Lichidul heliu: trăsături și proprietăți ale materiei

Heliul face parte din grupul de gaze nobile. Lichidul heliu este cel mai rece lichid din lume. În această stare de agregare, are o serie de caracteristici unice, cum ar fi superfluiditatea și superconductivitatea. Mai multe detalii despre proprietățile pe care le învățăm mai târziu.

Gaz de heliu

Heliul este o substanță simplă, larg răspândită în univers în stare gazoasă. În tabelul periodic al lui Mendeleev este al doilea și stă imediat după hidrogen. Se referă la gaze inerte sau nobile.

Elementul este desemnat ca "El". Din limba greacă veche, numele său înseamnă "Soare". La început se presupunea că era metal. Cu toate acestea, sa dovedit că acesta este un gaz monatomic. Heliul este al doilea substanță chimică prin lumina sa, nu are gust, culoare și miros. Are punctul cel mai scăzut de fierbere.

În condiții normale, este un gaz ideal. În plus față de gazos, este capabil să fie într-o stare solidă și lichidă. Inerția sa se manifestă prin interacțiunea inactivă cu alte substanțe. Practic, nu se dizolvă în apă. În scopuri industriale, acesta este extras din gazele naturale, separându-l de impurități prin răcirea puternică.

Gazul poate fi periculos pentru oameni. O creștere a concentrației sale în aer duce la o lipsă de oxigen din sânge, care în medicină este numită foame de oxigen. Intră în organism în cantități mari, provoacă vărsături, pierderea conștiinței și, uneori, moartea.

Lichefierea heliului

Orice gaz poate trece într-o stare agregată lichid în anumite condiții. Lichefierea este frecvent utilizată în industrie, precum și în cercetarea științifică. Pentru unele substanțe, este suficient să măriți presiunea. Altele, cum ar fi heliul, sunt în stare lichidă numai după răcire.

Dacă temperatura gazului este mai mare decât punctul critic, atunci nu condensează, indiferent de presiune. Pentru heliu, punctul critic este temperatura Kelvin 5, 19, pentru izotopul 3He este de 3,35 K.

Lichidul heliu este practic un lichid ideal. Se caracterizează prin absența tensiunii superficiale, a vâscozității. După schimbarea presiunii și a temperaturii, volumul său rămâne același. Lichidul heliu are o tensiune extrem de scăzută. Substanța este incoloră și foarte curgătoare.

Proprietățile heliului lichid

În stare lichidă, heliul este greu de distins, deoarece refractă slab razele de lumină. În anumite condiții, are proprietățile unui lichid cuantic. Datorită acestui fapt, la presiune normală, nu se cristalizează nici măcar la o temperatură minus-273,15 Celsius (zero absolută). Toate celelalte substanțe cunoscute se întăresc în aceste condiții.

Temperatura heliului lichid la care începe să fiarbă este -268,9 grade Celsius. Proprietățile fizice ale izotopilor săi variază considerabil. Astfel, heliul-4 se fierbe la o temperatură de 4,215 K.

Este un lichid Bose, care se caracterizează prin tranziții de fază la o temperatură de 2.172 Kelvin și mai jos. Faza He II este caracterizată prin superfluiditate și conductivitate supertermală. La o temperatură sub fazele He I și He II apar simultan, ca urmare a apariției a două viteze de sunet în lichid.

Helium-3 este un lichid Fermi. Se fierbe la o temperatură de 3,19 Kelvin. Izotopul este capabil să atingă superfluiditatea numai la temperaturi foarte scăzute (câteva millikelvin), când apare o atracție suficientă între particulele sale.

Superfluiditatea heliului

Studiul conceptului de știință datorează Academicienii Kapitsa belșug, SP și LD Landau studierea proprietăților de heliu lichid, în 1938, Serghei Kapitsa a spus că se apropie de zero absolut, fluidul își pierde vâscozitatea, mai degrabă decât să se întărească.

Academicianul a concluzionat că, după ce temperatura heliului a scăzut sub 2,172 K, substanța a trecut de la faza de stare normală la un nou nou, numit heliu-II. În această fază, substanța trece prin capilare și deschideri înguste fără cea mai mică frecare. Această stare este numită "superfluiditate".

În 1941 Landau L. D. a continuat să studieze proprietățile heliului lichid și a dezvoltat o teorie a superfluidității. Explicați-l, a luat metodele cuantice, aplicând conceptul de spectru energetic al excitațiilor.

Aplicarea heliului

Elementul de heliu a fost descoperit în spectrul soarelui în 1868. Pe Pământ, el a fost descoperit de William Ramsay în 1895, după care a fost studiat de mult timp și nu a fost folosit în sfera economică. În activitatea industrială a fost folosit drept combustibil pentru dirijabile în timpul primului război mondial.

Gazul este utilizat în mod activ pentru ambalarea în industria alimentară, în topirea metalelor. Geologii îl folosesc pentru a detecta defectele în scoarța pământului. Lichidul heliu este utilizat în principal ca agent frigorific capabil să mențină temperaturi extrem de scăzute. Această proprietate este necesară pentru cercetarea științifică.

Lichidul de răcire este utilizat în mașinile criogenice electrice, în scanarea microscoapelor de tunel, în dispozitivele medicale ale scanerelor RMN, în acceleratoare ale particulelor încărcate.

concluzie

Heliu este un gaz inert sau nobil, care prezintă activitate scăzută în interacțiunea cu alte substanțe. În sistemul periodic de elemente chimice, se află pe locul al doilea, dând naștere la hidrogen. În natură, substanța este în stare gazoasă. În anumite condiții, se poate transfera în alte state agregate.

Principala caracteristică a heliului lichid este superfluiditatea acestuia și nu capacitatea de a cristaliza la presiune normală, chiar dacă temperatura ajunge la zero absolută. Proprietățile izotopilor substanței nu sunt aceleași. Temperaturile lor critice, condițiile lor de fierbere, precum și valorile de spin ale particulelor lor diferă.