Heliumi

Heliumi është një element kimik me simbolin He dhe numër atomik 2. Është një pa ngjyrë, pa erë, pa shije, jo-toksik, inert, gazi monoatomik (një atom) që kryeson grupin e gazeve fisnike në tabelën periodike. Valët dhe shkrirja e saj dhe pikat janë më të ulët në mesin e elementeve dhe ajo ekziston vetëm si një gaz, përveç në kushte ekstreme.

Helium është elementi i dytë është i lehtë dhe elementi i dytë më i bollshëm në Universin e vëzhgueshem, duke qënë i pranishëm në rreth 24% të masës totale, që është më shumë se 12 herë në masë të gjithë elementeve të rënda të kombinuara. Bollëku i tij është i ngjashëm me këtë shifër në Diell dhe në Jupiter. Kjo është për shkak të energjisë shumë të lartë bërthamore të detyrueshme (për nucleon) e helium-4 në lidhje me tri elemente të ardhshëm pas helium. Kjo helium-4 të energjisë detyrueshme llogaritet edhe pse ajo është një produkt i fuzionit të dy bërthamor dhe kalbjes radioaktive. Më helium në univers është helium-4, dhe besohet të jenë formuar gjatë Big Bengut. Sasi të mëdha të heliumit të ri janë duke u krijuar nga fuzionit bërthamor të hidrogjenit në yje.

Helium është emëruar për zot greke e Diellit, Helios. Ajo u zbulua së pari si një nënshkrim të verdhë të panjohur linjë fantazme në rrezet e diellit gjatë një eklips diellor në vitin 1868 nga astronomi francez Jules Janssen. Janssen është kredituar së bashku me zbulimin e elementit së bashku me Norman Lockyer. Jannsen vërejtur gjatë eklipsit diellor i 1868, ndërsa Lockyer vërejtur nga Britania. Lockyer ishte i pari që të propozojë që linjë ishte për shkak të një element të ri, që ai të quajtur. Zbulimi formale e elementit është bërë në vitin 1895 nga dy Kimistë suedezë, Per Teodor Cleve dhe Nils Abraham LANGLET, të cilët gjenden helium që buron nga cleveite ore uraniumit. Në vitin 1903, rezervat e mëdha të helium u gjetën në fusha të gazit natyror në pjesë të Shteteve të Bashkuara, e cila është larg nga furnizuesi më i madh i gazit sot.

Helium është përdorur në cryogenics (përdorimin e saj më të madh të vetëm, thithjen rreth një të katërtën e prodhimit), veçanërisht në ftohjen e magnet superconducting, me kërkesa kryesore komerciale, duke qenë në skaner MRI. Helium-së përdorime të tjera industriale-si një presion dhe gaz Purge, si një atmosferë mbrojtëse për saldim me hark dhe në procese të tilla si Kristal rritje për të bërë wafers silikonit-llogari për gjysmën e gazit të prodhuar. Një i njohur, por përdorimi i mitur është si një gaz heqjen në balona dhe aeroplanët. [2] Si me çdo gaz dendësia e të cilit ndryshon nga ajo e ajrit, merrni frymë një vëllim të vogël të heliumit përkohësisht ndryshon timbër dhe cilësinë e zërit të njeriut. Në kërkimin shkencor, sjellja e të dy fazave lëngun e helium-4 (helium helium I dhe II), është e rëndësishme që të studiuesve që studiojnë mekanikën kuantike (në veçanti pronë e superfluidshmëri) dhe për ata që duke kërkuar në fenomene, të tilla si superpercjellshmëri, të prodhuara në çështje afër zeros absolute.

Heliumi

Në Tokë ajo është relativisht i rrallë - 5.2 ppm nga vëllimi në atmosferë. Helium Më tokësor i pranishëm sot është krijuar nga prishja radioaktiv natyror të elementeve radioaktive të rënda (toriumit dhe uraniumit, edhe pse ka shembuj të tjerë), si grimcat alfa emetuara nga po shkatrrohen të tilla të përbëhet nga helium-4 berthamat. Kjo helium radiogjenik është bllokuar me gaz natyror në përqendrime deri në 7% nga vëllimi, nga i cili është nxjerrë komerciale nga një proces temperaturë të ulët të ndarjes të quajtur distilim i pjesshëm. Helium është një burim i caktuar dhe është një nga elementet disa me shpejtësinë e arratisjes, që do të thotë se sapo lëshuar në atmosferë, ai i shpëton në hapësirë​​. [3] [4] [5]

Histori

zbulime shkencore

Prova e parë e heliumit është vërejtur më 18 gusht 1868 si një linjë të ndritshme të verdhë me një gjatësi vale prej 587,49 nanometra në spektrin e chromosphere të Diellit. Linja u zbulua nga astronomi francez Jules Janssen gjatë një errësirë ​​totale diellor në Guntur, India. [6] [7] Kjo linjë është menduar fillimisht të jetë natriumi. Më 20 tetor të të njëjtit vit, astronomi English Norman Lockyer vënë re një vijë të verdhë në spektrin diellor, i cili i vuri emrin linjën D3 Fraunhofer për shkak se ajo ishte afër njohur D1 dhe D2 linjat e natriumit të. [8] Ai arriti në përfundimin se ajo është shkaktuar nga një element në panjohur Dielli në Tokë. Lockyer dhe farmaci anglisht Edward Frankland quajtur elementin me fjalën greke për Sun, ἥλιος (Helios). [9] [10]

Foto e spektrit të dukshëm me linjat e mbivendosur të mprehta të verdha dhe blu dhe vjollcë.

Linjave fantazme e helium

Në 1882, fizikan italian Luigi Palmieri zbuluar helium në Tokë, për herë të parë, përmes linjës së saj D3 fantazme, kur ai analizuar lavë e malit Vezuvit. [11]

Sir William Ramsay, zbulues i helium tokësor

Më 26 mars 1895, kimist skocez Sir William Ramsay izoluar helium në Tokë duke e trajtuar cleveite mineral (një shumëllojshmëri të uraninite me të paktën 10% elementeve të tokës të rralla) me acide minerale. Ramsay ishte në kërkim për argon, por, pasi që ndan azot dhe oksigjen nga gazi çliroi nga acidi sulfurik, ai vuri re një vijë të verdhë të ndritshme që përputhet me vijën D3 vërejtur në spektrin e Diellit. [8] [12] [13] [14 ] Këto mostra janë identifikuar si helium nga Lockyer dhe fizikan britanik William Crookes. Ajo ishte e izoluar në mënyrë të pavarur nga cleveite në të njëjtin vit nga Kimistë Per Teodor Cleve dhe Abraham LANGLET në Uppsala, Suedi, i cili mbledhur mjaft e gazit për të përcaktuar me saktësi peshën e saj atomike. [7] [15] [16] Helium është izoluar edhe ngagjeo-kimisti amerikan William Francis Hillbrand para zbulimit Ramsay kur ai vërejtur linjat e pazakontë fantazme duke testuar një mostër të uraninite mineral. Hillebrand, megjithatë, atribuohet linjat për të azotit. Letra e tij e urimi Ramsay ofron një rast interesant e zbulimit dhe-zbulimit pranë në shkencë. [17]

Në 1907, Ernest Rutherford dhe Thomas Royds treguar se grimcat alfa janë berthamat helium duke i lejuar grimcat që të depërtojnë murin e hollë qelqi të një tub evakuuar, pastaj duke krijuar një shkarkesë në tub për të studiuar spektret e gazit të reja brenda. Në vitin 1908, u helium lëngët parë e fizikanit holandez Heike Kamerlingh Onnes nga ftohja e gazit në më pak se një kelvin. [18] Ai u përpoq të ngrij atë duke ulur më tej temperaturën, por nuk arriti sepse heliumi nuk ka një temperaturë të trefishtë pikë në të cilën , të lëngshme dhe të ngurta fazat e gazit janë në ekuilibër. Studenti Onnes 'Willem Hendrik Keesom ishte përfundimisht në gjendje për të ngrij 1 cm3 e helium në vitin 1926 duke aplikuar presion shtesë të jashtëm. [19]

Në vitin 1938, fizikanti rus Pyotr Leonidovich Kapitsa zbuluar se helium-4 ka pothuajse asnjë viskozitet në temperaturë afër zeros absolute, një fenomen që tani quhet superfluidshmëri. [20] Kjo dukuri lidhet me Bose-Einstein trashje. Në vitin 1972, i njëjti fenomen është vërejtur në helium-3, por në temperatura shumë më afër zeros absolute, nga fizikantet amerikane Douglas D. Osheroff, David M. Lee, dhe Robert C. Richardson. Fenomeni në helium-3 është menduar të jetë e lidhur me pairing e helium-3 fermions për të bërë bosons, në analogji me çifte Cooper e elektroneve që prodhojnë superpercjellshmëri. [21]

Nxjerrja dhe përdorimi

Pas një operacion të shpimit të naftës në vitin 1903 në Dexter, Kansas prodhuar një ngrohës uji të gazit që nuk do të djegur, Kansas gjeolog shteti Erasmus Haworth mbledhur mostra të gazit ikin dhe i çuan përsëri në Universitetin e Kansas në Lawrence, ku, me ndihmën e kimistë Hamilton Cady dhe David McFarland, ai zbuloi se gazit përbëhej nga, me volumin, 72% azot, 15% metan (një përqindje të djegshme vetëm me oksigjen të mjaftueshëm), 1% hidrogjen, 12% dhe një gaz të paidentifikueshëm. [7] [22] me analizë të mëtejshme, Cady dhe McFarland zbuloi se 1.84% e kampionit të gazit ishte helium. [23] [24] Kjo tregoi se pavarësisht gjë e rrallë e saj të përgjithshme në Tokë, helium u përqendruar në sasi të mëdha nën amerikane rrafshin e Madhe, në dispozicion për nxjerrjen si një efekt anësor i gazit natyror. [25]

Kjo mundësoi që Shtetet e Bashkuara për t'u bërë furnizuesi kryesor në botë e helium. Pas një sugjerim nga Sir Richard Threlfall, Shtetet e Bashkuara të marinës sponsorizuar tri bimë të vogla eksperimentale helium gjatë Luftës së Parë Botërore Qëllimi ishte për të furnizuar balona breshëri me jo-të ndezshme, të lehta se ajri gazit. Një total prej 5,700 m3 (200,000 cu ft) e 92% helium ishte prodhuar në program edhe pse më pak se një metër kub i gazit të parë ishte marrë. [8] Një pjesë e këtij gazi është përdorur në të parë helium-mbushur në botë airship, Marinës së SHBA-së C-7, e cila fluturoi fluturimin e tij inagurues nga rrugët Hampton, Virginia, për Bolling Field në Uashington, DC, më 1 dhjetor, 1921. [26]

Edhe pse procesi i nxjerrjes, duke përdorur gaz temperaturë të ulët lëngëzim, nuk është zhvilluar në kohë të jetë i rëndësishëm gjatë Luftës së Parë Botërore, të prodhimit vazhdoi. Helium është përdorur kryesisht si një gaz heqjen në të lehta se ajri artizanale. Ky përdorim është rritur kërkesën gjatë Luftës së Dytë Botërore, si dhe kërkesat për saldim me hark mbrojtura.Spektromatës helium në masë ishte gjithashtu me rëndësi jetike në Manhattan Project bombës atomike. [27]

Qeveria e Shteteve të Bashkuara të ngritur heliumit Rezervë Kombëtare në vitin 1925 në Amarillo, Texas, me qëllim të furnizimit aeroplanët ushtarak në kohën e luftës dhe komerciale aeroplanët në kohë paqeje. [8] Për shkak të Kontrollit të heliumit Akti (1927), e cila ndaloi eksportin e heliumit i rrallë në të cilën SHBA më pas kishte monopolin e prodhimit, së bashku me kosto të lartë të gazit, Hindenburg, si të gjitha zeppelins gjermane, u detyrua të përdorë hidrogjenin si ashensor gazit. Përdorimi helium pas Luftës së Dytë Botërore ishte në depresion, por rezervë u zgjerua në vitet 1950 për të siguruar një furnizim të helium të lëngshme si një ftohës për të krijuar oksigjen / hidrogjen karburant raketash (në mesin e përdorime të tjera) gjatë gara Hapësinor dhe Luftës së Ftohtë. Përdorimi helium në Shtetet e Bashkuara në vitin 1965 ishte më shumë se tetë herë konsumi më i madh i kohës së luftës. [28]

Pas "Helium Veprat ndryshimin e 1960" (Ligji Publik 86-777), Zyra e SHBA e Minierave organizohet për pesë impiantet private të shërohet helium nga gazi natyror. Për këtë program të ruajtjes helium, Byroja ndërtuar një 425-milje (684 km) tubacion nga Bushton, Kansas, për të lidhur ato bimë me të varfëruar pjesërisht fushën Cliffside gazit të qeverisë, pranë Amarillo, Texas. Kjo përzierje helium-azotit është injektuar dhe ruajtur në fushën e gazit Cliffside deri nevojshme, kur ajo pastaj u pastrua më tej. [29]

Deri në vitin 1995, një miliardë metra kub të gazit janë mbledhur dhe rezervë ishte 1.4 miliardë dollarë në borxhe, duke bërë Kongresin e Shteteve të Bashkuara në vitin 1996 për të fazën e nga e rezervës. [7] [30] rezultojnë "Helium Privatizimi Akti të vitit 1996 "[31] (Ligji Publik 104-273) drejtuar Departamentin e Punëve të Brendshme të Shteteve të Bashkuara të zbrazët e rezervës, me shitjet duke filluar nga 2005. [32]

Helium prodhuar ndërmjet viteve 1930 dhe 1945 ishte rreth 98.3% i pastër (2% azot), i cili ishte i përshtatshëm për aeroplanët. Në vitin 1945, një sasi e vogël e 99.9% helium është prodhuar për përdorim saldim. Nga 1949, sasi komerciale të klasës A helium 99,95% ishin në dispozicion. [33]

Për shumë vite Shtetet e Bashkuara prodhuar mbi 90% të heliumit komerciale përdorshme në botë, ndërsa bimët nxjerrjen në Kanada, Poloni, Rusi, dhe vende të tjera të prodhuara pjesën e mbetur. Në mes të viteve 1990, një fabrikë të re në Arzew, Algjeri, duke prodhuar 17 milionë metra kub (600 milionë metra kub) filloi operacioni, me të prodhimit të mjaftueshme për të mbuluar të gjithë kërkesën e Evropës. Ndërkohë, deri në vitin 2000, konsumi i heliumit në SHBA u rrit në mbi 15 milionë kg në vit. [34] Në vitin 2004-2006, dy bimë të tjera, një në Ras Laffan, Katar, dhe të tjera në Skikda, Algjeri, ishin ndërtuar. Algjeria shpejt u bë prodhuesi i dytë kryesor i helium. [35] Me anë të kësaj kohe, si konsumi helium dhe kostot e prodhimit helium rritur. [36] Nga 2002-2007 çmimet helium dyfishuar. [37]

Si të vitit 2012 Shtetet e Bashkuara Kombëtare Helium Rezerva përbënin 30 për qind të heliumit në botë. [38] Rezerva pritet të dalë jashtë e helium në vitin 2018. [38] Pavarësisht se një projekt-ligj i propozuar në Senatin e Shteteve të Bashkuara do të lejojë rezervës për të vazhduar për të shitur gaz. Rezerva të tjera të mëdha ishin në Hugoton në Kansas, Shtetet e Bashkuara dhe fushat e afërta gazit e Kansas dhe panhandles e Teksasit dhe Oklahoma. Bimë të reja helium janë planifikuar të fillojë në 2012 në Katar, Rusi dhe gjendjen e Shteteve të Bashkuara të Wyoming, por ata nuk ishin të pritet për të lehtësuar mungesën. [38]

Karakteristikat

Atom heliumi

Foto e një sfere të shpërndarë gri me dendësi grayscale në rënie nga qendra. Shkallë gjatësi rreth 1 Angstrom. Një kuadrat përshkruan strukturën e bërthamës, me dy të kuqe dhe dy atomeve të kaltër në shkallë gjatësi prej 1 femtometer.

Atom heliumi. Përshkruar janë bërthama (pink) dhe reja e shpërndarjes elektronike (të zezë). Bërthama (e drejtë e sipërme) në helium-4 është në të vërtetë sferike simetrike dhe i ngjan nga afër reja elektronike, edhe pse për bërthamave më të ndërlikuara kjo nuk është gjithmonë rasti.

Heliumi në mekanikën kuantike

Në perspektivën e mekanikës kuantike, helium është atom i dytë më e thjeshtë për modelin, pas atomit të hidrogjenit. Heliumi është i përbërë nga dy elektrone në orbitale atomike përreth një bërthamë që përmban dy protonet së bashku me disa neutronet. Si në mekanikën e Njutonit, asnjë sistem i përbërë nga më shumë se dy grimca mund të zgjidhet me një qasje analitike të saktë matematikore (shih 3 problemit trup) dhe helium nuk është përjashtim. Kështu, metodat numerike matematikore janë të nevojshme, edhe për të zgjidhur sistemin e një bërthamë dhe dy elektrone. Këto metoda kimi kompjuterike janë përdorur për të krijuar një tablo kuantike mekanike të helium elektron detyrues i cili është i saktë për të brenda <2% e vlerës së saktë, në disa hapa kompjuterike. [39] Në të modeleve të tilla është gjetur se çdo elektron në helium pjesërisht ekranet bërthama nga të tjerë, në mënyrë që Z efektive ngarkuar bërthamore të cilin çdo elektron sheh, është rreth 1.69 njësi, jo 2 akuza e një klasik "​​zhveshur" bërthamë helium.

Stabiliteti lidhur e helium-4 bërthamë dhe shell elektronike

Bërthama e helium-4 atom është identike me një pjesëz alfa. High-energjisë eksperimente elektron-shpërndajnë tregojnë ngarkuar e saj për të ulur në mënyrë eksponenciale nga një maksimum në një pikë qendrore, pikërisht ashtu si dendësia ngarkuar e vet resë elektronike helium-së. Kjo simetri reflekton fizike të ngjashme themelor: palë e neutroneve dhe palë e protoneve në bërthamë helium të binden të njëjtat rregulla kuantike mekanike, si bërë palë helium-së e elektroneve (edhe pse grimcat bërthamore janë subjekt i një potencial tjetër bërthamor të detyrueshme), në mënyrë që të gjitha këto fermions zënë plotësisht 1s orbitale në çifte, asnjë prej tyre nuk posedojnë vrull syrit këndore, dhe çdo anulimin tjerr tjetrit brendshëm. Duke shtuar një tjetër i ndonjë prej këtyre grimcave do të kërkonte momentit këndore dhe do të lirojë ndjeshëm më pak energji (në fakt, nuk ka bërthama me pesë nucleons është e qëndrueshme). Kjo marrëveshje është kështu energji jashtëzakonisht të qëndrueshme për të gjitha këto grimca, dhe ky stabilitet llogaritë për shumë fakte të rëndësishme në lidhje me helium në natyrë.

Për shembull, stabiliteti dhe energji të ulët të re elektronike shtetit në llogaritë helium për kimike mbylljes në vetvete elementin-së, si dhe mungesa e bashkëveprimit të atomeve helium me njëri-tjetrin, duke prodhuar shkrirjes dhe të valë më të ulët pikë e të gjitha elementet.

Në mënyrë të ngjashme, stabiliteti veçantë energjike e helium-4 bërthamë, prodhuar nga efekte të ngjashme, llogaritë për lehtësimin e helium-4 prodhimit në reagimet atomike që përfshijnë edhe emetimin e rëndë-grimcë, dhe bashkim. Disa të qëndrueshme helium-3 është prodhuar në reaksione të fuzionit nga hidrogjen, por kjo është një pjesë shumë e vogël, në krahasim me shumë të favorshme helium-4.

Lidhja e energjisë për nucleon e izotopeve të përbashkëta. Energji të detyrueshme për grimcë e helium-4 është dukshëm më e madhe se të gjitha nuclides pranë.

Stabiliteti pazakontë e helium-4 bërthamë është gjithashtu cosmologically e rëndësishme: ajo shpjegon faktin se në të parë disa minuta pas Big Bengut, si "supë" e protoneve të lira dhe neutronet të cilat ishin krijuar fillimisht në rreth 06:01 raport ftohur deri në pikën që bërthamore të detyrueshme ishte e mundur, pothuajse të gjitha bërthamat e para të përbërë atomike për të formuar ishin helium-4 berthamat. Pra ngushtë ishte helium-4 detyrueshme që helium-4 prodhimit konsumuar pothuajse të gjitha neutroneve të lirë në disa minuta, para se të mund beta-shkatërrim, dhe gjithashtu duke i lënë pak për të formuar atomet më të rënda të tilla si litium, beryllium, apo bor. Helium-4 bërthamore detyruese per nucleon është më e fortë se sa në ndonjë nga këto elemente (shih nucleogenesis dhe energji të detyrueshme) dhe në këtë mënyrë nuk ka makinë energjik ishte në dispozicion, dikur helium ishte formuar, për të bërë elemente 3, 4 dhe 5. Ishte mezi energji të favorshme për helium të bashkohen në element tjetër me një energji të ulët për nucleon, karbonit. Megjithatë, për shkak të mungesës së elementeve të ndërmjetme, ky proces kërkon tre berthamat helium në grevë njëri-tjetrin gati në të njëjtën kohë (shiko procesin e trefishtë alfa). Nuk ishte kështu nuk ka kohë për të karbonit të rëndësishme që do të formohet në disa minuta pas Big Bengut, para se gjithësia në fillim zgjerimin ftohur në temperaturën dhe pika presion ku helium bashkim të karbonit ishte më e mundur. Kjo la gjithësinë e hershme me një raport shumë të ngjashme e hidrogjenit / helium si është vërejtur sot (3 pjesë hidrogjeni për 1 pjesë helium-4 nga masa), me pothuajse të gjitha neutroneve në univers bllokuar në helium-4.

Të gjitha elementet më të rënda (duke përfshirë ato të nevojshme për planetet shkëmbore si Toka, dhe për të karbonit me bazë ose jetën e tjera) janë duke krijuar që nga Big Bang të mundshëm në të cilat ishin të nxehtë të mjaftueshme për të siguresave vetë helium. Të gjitha elementet e tjera përveç hidrogjen dhe helium sot përbëjnë vetëm 2% nga masa e materies atomike në univers. Helium-4, në të kundërt, përbën rreth 23% të çështje-gati të gjithë këtë çështje zakonshme zakonshme të universit që nuk është hidrogjen.

Gazit dhe plazma fazat

Ndriçuese tuba shkarkimit të gazit të lehta të kuqe në formë si shkronjat H dhe e

Tub shkarkimi helium në formë si simbol atomike e elementit

Helium është e dytë më pak reaktive gaz fisnik, pas neoni, dhe në këtë mënyrë i dytë më pak reaktive të gjitha elementet. [40] Kjo është inerte dhe monatomic në të gjitha kushtet standarde. Për shkak të dhëmballë relativisht të ulët helium-së (atomike) në masë, përçueshmëri termike e tij, ngrohjes specifik, dhe me shpejtësi të shëndoshë në fazën e gazit janë të gjitha më të mëdha se çdo gazi tjetër përveç hidrogjenit. Për arsye të ngjashme, dhe gjithashtu për shkak të madhësisë së vogël të atomeve helium, norma e difuzionit helium përmes solids është tre herë ajo e ajrit dhe rreth 65% që e hidrogjenit. [8]

Helium është ujë paktën gazit tretshme monatomic, [41] dhe një nga tretshem paktën ujë të ndonjë gaz (CF4, SF6, dhe C4F8 kanë solubilities ulët mol shumë: 0,3802, 0,4394 dhe 0,2372 x2/10-5, respektivisht, kundrejt helium-së 0,70797 x2/10-5), [42] dhe helium indeksi i thyerjes është më afër unitetit se ajo e çdo gazi të tjera. [43] helium ka një koeficient negativ xhaul-Thomson në temperaturë normale të ambientit, do të thotë ajo nxehet kur lejohet për të zgjeruar lirisht. Vetëm nën temperaturën e saj përmbysja xhaul-Thomson (rreth 32-50 K në atmosferë 1) e bën atë të ftohtë mbi të zgjerimit të lirë. [8] Pasi ftohur paraprakisht nën këtë temperaturë, helium mund të lëngshëm përmes ftohjes zgjerimit.

Helium Më jashtëtokësor është gjetur në një gjendje plazma, me pronat e krejt të ndryshme nga ato të helium atomike. Në një plazma, elektronet helium-së nuk janë të detyruar të bërthamën e saj, duke rezultuar në shumë të lartë përçueshmëri elektrike, edhe kur gazi është jonizues vetëm pjesërisht. Grimcat e ngarkuara janë të ndikuar shumë nga fushat magnetike dhe elektrike. Për shembull, në erë diellore bashku me hidrogjen jonizues, grimcat ndërveprojnë me magnetosferës e Tokës duke shkaktuar të rrymave Birkeland dhe aurora. [44]

Fazat e ngurta, të lëngshme, dhe superfluid

Teksti në vijim duhet të harmonizohen me tekst në helium të lëngshme.

Helium të lëngshëm. Kjo nuk është vetëm helium të lëngshme, por ka qenë i ftohur deri në pikën e superfluidshmëri. Rënia e lëngshme në fund të qelqit përfaqëson helium spontanisht ikin nga enë mbi anën, për të zbrazur nga enë.Energjisë për të përzënë këtë proces është furnizuar nga energjia potenciale e në rënie të helium.

Artikulli kryesor: Liquid helium

Ndryshe nga çdo element tjetër, helium të lëngshme do të mbetet deri në zero absolute në presione normale. Ky është një efekt i drejtpërdrejtë i mekanikës kuantike: në mënyrë të veçantë, energjia zero çështja e sistemit është shumë i lartë për të lejuar ngrirjes. Helium Solid kërkon një temperaturë prej 1-1,5 K (rreth -272 °C ose -457 °F) dhe rreth 25 bar (2.5 MPa) e presionit. [45] Shpesh është e vështirë për të dalluar të ngurta nga helium të lëngshme që nga indeksi thyes e të dy fazat janë gati të njëjta.Solid ka një pikë shkrirjeje mprehtë dhe ka një strukturë kristalin, por që është mjaft shtrëngohet; aplikuar presion në një laborator mund të ulur volumin e saj me më shumë se 30%. [46] Me një modulus pjesa më e madhe prej rreth 27 MPa [47] ajo është ~ 100 herë më shtrëngohet se ujit. Helium të ngurta ka një dendësi prej 0,214 ± 0.006 g/cm3 në 1.15 K dhe 66 ATM; dendësia e projektuar në 0 K dhe 25 bar (2.5 MPa) është 0.187 ± 0.009 g/cm3. [48]

Gjendja e heliumit

Më poshtë pikën e tij të vlimit 4.22 kelvins dhe mbi pikën lambda e 2,1768 kelvins, izotop helium-4 ekziston në një gjendje normale pangjyrë të lëngshme, të quajtur helium I. [8] Si lëngje të tjera cryogenic, helium unë vlon kur ajo është e nxehtë dhe kontratat kur temperatura e tij është i ulet. Poshtë pikës lambda, gjithsesi, helium nuk vlim, dhe zgjeron si temperatura ulet tej.

Helium Unë ka një indeks gazi-si e thyerjes së 1.026 që e bën sipërfaqen e saj aq e vështirë për të parë se gjithandej e stiroporit janë përdorur shpesh për të treguar se ku sipërfaqja është. [8] Ky lëng i pangjyrë ka një viskozitet të ulët dhe një densitet prej 0.145 -0,125 g / ml (në mes 0 dhe rreth 4 K), [49] e cila është vetëm një e katërta vlera e pritur nga fizika klasike. [8] mekanika kuantike është e nevojshme për të shpjeguar këtë pronë dhe në këtë mënyrë të dy llojet e helium të lëngshme janë quajtur lëngjet kuantike, që do të thotë se ata shfaqin pronat atomike në një shkallë makroskopike. Kjo mund të jetë një efekt i saj pikë vlimi qenë kaq afër zeros absolute, duke parandaluar lëvizje të rastit molekulare (energjisë termike) nga maskimin pronat atomike. [8]

Gjendja Helium II

Helium të lëngshme poshtë pikën e saj lambda fillon të shfaqin karakteristika shumë të pazakontë, në një shtet të quajtur helium II. Kur helium II vlon, për shkak të përçueshmëri termike e saj të lartë që nuk e bën flluskë por avullohet direkt nga sipërfaqe të saj. Helium-3 gjithashtu ka një fazë superfluid, por temperaturat vetëm në shumë më të ulëta; si rezultat, më pak është i njohur për pronat e tilla në izotop. [8]

Një vizatim kryq seksional duke treguar një enë brenda një tjetër. Nuk është një lëng në anije e jashtme, dhe ajo tenton të rrjedhin në anije e brendshëm mbi muret e saj.

Ndryshe nga lëngje të zakonshëm, helium II do të zvarriten së bashku sipërfaqet në mënyrë që të arrijnë një nivel të barabartë; pas një kohë të shkurtër, nivelet në të dy kontejnerë do të barazuar. Filmi Rollin gjithashtu mbulon brendshme të enës më të madhe; në qoftë se nuk ishin vulosur, helium II do të zvarriten jashtë dhe ikin. [8]

Helium II është një superfluid, një shtet kuantike mekanike (shih: fenomene kuantike makroskopike) i materies me pronat e çuditshme. Për shembull, kur ai rrjedh nëpër kapilarët si hollë si 10-7 ndaj 10–8 m nuk ka viskozitet të matshëm. [7] Mirëpo, kur matjet janë bërë në mes të dy disqe lëviz, një viskozitet të krahasueshme me atë të heliumit gaztë është vërejtur. Teoria aktuale e shpjegon këtë duke përdorur modelin e dy-lëng për helium II. Në këtë model, helium të lëngshme nën pikë lambda është parë si përmban një pjesë të atomeve helium në një gjendje tokësore, të cilat janë superfluid dhe rrjedhin me saktësisht zero viskozitetit, dhe një pjesë të atomeve helium në një gjendje të ngacmuar, që sillen më shumë si një lëng të zakonshëm. [50]

Në efektit burimi, një dhomë është ndërtuar cili është i lidhur në një rezervuar të heliumit II nga një disk sinterizuara me të cilin rrjedhjet superfluid heliumit lehtësi por nëpërmjet cila helium jo-superfluid mund të kalojë. Nëse e brendshme të enës është ndezur, ndryshimet superfluid heliumit në helium jo-superfluid. Për të ruajtur pjesë e ekuilibrit e helium superfluid, rrjedhjet superfluid helium përmes dhe rrit presionin, duke shkaktuar të lëngshme për të burim nga enë. [51]

Përçueshmëri termike e helium II është më e madhe se ajo e çdo substancë tjetër të njohur, një milion herë se e helium I dhe disa qindra herë atë të bakrit. [8] Kjo është për shkak se përçueshmëri ngrohjes ndodh nga një mekanizëm kuantike të jashtëzakonshme. Shumica e materialeve që kryejnë ngrohjes mirë të ketë një grup valencë të elektroneve të lira të cilat shërbejnë për të transferuar të ngrohjes. Helium II nuk ka të tillë band valencë por megjithatë kryen ngrohjes pus. Fluksi i ngrohjes është i qeverisur nga ekuacionet që janë të ngjashme me ekuacioni i valës përdoret për të karakterizuar shumimin shëndoshë në ajër. Kur ngrohjes është futur, ajo lëviz në 20 metra për sekondë në 1.8 K përmes helium II si valët në një fenomen të njohur si zë të dytë. [8]

Helium II gjithashtu shfaq një efekt të ngadaltë. Kur një sipërfaqe shtrihet kaluar nivelin e helium helium II, II lëvizjet e përgjatë sipërfaqes, kundër forcës së gravitetit. Helium II do të të shpëtuar nga një anije që nuk është nënshkruar nga kamufluar përgjatë anët deri sa të arrijë një rajon më të ngrohtë ku ajo avullohet. Ajo lëviz në një nm-trashë film 30 pavarësisht nga material sipërfaqe. Ky film është quajtur një film Rollin dhe është emëruar pas njeriut që së pari të karakterizuar këtë tipar, Bernard V. Rollin. [8] [52] [53] Si rezultat i kësaj sjellje rrëshqanorët dhe heliumit aftësinë II të rridhte me shpejtësi me hapje të vogël , është shumë e vështirë që të kufizojë helium të lëngshme. Përveç nëse enë është e ndërtuar me kujdes, helium II do të zvarriten përgjatë sipërfaqeve dhe përmes valvulave deri sa të arrijë diku ngrohta, ku ajo do të zhduket. Valët propaganduar nëpër një film Rollin udhëhiqen nga i njëjti ekuacion si valët e gravitetit në ujë të cekët, por në vend se gravitetit, forca rikthimin është van der Waals forcë. [54] Këto valë janë të njohur si zë të tretë. [55]

Ai Atom për çdo milion 4 

Ai atomeve. [7] Për dallim nga elementet më të madhe, bollëk isotopic helium-së ndryshon shumë nga origjinës, për shkak të proceseve të ndryshme të formimit.Izotop më të zakonshme, helium-4, është prodhuar në Tokë nga prishja shkrimin e elementeve më të rënda radioaktive; grimcat alfa që dalin janë jonizues plotësisht helium-4 berthamat. Helium-4 është një bërthamë jashtëzakonisht të qëndrueshme, sepse nucleons e saj janë të rregulluar në predha të plotë. Ajo u formua edhe në sasi të mëdha gjatë Big Bang nucleosynthesis. [56]

Helium-3 është i pranishëm në Tokë vetëm në sasi gjurmë; shumica e tij që nga formimi i Tokës, edhe pse disa bie në Tokë të bllokuar në pluhur kozmik. [57] shumat gjurmë janë prodhuar edhe nga beta prishja e tritium. [58] Rocks nga kores së Tokës kanë raportet e izotopeve të ndryshme nga sa më shumë si një faktor e dhjetë, dhe këto raporte mund të përdoret për të hetuar origjinën e shkëmbinjve dhe përbërjen e mantel të Tokës. [57] 3

Ai është shumë më mirë në yje, si një produkt i fuzionit bërthamor. Kështu në të mesme ndëryjore, përqindja e 3

Ai në 4

Ai është rreth 100 herë më e lartë se sa në Tokë. [59] Extraplanetary materiale, të tilla si regolith hënor dhe asteroid, kanë sasi gjurmë të helium-3 nga po bombardohet nga erërat diellore. Sipërfaqes së hënës përmban helium-3 në përqendrime mbi rendin e 0.01 ppm, shumë më e lartë se ca. 5 ppt gjendet në atmosferën e Tokës. [60] [61] Një numër i njerëzve, duke filluar me Gerald Kulcinski në vitin 1986, [62] kanë propozuar për të eksploruar hënën, regolith minave hënor dhe të përdorni helium-3 për bashkim.

Liquid helium-4 mund të ftohur në rreth 1 kelvin përdorur ftohje avullues në një tenxhere 1-K. Ftohje të ngjashme e helium-3, e cila ka një pikë vlimi më të ulët, mund të arrijë rreth 0.2 Kelvin në një frigorifer helium-3. Përzierjet barabarta të lëngshme 3

Ai dhe 4

Ai më poshtë 0.8 K ndarë në dy faza papërzieshëm për shkak të ndryshim të tyre (ata ndjekin statistika të ndryshme kuantike: helium-4 atome janë bosons ndërsa helium-3 atome janë fermions). [8] frigoriferë hollim përdorni këtë immiscibility për të arritur temperatura prej një millikelvins disa .

Është e mundur për të prodhuar izotope ekzotike helium, të cilat me shpejtësi prishjes për të hyrë substancave të tjera.Më e shkurtër-jetuar izotop rëndë helium është helium-5 në një gjysmë jetë prej 7.6 × 10-22 s. Helium-6 kalbet nga emitting një grimcë beta dhe ka një gjysmë jetë prej 0.8 sekondë. Helium-7 gjithashtu lëshon një pjesëz beta, si dhe një rreze gama. Helium-7 dhe helium-8 janë krijuar në reagime të caktuara bërthamore. [8] Helium-6 dhe helium-8 janë të njohura për të shfaqin një aureolë bërthamore. [8]

komponimet

Shih gjithashtu: kompleks Fisnik gazit

Struktura e jon helium hydride, HHe +

Struktura e anion dyshuar fluoroheliate, OHeF-

Helium ka një valencë zero dhe është kimikisht unreactive në të gjitha kushtet normale. [46] Kjo është një izolant elektrike nëse jonizues. Si me e gazeve të tjera fisnike, helium ka nivele metastabël energjisë që lejojnë që ajo të mbetet jonizues në një shkarkim elektrik me tension nën potencialin e tij të ionization. [8] Helium mund të formojnë komponime të paqëndrueshme, të njohur si excimers, me tungsten, jod, fluor, squfur dhe fosfor kur është nënshtruar një shkarkim skuqje, për elektron bombardim, ose tjetër një plazmës për një tjetër arsye. Komponimet molekulare Hënë, HgHe10, dhe WHe2, dhe joneve molekulare Ai +

2, He2 +

2, heh +

, Dhe hed +

janë krijuar në këtë mënyrë. [63] heh + është edhe i qëndrueshëm në gjendjen e tij tokësore, por është jashtëzakonisht reaktive-është më e forta acid Brønsted njohur, dhe për këtë arsye mund të ekzistojë vetëm në izolim, pasi do protonate çdo molekulë apo counteranion ajo vjen në kontaktoni me. Kjo teknikë ka lejuar edhe prodhimin e molekulës He2 neutral, që ka një numër të madh të sistemeve band, dhe HgHe, e cila mbahet duket bashku vetëm nga forca polarizimin. [8] Teorikisht, komponimet e tjera vërtetë mund të jetë e mundur, të tilla si helium fluorohydride (HHeF) i cili do të ishte analoge me harf, zbuluar në vitin 2000. [64] Llogaritjet tregojnë se dy komponimet e reja që përmbajnë një lidhje helium-e oksigjenit mund të jetë e qëndrueshme. [65] dy lloje të reja molekulare, parashikoi përdorur teori, CsFHeO dhe N (CH3) 4FHeO, janë derivate të një anion metastabël [F-ZRA] teorizoi të parë në vitin 2005 nga një grup nga Tajvan. Nëse konfirmohet nga eksperimenti, elementi i vetëm i mbetur pa komponimeve të njohur të qëndrueshme do të ishte neoni. [66] Komponimet Helium është vënë në brendësi të uritur molekulave kafaz karbonit (të fullerenes) me ngrohje nën presion të lartë. Molekulat fullerene endohedral formuara janë të qëndrueshme deri në temperatura të larta. Kur derivatet kimike të këtyre fullerenes janë formuar, helium qëndron brenda. [67] Nëse helium-3 është përdorur, ajo mund të vërehet lehtë nga bërthamore spectroscopy rezonancë magnetike helium. [68] Shumë fullerenes përmbajnë helium-3 janë raportuar. Edhe pse atomet heliumit nuk janë të bashkangjitur me kovalente ose bono jonik, këto substanca kanë prona të dallueshme dhe një përbërje të caktuar, si të gjitha komponimet kimike stoikiometrike.

Dukuri dhe prodhimi bollëk natyrore Edhe pse është e rrallë në Tokë, Helium është elementi i dytë më i pasur në Univers njohur (pas hidrogjen), që përbën 23% të masës së saj baryonic. [7] Pjesa më e madhe e heliumit u formua nga Big Bang një nukleosintezën për tre minuta pasBang Big. Si e tillë, matjet e bollëk e saj të kontribuojë në modele kozmologjike. Në mundshëm, ajo është e formuar nga fuzioni nuklear të hidrogjenit në reaksione zinxhir proton-proton dhe ciklin CNO, pjesa e nucleosynthesis yjor. [56]

Në atmosferën e Tokës, përqendrimi i heliumit nga volumi është vetëm 5.2 pjesë për milion. [69] [70] përqendrimi është i ulët dhe mjaft konstante pavarësisht prodhimin e vazhdueshëm të heliumit të ri sepse më helium në atmosferën e Tokës arratiset në hapësirë ​​nga disa proceset. [71] [72] [73] Në heterosphere e Tokës, një pjesë e sipërme të atmosferës, heliumi dhe gazeve të tjera të lehta janë elementet më të bollshme.

Më helium në Tokë është rezultat i kalbjes radioaktive. Helium është gjetur në sasi të mëdha në minerale të uraniumit dhe toriumit, duke përfshirë cleveite, pitchblende, carnotite dhe monazite, sepse ata lëshojnë grimca alfa (berthamat helium, He2 +) për të cilën elektronet kombinohen menjëherë sapo thermije është ndalur nga shkëmb. Në këtë mënyrë rreth 3000 tonë metrikë e helium janë të krijuara në vit në të gjithë litosferë. [74] [75] [76] Në kores së Tokës, përqendrimi i heliumit është 8 pjesë për miliard. Në ujin e detit, përqendrimi është vetëm 4 pjesë për trilion. Ka edhe sasi të vogla në burime minerale, gaz vullkanik, dhe hekur verbues. Sepse heliumi është e bllokuar në nënujor në kushte që edhe gazi natyror kurth, përqendrimet më të mëdha natyrore të heliumit në planet janë gjetur në gaz natyror, nga të cilat më e helium komerciale është nxjerrë. Përqendrimi ndryshon në një gamë të gjerë nga një ppm disa deri në mbi 7% në një fushë të vogël të gazit në San Juan County, New Mexico. [77] [78]

Nxjerrjes Moderne dhe shpërndarja Për përdorim në shkallë të gjerë, helium është nxjerrë nga distilim i pjesshëm nga gazi natyror, e cila mund të përmbajë deri në 7% helium. [79] Që helium ka një pikë vlimi më të ulët se çdo element tjetër, temperatura të ulëta dhe presionit të lartë janë përdorur për të lëngëzohet gati të gjitha gazrat e tjera (kryesisht të azotit dhe metan). Rezultuar gazi helium papërpunuar është pastruar me ekspozimin njëpasnjëshme që temperatura uljen, në të cilën pothuajse gjithë azotin mbetur dhe gazrat e tjera janë të precipituar jashtë të përzierjes gaztë. Qymyr druri aktivizuar është përdorur si një hap përfundimtar pastrimit, zakonisht duke rezultuar në 99,995% të pastër klasës-A helium. [8] papastërti kryesor në nota-A është helium neon. Në një hap përfundimtar të prodhimit, shumica e heliumit që është prodhuar është e lëngët me anë të një procesi cryogenic. Kjo është e nevojshme për aplikimet që kërkojnë helium të lëngshme dhe gjithashtu lejon furnizuesit helium për të ulur koston e transportit në distancë të gjatë, sa më të mëdha kontejnerët helium të lëngshme të ketë më shumë se pesë herë kapacitetin e më të mëdha të gaztë trailers tub helium. [35] [80]

Në vitin 2008, rreth 169 milion metra kub standarde (SCM) e helium janë nxjerrë nga gazi natyror apo të tërhiqen nga rezervat e helium me rreth 78% nga Shtetet e Bashkuara, 10% nga Algjeria, dhe pjesa më e madhe e mbetur nga Rusia, Polonia dhe Katar. [81] në Shtetet e Bashkuara, më helium është nxjerrë nga gazi natyror i Hugoton dhe fushat e afërta të gazit në Kansas, Oklahoma, dhe fushën lyp rrugëve në Teksas. [35] [82] Një pjesë e madhe e këtij gazi është dërguar herë me tubacione për tëHelium Rezerva kombëtare, por që nga viti 2005 kjo rezervë është aktualisht duke u varfëruar dhe shitur.

Perhapja e gazit natyror papërpunuar nëpërmjet membranave të veçanta semipermeable dhe pengesa të tjera është një tjetër metodë për të shërohen dhe të pastrojë helium. [83] Në vitin 1996, SHBA kishte provuar rezervat helium, në gaz dhe komplekset e tilla, nga rreth 147 miliardë metra kub standarde (4.2 miliardë janë . SCM) [84] në normat e përdorimit në atë kohë (72 milionë SCM në vit në SHBA, shih më poshtë) byrek chart kjo është helium e mjaftueshme për rreth 58 vjet të përdorimit të SHBA, dhe më pak se kjo (ndoshta 80% të kohë) me norma të përdorimit të botës, edhe pse faktorë në kursimin dhe ndikimin e përpunimit numrat rezervë efektive.

Helium duhet të nxirren nga gazi natyror, sepse ajo është e pranishme në ajër në vetëm një pjesë të asaj të neon, por kërkesa për të është shumë më e lartë. Është vlerësuar se në qoftë se të gjithë prodhimi neoni u retooled për të shpëtuar helium, se 0.1% të kërkesave të botës helium do të jenë të kënaqur. Në mënyrë të ngjashme, vetëm 1% të kërkesave të botës helium mund të jenë të kënaqur nga ri-përpunim mekanik të gjitha bimët distilim ajrit. [85] Helium mund të sintetizohen nga bombardimet e litium ose bor me protonet lartë shpejtesise, por ky proces është një metodë krejtësisht jo-ekonomike të prodhimit. [86]

Helium është komerciale në dispozicion në formë të lëngët apo të gaztë ose. Si një lëng, ajo mund të furnizohen në enë të vogla të izoluar të quajtur dewars cilat mbajnë deri në 1.000 litra helium, apo në enë të mëdha ISO të cilat kanë kapacitetet nominale si të mëdha si 42 m3 (rreth 11.000 gallons SHBA). Në formë të gaztë, sasi të vogla të helium janë të furnizuar në cilindra të presion të lartë që mbajnë deri në 8 m3 (afërsisht 282 metra kub standarde), ndërkohë që sasi të mëdha të gazit presion të lartë janë të furnizuar në rimorkio tub cilat kanë kapacitetet e deri në 4860 m3 (rreth 172,000 metra kub standarde).

avokatët konservuese Sipas ruajtësve helium si laureati Nobel fizikanit Robert Coleman Richardson, çmimin e tregut të lirë të heliumit ka kontribuar në përdorimin e "kota" (p.sh. për balona heliumi). Çmimet në vitet 2000 kanë qenë të ulur me vendim Kongresit të SHBA 'për shitjen e rezervave të mëdha heliumi të vendit deri në vitin 2015. [87] Sipas Richardson, çmimi i tanishëm duhet të shumëzohet me 20 për të eliminuar gërryes tepërt të helium. Në librin e tyre, e ardhmja e helium si një burim natyror (Routledge, 2012), Nuttall, Clarke & Glowacki (2012) gjithashtu ka propozuar për të krijuar një Agjenci helium Ndërkombëtar (IHA) për të ndërtuar një treg të qëndrueshëm për këtë mall të çmuar. [88]

Aplikime Një cilindër madhe solid me një vrimë në qendër të saj dhe një hekurudhor bashkëlidhur anën e saj.

Përdorimi më i madh i helium të lëngshme është që të ftohen magnet superconducting në skaner MRI moderne.

Rrethi frame.svg Vlerësuar 2013 SHBA përdorimi i pjesshëm helium sipas kategorive. Përdorimi totale është 47 milionë metra kub. [89]

   Cryogenics (32%)    Presion dhe spastruar (18%)    Saldim (13%)    Atmosferat kontrolluara (18%)    Zbulimin e rrjedhjeve (4%)    Përzierësit e frymëmarrjes (2%)    Të tjera (13%) Ndërsa balona janë ndoshta përdorimi më i njohur i helium, ata janë një pjesë e vogël e të gjithë përdorimit helium. [30] Helium është përdorur për shumë qëllime që kërkojnë disa nga pronat e saj unike, të tilla si pikë të ulët vlimi, densitet të ulët, tretshmëria e ulët, përçueshmëri të lartë termale, apo të mbylljes në vetvete. Nga 2008 helium botëror prodhim total prej rreth 32 milionë kg (193 milionë metra kub standarde) helium në vit, përdorimin më të madhe (rreth 22% të totalit në vitin 2008) është në aplikimet cryogenic, shumica e të cilave përfshin ftohjes magnet superconducting në skaner MRI mjekësore. [90] përdorime të tjera të mëdha (që arrin në rreth 60% të përdorimit në 1996) janë presion dhe sistemet, mirëmbajtjen e atmosferës të kontrolluara, saldim spastruar, dhe zbulimin e rrjedhjeve. Përdorime të tjera sipas kategorive ishin fraksionet relativisht të vogla. [91]

Atmosferat kontrolluara Helium është përdorur si gaz mbrojtese ne rritje te silikonit dhe germanium kristaleve, në titan dhe zirkoni prodhimin, dhe në kromatografi, [46] sepse ajo është inert. Për shkak të mbylljes në vetvete të saj, termikisht dhe calorically natyra e përsosur, me shpejtësi të lartë të shëndoshë, dhe vlera e lartë e raportit të kapaciteteve ngrohjes, ajo është gjithashtu e dobishme në tunele supersonik erës [92] dhe objekteve të impulsit. [93]

Saldim me hark tungsten gazit Artikulli kryesor: saldim me hark tungsten gazit Helium është përdorur si një gaz mbrojtur në proceset e saldimit me hark në materialet që në temperatura saldim janë të kontaminuara dhe të dobësuar nga ajri apo azotit. [7] Një numër i gazeve mbrojtje inerte janë përdorur në gaz tungsten saldim me hark, por helium është përdorur në vend të më të lirë argon sidomos për materiale saldim që kanë përçueshmëri më të lartë të ngrohjes, si alumini ose bakri.

përdorime të vogla Zbulimin rrjedhje industriale Foto e një, pajisje të madhe metal-i përshtatur (rreth 3 × 1 × 1.5 m) duke qëndruar në një dhomë.

Një dhomë të dyfishtë helium rrjedhje zbulimin e makinës Një aplikim industrial për helium është zbulimin e rrjedhjeve. Sepse helium shpërndahet përmes solids tre herë më shpejt se ajri, ajo është përdorur si një gaz gjurmues për të zbuluar rrjedhjet në pajisje të lartë vakum (si tanke cryogenic) dhe kontenierë presion të lartë. [94] Objekti testuar është vendosur në një dhomë, e cila është evakuuar pas dhe e mbushur me helium.Helium që shpëton nëpërmjet rrjedhjeve është zbuluar nga një pajisje të ndjeshme (helium në masë spektromatës), madje edhe në normat rrjedhje aq të vogla sa 10-9 mbar · L / s (10-10 Pa · m3 / s). Procedura e matjes është normalisht automatike dhe quhet provë helium integrale. Një procedurë më e thjeshtë është për të mbushur objektin testuar me helium dhe në dorë të kërkoni për rrjedhjet me një pajisje të mbajtur me dorë. [95]

Rrjedhjet helium përmes çarje nuk duhet të ngatërrohet me depërtim të gazit përmes një material pjesa më e madhe. Ndërsa helium ka dokumentuar konstantat pershkimit (kështu një normë llogaritshëm përshkim) me syzet, qeramika, dhe materiale sintetike, gaze inerte të tilla si helium nuk do të përshkojnë më metale pjesa më e madhe. [96]

fluturim Aeroplani Viti Mirë

Për shkak të densitetit të saj të ulët dhe padjegshmëri, heliumi është gaz i zgjedhur për të mbushur aeroplanët tilla si Aeroplani Goodyear. Për shkak se ajo është e lehtë se ajri, aeroplanët dhe balona të fryrë me helium për ashensor. Ndërsa gazit hidrogjen është gjithashtu e gjallë, helium ka avantazhin e të qënit jo-të ndezshme (përveç për të qenë rezistent ndaj zjarrit). Një tjetër përdorim i vogël është në raketari, ku helium është përdorur si një medium fuçi e pambushur plot të zhvendosë karburantit dhe oxidizers në tanket e magazinimit dhe të trash hidrogjen dhe oksigjen për të bërë karburant raketash. Ajo përdoret gjithashtu për spastrim karburant dhe oxidizer nga mbështetje tokësore pajisjet paraprak për të nisur dhe hidrogjeni për të para-ftohtë të lëngshme në anije të hapësirës. Për shembull, raketa Saturn V përdorur në programin Apollo nevojshme rreth 370,000 m3 (13 milionë metra kub) e helium për të nisur. [46]

Përdorime të vogla komerciale dhe rekreative Helium si gaz frymë nuk ka veti narkotike, kështu që përzierjet helium si Trimix, heliox dhe heliair janë përdorur për simulim të thellë për të reduktuar efektet e narkozë. [97] [98] Në thellësi nën 150 metra (490 ft) zhytësit helium frymëmarrje -oksigjen përzierjet fillojnë të përjetojnë dridhje dhe një rënie në funksion psikomotor, simptomat e lartë të presionit sindrom nervor. [99] Ky efekt mund të kundërshtohen në një farë mase duke e shtuar sasinë e gazit narkotike të tilla si hidrogjeni apo azoti në një helium-oksigjen përzierje. [100] në këto thellësi densitet të ulët e helium është gjetur për të reduktuar në mënyrë të konsiderueshme përpjekjet e frymëmarrjes. [101]

Lazer Helium-Neon, një lloj i lazer të ulët-powered gazit prodhuar një rreze të kuqe, kishte aplikacione të ndryshme praktike që përfshinte lexuesit barcode dhe laser pointers, para se ata u zëvendësuan pothuajse universalisht nga të lirë lazer diodë. [7]

Për mbylljes në vetvete të saj dhe përçueshmëri të lartë termale, transparencës neutroneve, dhe për shkak se ajo nuk është Izotopet radioaktive në kushte reaktor, helium është përdorur si një medium transferimin e nxehtësisë në disa reaktorëve bërthamorë të gazit ftohur. [94]

Helium, të përziera me një gaz të rënda të tilla si ksenon, është e dobishme për ftohje thermoacoustic shkak të rezultojnë në raport me kapacitet të lartë të ngrohjes dhe numrit të vogël Prandtl. [102] mbylljes në vetvete e helium ka përparësi mbi të mjedisit sistemeve të ftohjes konvencionale të cilat kontribuojnë në sosje ozonit apo globale ngrohja. [103]

Helium është përdorur edhe në disa hard disk drives. [104]

përdor shkencore Përdorimi i heliumit redukton efektet shtrembëruese e variacioneve temperaturës në hapësirën në mes të lente në disa teleskopët, për shkak të indeksit të tij jashtëzakonisht të ulët të thyerjes. [8] Kjo metodë është përdorur sidomos në teleskopët diellore ku një vakum i ngushtë tub teleskop do të ishte shumë e rëndë . [105] [106]

Helium është një gaz përdorur zakonisht zgarë për kromatografi gazit.

Mosha e shkëmbinjve dhe mineraleve që përmbajnë uranium dhe torium mund të vlerësohet duke matur nivelin e heliumit me procesin e njohur si helium takim. [7] [8]

Helium në temperatura të ulëta është përdorur në cryogenics, dhe në aplikime të caktuara cryogenics. Si shembuj të aplikimeve, helium të lëngshme është përdorur për të ftohur metale të caktuara të temperaturave shumë të ulëta të nevojshme për superpercjellshmëri, të tilla si në magnet superconducting për të imazhit rezonancë magnetike. Large Hadron Collider në CERN përdor 96 tonë metrikë e helium të lëngshme për të ruajtur temperaturën në 1.9 kelvin. [107]

Mbytje dhe siguria efektet Neutral helium në Kushte Normale është jo-toksike, luan asnjë rol biologjik dhe është gjetur në sasi gjurmë në gjakun e njeriut.

Efekti i heliumit në një zë të njeriut MENU0: 00 Efekti i heliumit në një zë të njeriut Problemet duke luajtur këtë fotografi? Shih ndihmë medias. Shpejtësia e shëndoshë në helium është gati tre herë shpejtësia e zërit në ajër. Për shkak se frekuenca themelore e një gaz e mbushur zgavrën është proporcionale me shpejtësinë e zërit në gaz, kur helium është thithur ka një rritje korresponduese në frekuencat tingëllues e traktit vokale. [7] [108] Frekuenca themelore (ndonjëherë quajtur katran) nuk ndryshon, pasi kjo është prodhuar nga dridhje e drejtpërdrejtë të folds vokale, e cila është e pandryshuar. [109] Megjithatë, frekuenca më e lartë tingëllues të shkaktojë një ndryshim në timbër, duke rezultuar në një prej kallami, duck-si cilësi vokale. Efekti i kundërt, uljen frekuenca rezonance, mund të merret nga inhaling një gaz të dendur të tilla si hexafluoride squfuri ose ksenon.

rreziqet Inhaling helium mund të jenë të rrezikshme nëse bëhet për të tepërt, pasi helium është një asfiksues e thjeshtë dhe kështu zhvendos oksigjenin e nevojshëm për frymëmarrje normale. [7] [110] viktima janë regjistruar, duke përfshirë një të riu i cili mbytur në Vankuver në vitin 2003 dhe dy të rritur të cilët mbytur në South Florida në vitin 2006. [111] [112] në vitin 1998, një vajzë e Australian (mosha e saj nuk është i njohur) nga Victoria ra pa ndjenja dhe u kthye përkohësisht blu pas thithjes të gjithë përmbajtjen e një tullumbace partisë. [113] [114] [115] Frymarrja helium pastër vazhdimisht shkakton vdekjen nga ngufatja brenda disa minutave. Ky fakt është shfrytëzuar në hartimin e qese vetëvrasëse.

Inhaling helium direkt nga cilindra nën presion është jashtëzakonisht e rrezikshme, si shkalla e lartë e rrjedhjes mund të rezultojë në barotrauma, fatalisht rupturing indeve të mushkërive. [110] [116]

Vdekje të shkaktuara nga helium është e rrallë. Rasti i parë media-regjistruar dhe të ishte ai i një vajze 15-vjeçare nga Teksasi i cili vdiq në vitin 1998 nga inhalimi helium në parti e një shoku; llojin e saktë të vdekjes helium është i paidentifikuar. [113] [114] [115]

Në Shtetet e Bashkuara janë raportuar vetëm dy viktima në mes të 2000 dhe 2004, duke përfshirë një njeri i cili ka vdekur në N. Karolinën e barotrauma në vitin 2002. [111] [116] Një i ri asfiksuar në Vankuver gjatë vitit 2003, dhe një burrë 27-vjeçar në Australi pati një emboli pas të marrë frymë nga një cilindër në vitin 2000. [111] që atëherë dy të rritur asfiksimi në South Florida në vitin 2006, [111] [112] [117] dhe ka pasur raste në vitin 2009 dhe 2010, e një i ri i cili Californian u gjet me një qese mbi kokën e tij, bashkëlidhur një tank helium, [118] dhe një tjetër të riu në Irlandën e Veriut vdiq nga ngufatja. [119] në Eagle Point, Oregon një vajzë adoleshente vdiq në vitin 2012 nga barotrauma në një parti. [120 ] [121] [122] [123] Një vajzë nga Michigan vdekur nga hypoxia më vonë gjatë vitit. [124]

Çështjet e sigurisë për helium cryogenic janë të ngjashme me ato të azotit të lëngët; Temperaturat e saj jashtëzakonisht të ulëta mund të rezultojë në djegie të ftohtë, dhe raporti lëngshme-te-gazit zgjerimin mund të shkaktojë shpërthime në qoftë se nuk ka mjete presioni-lehtësim janë instaluar. Kontejnerët e gazit të heliumit në 5 deri në 10 K duhet të trajtohen sikur ato përmbajnë helium të lëngshme për shkak të zgjerimit të shpejtë dhe të ndjeshëm termike që ndodh kur gazi helium në më pak se 10 K ngrohet në temperaturën e dhomës. [46]

Në presione të larta (më shumë se rreth 20 ATM ose dy MAP), një përzierje e helium dhe oksigjenit (heliox) mund të çojë në presion të lartë sindrom nervor, një lloj efekt të kundërt-mjet anastezik; duke shtuar një sasi të vogël të azotit të përzierjes mund zbutjen e problemit. [125] [126]

Lidhje të jashtme

Të përgjithshme

• The Periodic Table of Videos - Helium
• US Government' Bureau of Land Management: Sources, Refinement, and Shortage. With some History of Helium.
• U.S. Geological Survey Publicationson Helium beginning 1996
• It's Elemental – Helium

Më shumë detaje

• Helium Arkivuar 12 prill 2005 tek Wayback Machine at the Helsinki University of Technology; includes pressure-temperature phase diagrams for helium-3 and helium-4
• Lancaster University, Ultra Low Temperature Physics - includes a summary of some low temperature techniques

I përzier

• Physics in Speech with audio samples that demonstrate the unchanged voice pitch
• Article about helium and other noble gases
• Ebyte article on helium scarcity and potential effects on NMR and MRI communities

Shih dhe këtë

Sistemi periodik i elementeve

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Metalet alkaline

Metalet alkaline tokësore

Lantanoidet

Aktinidet

Metalet kalimtare

Metalet tjera

Jometale

Jometale tjera

Halogjene

Gazrat fisnike

Elementet kimike:

Ac | Ag | Al | Am | Ar | As | At | Au | B | Ba | Be | Bh | Bi | Bk | Br | C | Ca | Cd | Ce | Cf | Cl | Cm | Cn | Co | Cr | Cs | Cu | Db | Ds | Dy | Er | Es | Eu | F | Fe | Fl | Fm | Fr | Ga | Gd | Ge | H | He | Hf | Hg | Ho | Hs | I | In | Ir | K | | Kr | La | Li | Lr | Lu | Lv | Mc | Md | Mg | Mn | Mo | Mt | N | Na | Nb | Nd | Ne | Nh | Ni | No | Np | O | Og | Os | P | Pa | Pb | Pd | Pm | Po | Pr | Pt | Pu | Ra | Rb | Re | Rf | Rg | Rh | Rn | Ru | S | Sb | Sc | Se | Sg | Si | Sm | Sn | Sr | Ta | Tb | Tc | Te | Th | Ti | Tl | Tm | Ts | U | V | W | Xe | Y | Yb | Zn | Zr

 

Definimi i helium tek WikiFjalori

Ky artikull nga Kimia është i cunguar. Ti mund të ndihmosh Wikipedian duke e përmirësuar këtë artikull.