Вадкі гелій: асаблівасці і ўласцівасці рэчывы

Гелій ставіцца да групы высакародных газаў. Вадкі гелій з'яўляецца самай халоднай вадкасцю ў свеце. У гэтым агрэгатным стане ён валодае побач унікальных асаблівасцяў, такіх як звышцякучасці і звышправоднасць. Больш падрабязна пра яго ўласцівасці мы даведаемся далей.

газ гелій

Гелій - простае рэчыва, шырока распаўсюджанае ў Сусвеце ў газападобным стане. У перыядычным табліцы Мендзялеева ён другі і стаіць адразу пасля вадароду. Ён ставіцца да інэртным або высакародным газам.

Элемент пазначаецца як «He». З старажытнагрэцкай мовы яго назва азначае «Сонца». Спачатку меркавалася, што гэта метал. Аднак аказалася, што гэта аднаатамнага газ. Гелій з'яўляецца другім хімічным рэчывам па лёгкасці, ён не валодае густам, колерам і пахам. Мае самую нізкую тэмпературу кіпення.

У нармальных умовах ён з'яўляецца ідэальным газам. Акрамя газападобнага, ён здольны знаходзіцца ў цвёрдым і вадкім стане. Яго інэртнасць праяўляецца ў малаактыўны ўзаемадзеянні з іншымі рэчывамі. Ён практычна не раствараецца ў вадзе. У прамысловых мэтах яго здабываюць з прыроднага газу, адлучаючы ад прымешак з дапамогай моцнага астуджэння.

Газ можа быць небяспечным для чалавека. Павелічэнне яго канцэнтрацыі ў паветры прыводзіць да недахопу кіслароду ў крыві, што ў медыцыне называецца кіслародным галаданнем. Трапляючы ў арганізм у вялікіх колькасцях, ён выклікае ваніты, страту прытомнасці, а часам і смерць.

звадкаванні гелія

Любы газ можа перайсці ў вадкае агрэгатны стан пры выкананні пэўных умоў. Звадкаванні звычайна выкарыстоўваецца ў прамысловасці, а таксама ў навуковых даследаваннях. Для адных рэчываў дастаткова проста падвысіць ціск. Іншыя, такія як гелій, у вадкім стане аказваюцца толькі пасля астуджэння.

Калі тэмпература газу вышэй крытычнай кропкі, то ён не сконденсируется, якім бы ні было ціск. Для гелія крытычнай кропкай з'яўляецца тэмпература 5, 19 Кельвіна, для яго ізатопа 3He яна складае 3,35 К.

Вадкі гелій з'яўляецца практычна ідэальнай вадкасцю. Для яе характэрна адсутнасць павярхоўнага нацяжэння, глейкасці. Пасля змены ціску і тэмпературы, яе аб'ём застаецца ранейшым. Вадкі гелій валодае вельмі нізкім нацяжэннем. Рэчыва з'яўляецца бескаляровым і моцна цякучым.

Ўласцівасці вадкага гелія

У вадкім стане гелій дрэнна адрозны, бо слаба праламляе светлавыя прамяні. У пэўных умовах ён валодае ўласцівасцямі квантавай вадкасці. Дзякуючы гэтаму пры нармальным ціску ён не крышталізуецца нават пры тэмпературы -273,15 па Цэльсію (абсалютны нуль). Усе астатнія вядомыя рэчывы дубянеюць ў такіх умовах.

Тэмпература вадкага гелія, пры якой ён пачынае закіпаць, складае -268,9 градусаў Цэльсія. Фізічныя ўласцівасці яго ізатопаў значна адрозніваюцца. Так, гелій-4 закіпае пры тэмпературы 4,215 К.

Ён уяўляе сабой базэ-вадкасць, для якой характэрныя фазавыя пераходы пры тэмпературы 2,172 Кельвінаў і ніжэй. Фаза Ня II характарызуецца звышцякучасці і сверхтеплопроводимостью. Пры тэмпературы ніжэй фазы Ня I і Ня II адбываюцца адначасова, за кошт чаго ў вадкасці з'яўляецца дзве хуткасці гуку.

Гелій-3 з'яўляецца Фермі-вадкасцю. Ён закіпае пры тэмпературы 3,19 Кельвінаў. Ізатоп здольны дасягаць звышцякучасці толькі пры вельмі нізкіх тэмпературах (некалькі милликельвинов), калі паміж яго часціцамі з'яўляецца дастатковую прыцягненне.

звышцякучасці гелія

Вывучэнню паняцця звышцякучасці навука абавязаная Акадэмік Капіца С. П. і Ландау Л. Д. Вывучаючы ўласцівасці вадкага гелія ў 1938 годзе, Сяргей Капіца заўважыў, што набліжаючыся да абсалютнага нуля, вадкасць губляе глейкасць, замест таго каб зацвярдзець.

Акадэмік заключыў, што пасля таго, як тэмпература гелія апускаецца ніжэй 2,172 Да, рэчыва пераходзіць ад фазы нармальнага стану да абсалютна новага, названага гелій-II. У гэтай фазе рэчыва праходзіць праз капіляры і вузкія адтуліны без найменшага трэння. Такі стан і атрымала назву «звышцякучасці».

У 1941 году Ландау Л. Д. працягнуў вывучаць ўласцівасці вадкага гелія і распрацаваў тэорыю звышцякучасці. Тлумачыць яе ён узяўся квантавымі метадамі, ужыўшы паняцце энергетычнага спектру пажаднасці.

прымяненне гелія

Элемент гелій быў адкрыты ў спектры Сонца ў 1868 годзе. На Зямлі ён быў знойдзены Уільямам Рамзан 1895 годзе, пасля чаго доўгі час вывучаўся і не прымяняўся ў гаспадарчай сферы. У прамысловай дзейнасці яго сталі ўжываць у якасці паліва для дырыжабляў ў перыяд Першай сусветнай вайны.

Газ актыўна ўжываецца для упаковак у харчовай прамысловасці, пры выплаўленні металаў. Геолагі выкарыстоўваюць яго для выяўлення разломаў зямной кары. Вадкі гелій у асноўным ужываецца як халадзільным агент, здольны падтрымліваць звышнізкія тэмпературы. Гэта яго ўласцівасць неабходна пры правядзенні навуковых даследаванняў.

Вадкасць-ахаладжальнік ўжываецца ў крыягенных электрычных машынах, у сканавальных тунэльных мікраскопах, у прыладах медыцынскіх ЯМР-томографов, у паскаральніках зараджаных часціц.

заключэнне

Гелій - інэртны або высакародны газ, які праяўляе нізкую актыўнасць ва ўзаемадзеянні з іншымі рэчывамі. У перыядычнай сістэме хімічных элементаў ён стаіць на другім месцы, саступаючы вадароду. У прыродзе рэчыва знаходзіцца ў газападобным стане. Пры пэўных умовах яно можа пераходзіць у іншыя агрэгатныя станы.

Асноўная асаблівасць вадкага гелія - яго звышцякучасці і няздольнасць крышталізавацца пры нармальным ціску, нават калі тэмпература дасягае абсалютнага нуля. Ўласцівасці ізатопаў рэчывы неаднолькавыя. Адрозніваюцца іх крытычныя тэмпературы, умовы іх кіпення, а таксама значэнні спіна іх часціц.