoff-Waasserstoff Dreifgas während der Plaz Course an de Kale Krich benotzt Ëmgeréits. D'Benotzung vun Helium an den USA 1965, aacht Mol méi héich wéi de Biergspëtzten Konsum zu Krichsmaterial.

No der Adoptioun vum Gesetz iwwert Helium 1960 Biergbau Bureau Oder 5 Privatentreprisen d'Element vum Äerdgas ze Extrait. Dëse Programm gouf 425-km si da gebaut dës Planzen mat der Regierung deelweis Gas Terrain bei Amarillo, Texas do ze verbannen. Helium-Stéckstoff Mëschung an ënnerierdesch Stockage Klappen, an do bis et net néideg an et ass.

Vun 1995, war de Volume vum Stock Milliarden Kubikzentimeter Meter zesummebruecht, während d'Schold vun der National Reserve vun 1,4 Milliarden Dollar, déi der US Kongress vun 1996 Suite vun et zu Phase eraus. No der Adoptioun an 1996 vum Gesetz iwwert d'Privatiséierung vun Helium Ministère vun natiirlechen Ressourcen lancéiert eng liquidation Buttek zu 2005.

Propper a Produktioun

Helium produzéiert bis 1945 Joer e Rengheet vu ronn 98% huet, aner 2% waren an der Stéckstoff, datt fir airships genuch ass. An 1945, produzéiert et eng kleng Quantitéit vun 99,9 Prozent vun Gas fir Benotzung vun Arc Schweess. Vun 1949, huet d'Rengheet vum Element 99,995% erreecht.

Fir vill Joer produzéiert den USA méi wéi 90% vun der kommerziell Helium d'Welt. Zanter 2004 war all Joer et geklappt 140 Milliounen m ^3, 85% vun deem vun den USA geschéien, 10% war an fréckelen duerchgefouert, an de Rescht - an Russland an Polen. D'Haaptquellen vun Helium an der Welt sinn natierlech Gas Felder vun Texas, Oklahoma an Kansas.

De Prozess fir Maîtrise

Helium (Puritéit 98,2%) ass aus der liquefaction vun natierleche Gas duerch aner Komponente um Déifsttemperaturen an op héijem Drock erholl. D'adsorption vun aner Gasen gi si ageschalt Kuelestoff der Rengheet vun 99,995% erreechen kann. Eng kleng Quantitéit vun Helium während Loft liquefaction op enger grousser Skala produzéiert. Vun der 900 Tonnen Loft kann iwwer 3,17 Kubikzentimeter Meter kréien. m Gas.

Felder vun Applikatioun

Adel Gas gouf am verschidde Beräicher applizéiert.

• Helium, déi Eegeschafte erlaben Ganz héich Temperatur ze kréien, ass als Killmëttel Agent zu LHC, Grausamkeet superconducting Magnéit apparatuses an nuklear Magnéitfeld Resonanz spectrometers, Satellit Équipement, wéi och fir d'liquefaction vum Sauerstoff a Waasserstoff an Rakéiten "Apollo" benotzt.
• Wéi der Inertgas- fir Schweess Al an anerer. Metaller an der Fabrikatioun vun semiconductors an opteschen Faseren.
• .. Fir Drock am Brennstoff Panzer vun Rakéit ugedriwwen schafen, besonnesch déi op flëssege Waasserstoff, net ze nëmmen Helium Gas Gebees seng Staat Usammlung fonktionnéieren wann Waasserstoff bleift flësseg);
• Hien-Ne Gas lasers sinn benotzt der Barcode- iwwert d'Linn drécke misst Büro an Supermarchéen ze scannen.
• Helium-Ion microscope erlaabt Iech déi beschten Image wéi elektronesch ze kréien.
• Wéinst den héije permeability vum Adel Gas ass benotzt Rëss zum Beispill am Auto Loft-Konditioun Systemer, souwéi rapid llt den Airbag op Kollisioun zu Test,.
• Niddreg Dicht erlaabt dekorativen Bäll mat Helium gefëllt. D'Inertgas- explosive Waasserstoff Gas an airships a Ballonen ersat. Zum Beispill, an Meteorologie, sinn Helium Loftballone benotzt d 'Moossen Instrument ze opgehuewe.
• D'cryogenic coolant ass benotzt, well d'Temperatur vun der chemeschen Element am Minimum méiglech Flëssegket Staat.
• Helium, déi Eegeschafte et déi eng niddereg ofbaubar an Creme (a Blutt), an enger Mëschung mat Sauerstoff Applikatioun an Otmungsproblemer Formuléierungen fir scuba gewisen an Holding Trach Aarbecht fonnt huet.
• Meteoriten a Fielsen sinn fir den Inhalt vun dësem Element analyséiert hirem Alter ze bestëmmen.

Helium: d'Eegeschafte vun der Element

Hien Haaptrei physikalesch Eegeschaften sinn wéi follegt:

• Atomarer Zuel: 2.
• Der relativer Mass vum Helium Atom: 4,0026.
• Melting Punkt: nee.
• Kache Punkt: -268,9 ° C.
• Dicht (1 Geldautomaten, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oxydéiert Staat 0.