Helij spada v skupino žlahtnih plinov. Tekoči helij je najhladnejša tekočina na svetu. V tem agregatnem stanju ima številne edinstvene lastnosti, kot sta superfluidnost in superprevodnost. Več o njegovih lastnostih bomo izvedeli pozneje.
helijev plin
Helij je preprosta snov, široko razširjena v vesolju v plinastem stanju. V periodnem sistemu Mendelejeva je drugi in je takoj za vodikom. Nanaša se na inertne ali žlahtne pline.
Element je označen kot "On". Iz stare grščine njegovo ime pomeni "sonce". Sprva so domnevali, da je kovina. Vendar se je izkazalo, da je to enoatomski plin. Helij je druga najlažja kemikalija in je brez okusa, barve in vonja. Ima najnižje vrelišče.
V normalnih pogojih je idealen plin. Poleg plinastega je sposoben biti v trdnem in tekočem stanju. Njegova inertnost se kaže v neaktivni interakciji z drugimi snovmi. V vodi je praktično netopen. Za industrijske namene se pridobiva iz zemeljskega plina in ga ločuje od nečistoč sz močnim hlajenjem.
Plin je lahko nevaren za ljudi. Povečanje njegove koncentracije v zraku vodi do pomanjkanja kisika v krvi, kar v medicini imenujemo kisikovo stradanje. Ob zaužitju v velikih količinah povzroči bruhanje, izgubo zavesti in včasih smrt.
Utekočinjenje helija
Vsak plin lahko pod določenimi pogoji preide v tekoče agregacijsko stanje. Utekočinjanje se pogosto uporablja v industriji in v znanstvenih raziskavah. Za nekatere snovi je dovolj, da preprosto povečate pritisk. Drugi, kot je helij, postanejo tekoči šele, ko se ohladijo.
Če je temperatura plina nad kritično točko, se ne bo kondenziral, ne glede na tlak. Za helij je kritična točka 5,19 Kelvina, za njegov izotop 3He pa 3,35 K.
Tekoči helij je skoraj popolna tekočina. Zanj je značilna odsotnost površinske napetosti, viskoznosti. Po spremembi tlaka in temperature ostane njegova prostornina enaka. Tekoči helij ima izjemno nizko napetost. Snov je brezbarvna in zelo tekoča.
Lastnosti tekočega helija
V tekočem stanju je helij slabo razločen, ker slabo lomi svetlobne žarke. Pod določenimi pogoji ima lastnosti kvantne tekočine. Zaradi tega pri normalnem tlaku ne kristalizira niti pri temperaturi -273,15 Celzija (absolutna nič). Vse druge znane snovi se pod temi pogoji strdijo.
Temperatura, pri kateri začne tekoči helij vreti, je -268,9 stopinj Celzija. Fizikalne lastnosti njegovih izotopov se zelo razlikujejo. Na primer, helij-4 vre pri 4,215 K.
Je tekočina Bose, za katero so značilni fazni prehodi pri temperaturah 2, 172 Kelvina in nižje. Za fazo He II je značilna superfluidnost in supertermalna prevodnost. Pri temperaturah pod fazo se istočasno pojavita He I in He II, zaradi česar se v tekočini pojavita dve hitrosti zvoka.
Helij-3 je Fermijeva tekočina. Vre pri 3,19 Kelvina. Izotop lahko doseže superfluidnost pri zelo nizkih temperaturah (nekaj milikelvinov), če je med njegovimi delci dovolj privlačnosti.
pretočnost helija
Znanost dolguje preučevanje koncepta superfluidnosti akademikom S. P. Kapitsa in L. D. Landau.
Akademik je zaključil, da po tem, ko temperatura helija pade pod 2.172 K, snov preide iz faze normalnega stanja v popolnoma novo, imenovano helij-II. V tej fazi snov prehaja skozi kapilare in ozke luknje brez najmanjšega trenja. To stanje se imenuje "superfluidnost".
Leta 1941 je Landau L. D. nadaljeval s preučevanjem lastnosti tekočega helija in razvil teorijo superfluidnosti. Pojasnivzel ga je s kvantnimi metodami, pri čemer je uporabil koncept energijskega spektra vzbujanja.
aplikacije s helijem
Element helij je bil odkrit v spektru Sonca leta 1868. Na Zemlji ga je leta 1895 odkril William Ramsay, nato pa so ga dolgo preučevali in ga v gospodarski sferi niso uporabljali. V industrijski dejavnosti so ga začeli uporabljati kot gorivo za zračne ladje med prvo svetovno vojno.
Plin se aktivno uporablja za pakiranje v živilski industriji, pri taljenju kovin. Geologi ga uporabljajo za odkrivanje napak v zemeljski skorji. Tekoči helij se večinoma uporablja kot hladilno sredstvo, ki lahko vzdržuje izjemno nizke temperature. Ta lastnost je potrebna za znanstvene raziskave.
Hladilna tekočina se uporablja v kriogenih električnih strojih, pri skeniranju tunelskih mikroskopov, v napravah medicinskih NMR tomografov, v pospeševalnikih napolnjenih delcev.
Sklep
Helij je inerten ali žlahtni plin, ki kaže nizko aktivnost v interakciji z drugimi snovmi. V periodnem sistemu kemičnih elementov je na drugem mestu, za vodikom. V naravi je snov v plinastem stanju. Pod določenimi pogoji lahko preide v druga stanja agregacije.
Glavna značilnost tekočega helija je njegova pretočnost in nezmožnost kristalizacije pri normalnem tlaku, tudi če temperatura doseže absolutno nič. Lastnosti izotopov snovi niso enake. Njihova kritičnatemperature, njihove pogoje vrelišča in vrtenja njihovih delcev.
