هلیم: خواص، ویژگی ها، نرم افزار

هلیم - گاز بی اثر از گروه 18 جدول تناوبی. این دومین سبک ترین عنصر بعد از هیدروژن است. هلیم - گاز بدون رنگ، بو و طعم که در دمای -268.9 درجه سانتی گراد مایع در می آید نقطه جوش و نقطه انجماد آن پایین تر از هر مواد شناخته شده. این تنها عنصری است که با خنک کننده در فشار نرمال اتمسفر سفت است. او به حالت جامد منتقل باید 25 اتمسفر باشد، در دمای 1 K.

تاریخچه کشف

هلیم در جو گاز اطراف خورشید پیدا شد، ستاره شناس فرانسوی پیر Zhansenom که در سال 1868 در طی یک خورشیدگرفتگی یک خط زرد روشن در طیف کرومسفر خورشیدی پیدا کرده است. در ابتدا تصور می شد که این خط نشان دهنده سدیم عنصر. در همان سال، ستاره شناس انگلیسی، Dzhozef نورمن لاکیر یک خط زرد رنگ در طیف های خورشیدی، که به خطوط سدیم شناخته شده مطابقت دارد مشاهده D ₁ و D _{2 و} به همین دلیل آن را به نام یک خط D _3. لاکیر این نتیجه رسیدند که با ماده ای در ناشناخته یکشنبه بر روی زمین ایجاد می شود. او و مواد شیمیایی ادوارد فرانکلند در عنصر title است با استفاده از نام یونانی هلیوس، یکشنبه

در سال 1895، شیمیدان انگلیسی سر Uilyam Ramzay وجود هلیم را در زمین ثابت شده است. او دریافت نمونه کلویت مواد معدنی اورانیوم و پس از بررسی گازهای تشکیل شده در طول گرمایش، مشخص شده است که خط زرد روشن در طیف همزمان با خط D _3، مشاهده شده در طیف خورشیدی. بنابراین، یک عنصر جدید در نهایت نصب شد. در سال 1903 Ramsay و فردریک سودی در بر داشت که هلیوم یک محصول از فروپاشی خود به خود از مواد رادیو اکتیو است.

توزیع در طبیعت

جرم هلیوم حدود 23 درصد از جرم کل جهان است، و عنصر دوم شایع ترین در فضا است. این است که در ستاره ها، که در آن هیدروژن از همجوشی هستهای تشکیل متمرکز شده است. اگر چه هلیم در جو در غلظت 1 بخشی از آن به 200 ام است. (5 پی پی ام) است و در مقدار کمی از مواد معدنی رادیواکتیو، غده شهاب سنگ، و همچنین به عنوان منابع معدنی، مقادیر زیادی از این عنصر یافت شده در ایالات متحده آمریکا (به ویژه در تگزاس، جدید موجود مکزیکو سیتی، کانزاس، اوکلاهما، یوتا و آریزونا) به عنوان جزء (7.6٪) گاز طبیعی است. کوچک و ذخایر آن در استرالیا، الجزایر، لهستان، قطر و روسیه کشف شده است. در غلظت پوسته هلیوم تنها حدود 8 ppb است.

ایزوتوپ

هسته هر اتم هلیوم شامل دو پروتون، اما، به عنوان با عناصر دیگر، این ایزوتوپ دارد. آنها از یک تا شش نوترون باشد، بنابراین عدد جرمی خود اعم 3-8. پایدار از این عناصر که وزن است هلیوم عدد اتمی 3 ⁽³ او) و 4 ⁽⁴ او) تعیین می شود. همه دیگر رادیواکتیو و به دندان ها به سایر مواد. هلیم زمین است یک بخش اصلی از این سیاره نیست، آن را به عنوان یک نتیجه از تجزیه رادیواکتیو تشکیل شد. ذرات آلفا، ذرات ساطع شده از هسته از مواد سنگین رادیواکتیو ایزوتوپ ⁴ او هسته. هلیم در مقادیر زیاد در جو جمع نیست، زیرا گرانش زمین است برای جلوگیری از نشت به تدریج به فضا کافی نیست. اثری از ³ او در جهان هستند توضیح داد فروپاشی بتا منفی هیدروژن نادر-3 عنصر (تریتیوم). ⁴ او از رایج ترین ایزوتوپ پایدار است: ⁴ نسبت او اتم به سمت ³ او حدود 700 هزار تا 1 اتمسفر و در حدود 7 میلیون 1 در برخی مواد معدنی غنی از هلیم ..

خواص فیزیکی هلیم

جوش و نقطه ذوب از این آیتم کمترین هستند. به همین دلیل، هلیوم به عنوان یک گاز به جز در شرایط شدید وجود دارد. گاز او در آب حل شده کمتر از هیچ گاز دیگری، و نرخ انتشار از طریق جسم جامد سه برابر بیشتر از هوا می باشد. ضریب شکست آن از نزدیک ترین نزدیک 1.

هدایت حرارتی از هلیوم تنها به هیدروژن هدایت حرارتی، گرمای ویژه و آن فوق العاده بالا ثانیه است. در دماهای معمولی آن در طول گسترش است گرم می شود، و در زیر 40 K - سرد می شود. بنابراین، در T <40 K هلیوم را می توان به یک مایع با گسترش تبدیل شده است.

عنصر یک عایق است، اگر در حالت یونیزه است. همانطور که با دیگر گازهای نجیب هلیم دارای سطح انرژی شبه پایدار که اجازه می دهد آن را به توسط تخلیه الکتریکی یونیزه هنگامی که یک ولتاژ است که در زیر پتانسیل یونیزاسیون است.

از He-4 است که در آن به دو شکل مایع منحصر به فرد است. معمول به نام هلیوم من و در دماهای مختلف از نقطه جوش 4.21 K وجود دارد (-268،9 درجه سانتی گراد) به حدود 2،18 K (-271 ° C). هدایت حرارتی کمتر از 2،18 K ⁴ او 1000 بار بیشتر از مس است. این فرم به نام هلیم II، آن را متمایز از عادی. این ابرشاره است: ویسکوزیته بسیار پایین است که نمی توان آن را اندازه گیری می شود. هلیم II گسترش می یابد به یک فیلم نازک بر روی سطح از هر ماده که مربوط می شود، و این فیلم بدون اصطکاک حتی در برابر جاذبه روان است.

کمتر فراوان هلیوم 3 شکل می سه فاز مختلف مایع، که دو نفر از ابرشاره هستند. ابرشارگی در ⁴ او توسط فیزیکدان شوروی کشف شد PETROM Leonidovichem Kapitsey در اواسط 1930s، و پدیده مشابهی در ³ او برای اولین بار توسط داگلاس D. Osheroff، دیوید م لی و رابرت ریچاردسون از ایالات متحده در سال 1972 مورد توجه قرار گرفت.

مخلوطی مایع از دو ایزوتوپ He-3 و -4 در دمای زیر 0.8 K (-272.4 درجه سانتی گراد) است به دو لایه تقسیم - یک اصل خالص ³ او و ⁴ مخلوط او با 6 درصد از هلیوم 3. انحلال ³ او در ⁴ او توسط اثر خنک کننده است که در ساختارهای سرماپا استفاده که در آن دمای هلیوم زیر 0.01 K است همراه (-273،14 درجه سانتی گراد) و نگهداری به مدت چند روز.

اتصالات

در شرایط عادی، هلیوم شیمیایی بی اثر است. در شدید می تواند یک عنصر ترکیبی است که در شاخص های دما و فشار معمولی پایدار نیست ایجاد کنید. به عنوان مثال، هلیوم می تواند ترکیبات با ید، تنگستن، فلوئور، فسفر و گوگرد تشکیل می دهند، هنگامی که به یک تخلیه الکتریکی یا بمباران الکترونی در حالت پلاسما قرار می گیرند. بنابراین آن را HENE، HgHe _10، WHE ₂ و یونهای مولکولی او ₂ ⁺ ₂ نه ^++، هه ⁺ و HED ⁺ ساخته شده ^است. این روش همچنین یک مولکول خنثی او ₂ و HgHe بوده است.

پلاسما

در جهان سودمندانه توزیع هلیوم یونیزه، که خواص تفاوت قابل ملاحظه از مولکولی. الکترون و پروتون مرتبط نشده است، و آن را دارای هدایت الکتریکی بسیار بالا حتی در یک دولت تا حدی یونیزه شده باشد. به ذرات باردار است به شدت توسط میدان مغناطیسی و الکتریکی قرار دارد. برای مثال، در باد خورشیدی با یونهای هلیم با یونیزه مگنتوسفر زمین هیدروژن تعامل، باعث شفق شمالی.

کشف سپرده در ایالات متحده

پس از حفاری در 1903 در Dexter، کانزاس، آن را با گاز غیر قابل اشتعال به دست آمد. در ابتدا، مشخص نیست که در آن وجود هلیوم. که گاز پیدا شد، دولت شناخته اراسموس هاورت زمین شناس، که نمونه و دانشگاه کانزاس از طریق داروخانه ها Kedi Gamiltona و دیوید مک فارلند جمع آوری کرده است پیدا شده است که آن را حاوی 72٪ نیتروژن، 15٪ متان، 1٪ هیدروژن و 12٪ معرفی نشد. پس از صرف تجزیه و تحلیل پس از آن، محققان که 1.84 درصد از نمونه هلیوم. بنابراین ما می دانیم که این عنصر شیمیایی موجود در مقادیر زیاد در اعماق دشت بزرگ، که در آن می توان آن را از گاز طبیعی استخراج شده است.

تولید صنعتی

این ساخته شده است که ایالات متحده آمریکا تولید شده در جهان رهبر هلیوم. در این پیشنهاد سر ریچارد Threlfall، نیروی دریایی آمریکا تامین می شود سه پایلوت کوچک برای تولید این ماده در طول جنگ جهانی اول برای اطمینان از بالن رگبار گلوله سبک گاز بالا غیر قابل اشتعال. بر اساس این برنامه در کل 5700 متر ³ 92 درصد او تولید شد، اگر چه این تنها حداقل 100 لیتر گاز به دست آمد. بخشی از این مقدار در اولین بار در جهان هلیوم بالون استفاده شد نیروی دریایی ایالات متحده C-7، که سفر قبل از ازدواج خود را از همپتون ساخته شده (ویرجینیا) در قوزه درست (واشنگتن دی سی) دسامبر 7، سال 1921.

اگر چه روند گاز مایع در دمای پایین که در آن زمان به اندازه کافی توسعه به طول جنگ جهانی اول قابل توجه است، تولید را ادامه داد. هلیم است به طور کلی به عنوان یک گاز آسانسور در هواپیما استفاده می شود. تقاضا برای آن در طول جنگ جهانی دوم افزایش یافته است که آن را با یک جوش قوس الکتریکی محافظت استفاده شد. عنصر همچنین دارای اهمیت زیادی در ایجاد بمب اتمی "منهتن".

ذخیره ملی ایالات متحده

در سال 1925، دولت ایالات متحده ذخیره ملی هلیم در آماریلو، تگزاس ساخته شده، به ارائه کشتیهای هوایی نظامی در زمان جنگ و کشتیهای هوایی تجاری در زمان صلح. استفاده از گاز سقوط کرد پس از جهانی دوم، اما سهام در سال 1950 افزایش یافته بود به ارائه، در میان چیزهای دیگر، آن به عنوان خنک کننده در تولید سوخت اکسیژن هیدروژن در طول مسابقه فضایی و جنگ سرد مورد استفاده قرار تامین. استفاده از هلیوم در ایالات متحده در سال 1965، هشت برابر بیشتر از اوج مصرف در زمان جنگ.

پس از تصویب قانون در هلیوم 1960 دفتر معدن رنگ اثر خط 5 شرکت های خصوصی برای استخراج این عنصر از گاز طبیعی است. این برنامه خط لوله 425 کیلومتری ساخته شده برای اتصال این گیاهان با دولت تا حدی تخلیه میدان گازی در نزدیکی آماریلو، تگزاس. مخلوط هلیم نیتروژن پمپ را به ذخیره سازی زیرزمینی، وجود دارد و باقی ماند تا زمانی است که بدون نیاز به آن وجود دارد.

در سال 1995، حجم سهام مونتاژ شده بود میلیارد متر مکعب، در حالی که بدهی از ذخیره ملی 1.4 میلیارد دلار، که کنگره آمریکا در سال 1996 وادار به فاز خارج از آن. پس از تصویب در سال 1996 از قانون در خصوصی سازی وزارت هلیوم منابع طبیعی در سال 2005 راه اندازی یک فروشگاه انحلال.

پاک و تولید

هلیم تولید تا سال 1945 سال خلوص حدود 98٪ بود، دیگران 2٪ در نیتروژن است که برای کشتیهای هوایی کافی بود. در سال 1945، آن را به یک مقدار کمی از 99.9 درصد از گاز برای استفاده در جوش قوس الکتریکی تولید شده است. تا سال 1949، خلوص عنصر نتیجه 99.995٪ رسیده است.

برای سال های بسیاری در ایالات متحده بیش از 90٪ هلیوم تجاری جهان را تولید می شوند. از سال 2004، هر سال آن را 140 میلیون متر ^3، 85 درصد آن از رخ دهد در ایالات متحده، 10٪ در الجزایر انجام شد، و بقیه کار کرده بود - در روسیه و لهستان. منابع اصلی هلیوم در جهان میادین گاز طبیعی از تگزاس، اوکلاهاما و کانزاس هستند.

این فرایند برای به دست آوردن

هلیم (خلوص 98.2٪) از مایع گاز طبیعی توسط دیگر اجزای در دماهای پایین و در فشار بالا بهبود یافت. جذب گازهای دیگر فعال سرد کربن می تواند خلوص 99.995٪ دست یابد. مقدار کمی از هلیوم تولید شده در طی مایع هوا در مقیاس بزرگ است. از 900 تن از هوا می توانید در مورد 3.17 متر مکعب است. گاز متر.

زمینه های کاربرد

گاز نجیب شده است در زمینه های مختلف استفاده می شود.

• هلیم، که خواص اجازه می دهد برای به دست آوردن درجه حرارت بسیار پایین، به عنوان یک عامل خنک کننده در LHC، MRI دستگاه آهنربای ابررسانا و طیف سنج رزونانس مغناطیسی هسته ای، تجهیزات ماهواره ای، و همچنین برای مایع هیدروژن و اکسیژن را در موشک "آپولو" استفاده می شود.
• به عنوان گاز بی اثر برای جوشکاری آلومینیوم و دیگران است. فلزات در ساخت نیمه هادی ها و فیبرهای نوری.
• .. برای ایجاد فشار در مخازن سوخت از موتور موشک، به ویژه کسانی که عامل بر روی هیدروژن مایع، تی تنها گاز هلیوم حفظ دولت خود را از تجمع هنگامی که هیدروژن مایع باقی می ماند).
• هلیوم- نئون و لیزرهای گاز استفاده می شود برای اسکن بارکد در دفتر جعبه در سوپر مارکت ها.
• میکروسکوپ یون هلیم اجازه می دهد تا شما را به دریافت بهترین تصویر از الکترونیکی.
• با توجه به نفوذ پذیری بالا از گاز نجیب مورد استفاده برای تست نشت، برای مثال در سیستم های تهویه مطبوع خودرو، و همچنین به عنوان پر کردن سریع کیسه هوا بر برخورد.
• دانسیته پایین اجازه می دهد تا توپ تزئینی پر از هلیوم. گاز بی اثر جایگزین گاز هیدروژن انفجاری در کشتیهای هوایی و بالن. به عنوان مثال، در هواشناسی، بالن هلیوم استفاده می شود برای بلند ابزار اندازه گیری.
• خنک کننده برودتی استفاده می شود، از دمای عنصر شیمیایی است که در حداقل حالت مایع امکان پذیر است.
• هلیم، که خواص آن ارائه واکنش کم و حلالیت آب (و خون)، در یک مخلوط با اکسیژن استفاده در فرمولاسیون تنفسی برای غواصی و برگزاری کار واگون مهمات پیدا کرده است.
• شهاب سنگ ها و سنگ ها را برای محتوای این عنصر برای تعیین سن آنها قرار گرفت.

هلیم: خواص از عنصر

او خواص فیزیکی اصلی به شرح زیر:

• عدد اتمی: 2.
• جرم نسبی هلیوم،: 4.0026.
• نقطه ذوب: هیچ.
• نقطه جوش: -268،9 درجه سانتی گراد
• چگالی (1 اتمسفر، 0 درجه سانتی گراد): 0،1785 g / n و.
• حالت اکسیداسیون 0.