Helium: situs, ciri, aplikasi

Helium - gas inert saka klompok 18 tabèl périodik. Iki unsur ènthèng kapindho sawise hidrogen. Helium - gas tanpa werna, mambu lan rasa kang dadi Cairan ing suhu -268,9 ° C. titik didih lan titik beku sawijining luwih murah tinimbang sing saka barang utawa dat dikenal liyane. Iku mung unsur sing ora atos karo cooling ing atmosfer meksa normal. Dheweke banjur pindah menyang negara ngalangi kudu 25 atmosfèré, ing suhu 1 K.

History of ditemokaké

Helium ketemu ing atmosfer gas lingkungan srengenge, astronom Prancis Pierre Zhansenom sing ing taun 1868 sak grahana wis nemokake garis kuning padhang ing spektrum kromosfer solar. Kaping pisanan iki wiwit sing baris iki nggantosi sodium unsur. Ing taun kang padha, astronom Dzhozef Norman Lockyer diamati garis kuning ing spektrum surya, kang ora cocog karo garis sodium dikenal D ₁ lan D _2, lan mulane iku wis jenenge baris D _3. Lockyer bilih bab punika disababaké déning inti ing dingerteni Sun ing bumi. Panjenenganipun lan kimia Edward Frankland ing unsur judhul nggunakake jeneng Yunani 'Helios' Sun.

Ing taun 1895, ahli kimia Inggris Sir Uilyam Ramzay wis mbuktekaken wontenipun helium ing bumi. Piyambakipun pikantuk sampel cleveite mineral uranium-prewangan, lan sawise mrikso gas kawangun sak panas, iku wis ketemu sing garis kuning padhang ing spektrum bertepatan karo baris D _3, diamati ing spektrum surya. Mangkono, unsur anyar iki pungkasanipun diinstal. Ing 1903 Ramsay lan Frederick Soddy ketemu sing helium minangka produk saka bosok spontan saka bahan kimia radioaktif.

Distribusi ing alam

Ing massa saka helium kira 23% saka total massa jagad, lan unsur punika ingkang paling umum ing papan. Iku wis klempakan ing lintang-lintang, ngendi hidrogen kawangun saka campuran asil. Senajan helium ing atmosfer ing konsentrasi saka 1 part 200 th. (5 ppm) lan sing ing jumlah cilik saka mineral radioaktif, kelenjar meteorit, uga sumber mineral, gedhe Jumlah saka unsur sing ditemokaké ing Amerika Serikat (utamané ing Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah, lan Arizona) minangka komponèn (kanggo 7,6%) saka gas alam. Cilik lan sawijining cadangan wis ditemokaké ing Australia, Algeria, Poland, Qatar lan Rusia. Ing konsentrasi lemah ndhuwur helium mung bab 8 ppb.

isotop

Inti saka saben atom helium ngandhut loro proton, nanging, minangka karo unsur liyane, wis isotop. Padha ngemot saka siji enem neutron, supaya nomer massa sing kiro-kiro saka telung wolung. Stabil iki unsur kang bobot ditemtokake dening helium nomer atom 3 ⁽³ He) lan 4 ^(4). Kabeh radioaktif lan kanthi cepet bosok menyang bahan kimia. helium bumi ora part asli planet, iku kawangun minangka asil prosès paluruhan radhioaktif. partikel alfa cemlorot dening inti saka bahan kimia heavy radioaktif sing isotop ⁴ inti. Helium ora nglumpukake ing jumlah gedhe ing atmosfer, amarga gravitasi bumi ora cekap kanggo nyegah saka saya bocor menyang papan. Ngambah ing ³ Panjenenganipun ing donya sing diterangno beta bosok negatif hidrogen langka-3 unsur (tritium). ⁴ Iku sing paling umum saka tengen mangiwa: ⁴ aspek Panjenenganipun atom menyang ³ Panjenenganipun kira 700 ewu kanggo 1 atmosfer lan bab 7 yuta dening 1 ing sawetara mineral-sugih helium ..

Sifat-sifat helium

nggodhok lan leleh titik item iki paling. Menawi mekaten, helium ana minangka gas kejaba ing kahanan nemen. Panjenenganipun gas punika dipun bibaraken ing banyu kurang saka sing saka wae gas liyane, lan ing tingkat saka difusi liwat awak ngalangi iku telu luwih saka saka udhara. indeks bias sawijining saka cedhak cedhak 1.

Konduktivitas termal saka helium punika liyane mung kanggo termal doyo hidrogen, panas tartamtu lan sawijining extraordinarily dhuwur. Ing biasa Suhu iku digawe panas sak expansion, lan ngisor 40 K - digawe adhem. Mulane, ing T <40 K helium bisa diowahi menyang Cairan ngembangaken.

Èlemèn insulator, yen ora ing negara ionized. Karo gas mulia liyane, helium wis tingkat energi metastable sing ngidini kanggo émisi dening discharge elektrik nalika voltase a ngisor potensial ionisasi.

Helium-4 unik ing iku wis rong bab Cairan. Biasanipun disebut helium aku lan ana ing Suhu kiro-kiro saka titik nggodhok 4,21 K (-268,9 ° C) kanggo babagan 2,18 K (-271 ° C). termal doyo ngisor saka 2,18 K ⁴ dadi 1000 kaping luwih saka sing saka tembaga. wangun iki disebut helium II, kanggo mbedakake saka biasa. Wis superfluid: viskositas dadi kurang sing ora bisa diukur. Helium II nyebar menyang film lancip ing lumahing utawa dat kang mrihatinake, lan mili film iki tanpa gesekan malah marang gravitasi.

Kurang KALUBÈRAN helium-3 formulir telung fase Cairan beda, kalih ing antawisipun punika superfluid. Superfluiditas jroning ⁴ ditemokaké déning bangsa fisikawan Soviet Petrom Leonidovichem Kapitsey ing agêng-1930-an, lan kedadean padha ing ³ Piyambakipun kawiwitan weruh dening Douglas D. Osheroff, David M. Lee, lan Robert C. Richardson saka Amerika Serikat ing taun 1972.

A dicampur Cairan saka loro isotop helium-3 lan -4 ing ngisor Suhu 0,8 K (-272.4 ° C) dipérang dadi loro lapisan - lan murni ateges ³ Panjenenganipun lan ⁴ dicampur karo 6% saka helium-3. Pembubaran ³ Panjenenganipun ing ⁴ diiringi èfèk prosès dadi adhem kang digunakake ing struktur cryostat kang suhu helium ngisor 0.01 K (-273,14 ° C) lan maintained kanggo sawetara dina.

sambungan

Ing kahanan normal, helium kimia inert. Ing nemen bisa nyiptakaké unsur senyawa sing ing suhu lan tekanan normal pratondho ora stabil. Contone, helium bisa mbentuk senyawa karo yodium, tungsten, flor, lan fosfor lan belerang, nalika ngalami lan cemlorot discharge electrical utawa dening bombardment elektron ing negara plasma. Mangkono iku digawe HeNe, HgHe _10, WHE ₂ lan ion molekul Panjenenganipun ₂ ⁺ ₂ Ora ^++, heh ⁺ lan Hed ^+. Iki technique uga wis molekul Neutral Panjenenganipun ₂ lan HgHe.

plasma

Ing jagad nguntungaken mbagekke helium ionized, kang sifat beda-beda mesti saka molekul. Elektron lan proton iki ora disambung, lan wis konduktivitas listrik dhuwur banget malah ing negara sebagian émisi. On partikel daya Highly dipengaruhi dening Magnetik kothak lan listrik. Contone, ing angin solar ion helium sesambungan karo ionized hidrogen magnetosphere bumi, nyebabake ing borealis aurora.

Panemon celengan ing AS

Sawise ngebur ing 1903 ing Dexter, Kansas, iki dijupuk dening gas non-flammable. Kaping pisanan, iku ora dikenal sing ngandhut helium. gas kang ketemu, negara dikenali Erasmus Haworth geologist, sing wis diklumpukake conto lan Universitas Kansas liwat kimiawan Kedi Gamiltona lan David McFarland ketemu sing ngandhut 72% nitrogen, 15% metana, 1% hidrogen lan 12% ora dikenali. Sawise mbuwang analisis sakteruse, peneliti ketemu sing 1,84% saka sampel saka helium. Supaya kita ngerti sing unsur kimia iki saiki ing gedhe jumlah ing telenging Plains Agung, ing ngendi iku bisa dijupuk saka gas alam.

produksi industri

Iki wis digawe ing Amerika Serikat produksi donya pimpinan helium. Kanthi saran dening Sir Richard Threlfall, ing Angkatan Laut mbiayai telung tanduran pilot cilik kanggo ngasilaké zat iki nalika Perang Donya kanggo mesthekake balon Lamongan gas ngangkat non-flammable entheng. Miturut program iki padha diprodhuksi ing total 5700 m ³ 92 saben sen Panjenenganipun, senajan iki dijupuk mung paling 100 liter gas. Part of jumlah iki digunakake ing helium ing donya kang kawitan airship ing Angkatan Laut C-7, kang digawe voyage sepisanan saka The Roads (Virginia) ing Bolling Field (Washington, DC) 7 Desember, 1921.

Senajan proses gas cair suhu kurang ing wektu sing ora cekap dikembangaké dadi wujud sak Perang Donya I, produksi terus. Helium iki umume digunakake minangka gas lift ing pesawat. Dikarepake iku wis tambah sak Perang Donya II nalika digunakake karo busar welding shielded. unsur uga wis wigati ing tumitah, bom atom "Manhattan".

cadangan US Nasional

Ing taun 1925, pamaréntah Amerika Serikat digawe ing cadangan National helium ing Amarillo, Texas, kanggo nyedhiyani airships militèr ing wektu perang lan airships komersial ing wekdal tentrem. Panggunaan gas ambruk sawise donya kapindho, nanging Simpenan tambah ing taun 1950 kanggo nyedhiyani, ing antarane bab liyane, iku Penyetor minangka ngademake digunakake ing produksi oksigen-hidrogen propellant sak lomba papan lan Perang Dingin. Panggunaan helium ing Amerika Serikat ing taun 1965, wolung kaping luwih saka konsumsi puncak ing perang.

Sawise Adoption saka hukum ing helium 1960 Bureau Mining Tilas 5 perusahaan swasta kanggo extract unsur saka gas alam. program iki dibangun 425 km pipo kanggo nyambung tetanduran karo lapangan gas pemerintah sebagian kurang near Amarillo, Texas. dicampur Helium-nitrogen pompa menyang lemah panyimpenan, lan tetep ana nganti ora ana perlu ing.

Miturut 1995, volume saka Simpenan iki nglumpuk milyar meter kubik, nalika utang saka National cadangan 1.4 milyar dolar, kang dijaluk Congress US ing 1996 kanggo phase metu saka iku. Dipuntedahaken Adoption ing 1996 saka hukum ing privatisasi helium Ministry of Natural Resources dibukak toko liquidation ing 2005.

Resik lan produksi

Helium diprodhuksi nganti 1945 taun wis kemurnian bab 98%, wong 2% padha ing nitrogen sing cekap kanggo airships. Ing taun 1945, diproduksi karo jumlah cilik saka 99.9 persen saka gas kanggo nggunakake ing busar welding. Ing taun 1949, kemurnian unsur wis ngrambah 99,995%.

Kanggo akèh taun Amerika Serikat diprodhuksi luwih saka 90% saka helium komersial donya. Wiwit 2004, saben taun iku makarya metu 140 yuta m ^3, 85% saka sing dumadi ing Amerika Serikat, 10% iki digawa metu ing Algeria, lan liyane - ing Rusia lan Polandia. Sumber utama helium ing donya sing kothak gas alam saka Texas, Oklahoma lan Kansas.

Proses kanggo nggayuh

Helium (kemurnian 98,2%) wis mbalekake saka liquefaction saka gas alam dening komponen liyane ing kurang Suhu lan ing tekanan dhuwur. The adsorption saka gas digawe adhem karbon aktif bisa entuk kemurnian 99,995%. A jumlah cilik saka helium diprodhuksi sak liquefaction online ing ukuran gedhe. Saka 900 ton saka udhara bisa njaluk babagan 3.17 meter kubik. m gas.

Babagan aplikasi

Gas mulya wis Applied ing macem-macem kothak.

• Helium, kang sifat ngidini diwenehi suhu kurang banget, digunakake minangka agen cooling ing LHC, MRI apparatuses superconducting magnet lan spectrometers resonansi magnetik nuklir, peralatan satelit, uga kanggo liquefaction oksigen lan hidrogen ing pluru "Apollo".
• Minangka gas inert kanggo welding aluminium lan liyane. Metals ing Pabrik semikonduktor lan serat optik.
• .. Nggawe meksa ing tangki bahan bakar mesin roket, utamané sing operasi ing hidrogen cair, t mung gas helium ngreksa negara sawijining pengumpulan nalika hidrogen tetep Cairan);
• He-Ne laser gas digunakake kanggo mindhai kode bar ing box office ing supermarket.
• mikroskop Helium-ion ngijini sampeyan kanggo njaluk gambar saka elektronik.
• Amarga permeabilitas dhuwur saka gas mulia digunakake kanggo nyoba bocor, contone ing mobil sistem air-kahanan, uga Isi cepet ing airbag marang tabrakan.
• Kapadhetan Low ngidini bal hiasan kapenuhan helium. Ing gas inert diganti gas hidrogen mbledhos ing airships lan balon. Contone, météorologi, balon helium digunakake kanggo Angkat instrument ukur.
• The ngademake cryogenic digunakake, wiwit suhu saka unsur kimia ing bisa Cairan minimal.
• Helium, kang sifat nyedhiyani a kerja kurang lan sipat nyampur nyawiji banyu (lan getih), ing dicampur karo oksigen wis ketemu aplikasi ing formulasi ambegan kanggo piranti nyilem nyilem terus karya caisson.
• Meteorit lan rocks sing analisa isi unsur iki kanggo nemtokake sing umur.

Helium: sifat unsur

Panjenenganipun fisik utama iku minangka nderek:

• nomer atom: 2.
• Sing relatif massa saka atom helium: 4,0026.
• titik leleh: ora.
• titik didih: -268,9 ° C.
• Kapadhetan (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• oksidasi negara 0.