Helyum, özellikleri, özellikleri, uygulama

Helyum - periyodik tablonun grup 18 atıl gaz. Bu hidrojen sonra ikinci hafif elemanıdır. Helyum - renk, koku ve tat olmaksızın gaz -268,9 ° C arasındaki bir sıcaklıkta sıvı hale gelir kaynama noktası ve donma noktası bilinen herhangi bir başka madde daha düşüktür. Normal atmosferik basınçta soğutularak katılaşmaya olmayan tek bir elemandır. O 1 K arasındaki bir sıcaklıkta, 25 atmosfer olmalıdır katı halde taşınır

keşif Tarihçesi

Helyum güneş çevreleyen bir gaz atmosferinde bulunmuştur, 1868 yılında bir tutulma sırasında güneş kromosferin spektrumunda parlak sarı bir çizgi Fransız ASTRONOMU Pierre Zhansenom bulduğunu. Başlangıçta, bu hat elemanı sodyum temsil ettiği varsayılmıştır. Aynı yıl, İngiliz astronom Dzhozef Norman Lockyer bilinen sodyum hatlarına karşılık vermedi güneş spektrumu, sarı bir çizgi görülmektedir ₁ D ve _D2, ve bu nedenle bunu bir çizgi D ₃ olarak _{adlandırılır.} Lockyer Dünya'da Güneş bilinmeyen bir maddenin neden olduğu sonucuna vardı. O ve Yunan adı 'Helios' Paz kullanarak başlık elemanda kimyager Edward Frankland

1895 yılında İngiliz kimyager Sir Uilyam Ramzay yeryüzündeki helyum varlığını kanıtlamıştır. O, örnek kleveyit uranyum taşıyan mineral alınan ve ısıtma sırasında oluşan gazların inceledikten sonra, spektrumda, parlak sarı bir hat güneş spektrumunda gözlenen-D çizgisi _3, denk olduğu bulunmuştur. Böylece, yeni bir unsur nihayet yüklendi. 1903 yılında Ramsay ve Frederick Soddy helyum radyoaktif maddelerin kendiliğinden bozunma ürünü olduğu bulunmuştur.

Doğada Dağılımı

helyum kütle evrenin toplam kütlesinin yaklaşık% 23, ve şekilli eleman en ikinci yaygındır. Hidrojen Elde edilen füzyon oluşturulur yıldızlı, konsantre edilir. atmosferde helyum. 200 inci 1 parçanın bir konsantrasyonda (5 ppm) ve radyoaktif mineraller, göktaşı bezi yanı sıra maden kaynakları, özellikle Teksas, New ABD'de (bulunan elemanın büyük miktarda küçük miktarlarda içerdiği rağmen Mexico City doğalgaz bileşeni olarak (% 7.6, Kansas, Oklahoma, Utah ve Arizona)). Küçük ve rezervleri Avustralya, Cezayir, Polonya, Katar ve Rusya'da keşfedildi. Kabuk helyum konsantrasyonu sadece yaklaşık 8 ppb.

izotoplar

helyum atomunun her biri çekirdek diğer elemanlar gibi, bu izotopları yer alır, iki protonu içerir, ancak. Onlar bir ile altı nötron içerirler, bu nedenle onların kitle numaraları üçten sekize kadar. Bu stabil olan ağırlık helyum atom numarası 3 ⁽³ O) ve 4 ⁽⁴ O) ile tespit edilir elemanlardır. Hızla tüm diğer radyoaktif ve diğer maddelerin içine bozunur. Dünya'nın helyum gezegenin orijinal bir parçası değildir, bu radyoaktif bozunma sonucu oluşmuştur. Radyoaktif ağır maddelerin çekirdekleri tarafından yayılan alfa partikülleri ⁴ O çekirdeği izotop edilir. Dünya'nın yerçekimi kademeli uzaya sızmasını önlemek için yeterli değildir, çünkü Helyum, atmosferde bol miktarda birikmez. Dünyada ³ He izleri negatif Beta çürümesi hidrojen nadir-3 elemanını (trityum) açıklanmıştır. ⁴ O stabil izotoplarının en yaygın: He ⁴ oranında Yaklaşık 700 bin, 1 atmosfere ve yaklaşık 7 milyon 1, bazı helyum zengin mineral içinde ³ doğru atomları ..

Helyum fiziksel özellikleri

Bu ürünün kaynama ve erime noktası düşük bulunmaktadır. Bu nedenle, helyum zorlu koşullar haricinde bir gaz olarak var. O, gaz daha az herhangi bir başka gaz daha su içinde çözülür ve katı gövdenin difüzyon oranı hava üç kat daha fazladır. En yakın Onun kırılma indisi 1 yaklaşır.

helyum termal iletkenliği, sadece hidrojen ısı iletkenliği, belirli bir ısı ve olağanüstü yüksek ikinci. sıradan sıcaklıklarda genleşme sırasında ısıtılır ve K 40 altında - soğutulmuştur. Bu nedenle, T <40 K helyum genişleterek bir sıvı içine dönüştürülebilir.

iyonize halinde değilse eleman, bir izolatördür. diğer soy gazlar olduğu gibi, helyum bir voltaj iyonizasyon potansiyeli düşük olduğunda, bir elektrik deşarjı ile iyonize izin yarı kararlı bir enerji seviyesine sahiptir.

Helyum-4 iki sıvı formlar sahip olmasıyla benzersizdir. Olağan olarak adlandırılan helyum I ve 4.21 K kaynama noktası arasında değişen sıcaklıklarda bulunan (-268,9 ° C) ila yaklaşık 2,18 K (-271 ° C). 2,18 K ⁴ alt ısı iletkenliği O bakırın 1000 kat daha büyük olur. Bu form sıradan ayırmak için, helyum II olarak adlandırılır. Bu süperakıskan etti: viskozite o ölçülemez o kadar düşüktür. Helyum II ilgilidir herhangi bir madde yüzeyi üzerinde ince bir film halinde yayılır ve bu film yerçekimine karşı sürtünme olmadan akar.

Daha az bol helyum-3 süperakıskan bunlardan ikisi, üç farklı sıvı faz oluşturur. O Sovyet fizikçi tarafından keşfedildi ^4'te süperakışkanlık Petrom Leonidovichem Kapitsey 1930'ların ortalarında ve O ilk 1972 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nin Douglas D. Osheroff David M. Lee, ve Robert C. Richardson tarafından fark edildi ^3'te aynı fenomen.

iki izotoplar helyum-3'ün bir sıvı karışımı -4 0.8 K (-272,4 ° C) altındaki sıcaklıklarda iki tabakaya ayrılır - ^3, esas olarak saf O ve helyum-3, 6 ile% ⁴ O karışımı. ³ He çözünmesi ^4'te O (° C -273,14) helyum sıcaklığının 0.01 K olduğu kriyostat yapılarda kullanılan soğutma etkisi göstermektedir ve bir kaç gün için muhafaza edilmiştir.

bağlantıları

Normal koşullar altında, helyum kimyasal olarak inerttir. aşırı normal sıcaklık ve basınç göstergeleri de sabit değildir bir bileşik elemanı oluşturabilir. bir elektrik ışıltılı tahliye ya da plazma durumuna elektron bombardımanı ile maruz Örneğin, helyum, iyot, tungsten, flor, fosfor ve kükürt içeren bileşikler oluşturabilir. Böylece HeNe, HgHe _10, WHE ₂ ve moleküler iyonlar O ₂ ⁺ ₂ değil ^{++ HeH +} ve HED ^{+ oluşturuldu.} Bu teknik, ayrıca, bir nötr molekülü O ₂ ve HgHe olmuştur.

plazma

Evrenin avantajlı olan özellikleri, molekül ölçüde farklılık iyonize helyum, dağıtılmış. elektronları ve protonlarının bağlı değildir, ve bu da kısmen iyonize halde çok yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir. yüklü parçacıklar üzerinde yüksek oranda manyetik ve elektrik alanların etkilenir. Örneğin, helyum iyonları ile rüzgâr içinde auroranın neden iyonize hidrojen manyetosfer toprak ile etkileşime girer.

ABD'de mevduat keşif

Dexter, Kansas 1903 delindikten sonra, yanıcı olmayan gaz ile elde edilmiştir. Başlangıçta, bu helyum içerdiğini bilinmiyordu. bulundu Hangi gaz, onun örnekleri ve kimyagerler Kedi Gamiltona ve David McFarland aracılığıyla Kansas Üniversitesi topladığı tespit durum Erasmus Haworth jeolog, bu% 72 azot,% 15 metan,% 1 hidrojen içerir ve% 12 tespit edilmediğini gördük. müteakip analiz geçirdikten sonra, araştırmacılar helyum numunenin o 1.84% bulundu. Bu yüzden bu kimyasal element doğal gazdan elde edilebilir Great Plains, derinliklerinde bol miktarda mevcut olduğunu biliyoruz.

sanayi üretimi

Bu Amerika Birleşik Devletleri helyum liderinin dünyanın üretim yapmıştır. Sir Richard Threlfall tarafından öneri, ABD Deniz Kuvvetleri baraj balonlar hafif yanmaz kaldırma gazı sağlamak için Birinci Dünya Savaşı sırasında bu maddeyi üretmek için üç küçük pilot tesisini finanse etti. Bu gaz sadece en az 100 litre elde edildi, ancak bu programa göre, 5700 ^m3 92 yüzde He toplam üretildi. Bu miktarın bir kısmı dünyanın ilk helyum zeplin kullanılmıştır ABD Donanma Hampton Roads ilk turuna yapılan C-7, (Virginia) Bolling Field (Washington, DC) 7 Aralık 1921.

o zaman düşük sıcaklıkta sıvı gazın süreç yeterince Birinci Dünya Savaşı sırasında önemli olduğu gelişmemiş olmasına rağmen, üretim devam etti. Helyum, genel olarak uçakta bir asansör gaz olarak kullanılır. Bir korumalı ark kaynağı ile kullanıldığı zaman bunun için talep İkinci Dünya Savaşı sırasında arttı. eleman da atom bombası "Manhattan" oluşturulması büyük önem taşımaktadır.

ABD Ulusal rezerv

1925 yılında, Amerika Birleşik Devletleri hükümeti savaş ve barış zamanında ticari havagemilerinin zamanında askeri hava gemileri temin etmek, Amarillo, Teksas helyum Milli rezervi oluşturdu. gazın kullanımının İkinci Dünya sonra düştü, ancak stok diğer şeyler arasında, bu uzay yarışı ve Soğuk Savaş döneminde oksijen hidrojen itici üretiminde kullanılan bir soğutucu olarak besler, temin etmek 1950 yılında çıkarıldı. 1965 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde helyum kullanımı savaş zamanında zirve tüketimi sekiz kat daha yüksek.

helyum 1960 Maden Bürosu Streak 5 özel şirketler yasasının kabul edilmesinden sonra doğal gazdan eleman çıkarmak için. Bu program Amarillo, Teksas 'Hükümet kısmen tüketilmiş gaz alanıyla bu bitkilerin bağlamak için 425 kilometrelik boru hattı inşa edilmiştir. Helyum-azot karışımı, yeraltı depolama pompalanır, ve hiçbir gerek yoktur kadar orada kalmıştır.

1995 olarak, stok hacmi, milyar metreküp monte edilmiş bunun çıkartmaya 1996 yılında ABD Kongresi istenir 1,4 milyar dolarlık Ulusal yedeğinin, borç iken. Tabii Kaynaklar helyum Bakanlık özelleştirilmesine ilişkin yasa 1996 yılında kabul edilmesinin ardından 2005 yılında tasfiye mağaza başlattı.

Temiz ve üretim

1945 yılı yaklaşık% 98 bir saflığa sahip oluncaya kadar Helyum üretilen, diğerleri% 2 hava gemileri için yeterli nitrojen içinde idi. 1945 yılında, bu ark kaynağında kullanılmak için gaz yüzde 99.9 az miktarda üretilir. 1949'larda, elde edilen elemanın saflığı 99,995% ulaşmıştır.

Uzun yıllar boyunca ABD dünyanın ticari helyum% 90'ından fazlasını üretti. Rusya ve Polonya'da - 2004 yılından bu yana her yıl bu 140 milyon ABD,% 10 Cezayir gerçekleştirildi meydana% 85 olan m ^3, ve gerisini ortaya çıkıyordu. Dünyada helyum ana kaynakları Teksas, Oklahoma ve Kansas doğalgaz alanlardır.

elde edilmesi için işlem

Helyum (saflık% 98.2), düşük sıcaklıklarda, diğer bileşenler ve yüksek basınçlarda doğal gazın sıvılaştırılması geri kazanılır. diğer gazların adsorpsiyon karbon 99.995 saflık oranı% elde edebilirsiniz aktive soğutuldu. helyum küçük bir miktarı büyük ölçüde hava, sıvılaştırma esnasında üretti. Havanın 900 ton yaklaşık 3.17 metreküp alabilirsiniz. m, gaz.

Uygulama alanları

Asal gaz çeşitli alanlarda uygulanmıştır.

• özellikleri çok düşük sıcaklık elde edilmesine olanak Helyum, yanı sıra füze oksijen ve hidrojenin sıvılaştırılması "Apollo" için, LHC'den, MR süper iletken mıknatıs cihazları ve nükleer manyetik rezonans spektrometre, uydu ekipmanında bir soğutucu ajan olarak kullanılır.
• alüminyum ve diğer kaynak inert gaz olarak. yarı iletkenler ve optik fiberlerin üretiminde metaller.
• hidrojen, sıvı kaldığında .. roket motorları, yakıt tanklarında basınç oluşturmak için, özellikle de sadece helyum gazı t, sıvı hidrojen ile çalışan olanlar) agregasyon durumunu korur;
• He-Ne gaz lazerleri süpermarketlerde gişede üzerinde barkod tarama için kullanılır.
• Helyum-iyon mikroskobu elektronik daha iyi görüntü almanızı sağlar.
• Nedeniyle asil gazın yüksek geçirgenliği araç klima sistemlerinde örneğin, sızıntıları sınamak, hem de hızlı bir biçimde doldurulması olarak çarpışma üzerine hava yastığı için kullanılır.
• Düşük yoğunluklu helyum dolu dekoratif topları sağlar. inert gaz hava gemileri ve balonlar patlayıcı hidrojen gazı değiştirilir. Örneğin, meteoroloji, helyum balonlar ölçüm aleti kaldırmak için kullanılır.
• Kriyojenik soğutma minimum sıvı halde kimyasal elementin sıcaklığı, çünkü kullanılır.
• özellikleri, oksijen ile bir karışım içinde, düşük reaktivite ve suda çözünürlük (ve kan), dalış solunum formülasyonlarda uygulama ve keson iş tutma bulmuştur bunu sağlamak Helyum.
• Meteorlar ve kayalar yaşlarını belirlemek için bu elemanın içeriği için analiz edilir.

Helyum: elementin özelliklerinin

O şöyle başlıca fiziksel özellikleri şunlardır:

• Atom numarası: 2.
• Helyum atomu göreli kütle: 4,0026.
• Erime noktası: hayır.
• Kaynama noktası: -268,9 ° C
• Yoğunluk (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidasyon durumundaki 0.