Течни хелиум: особине и својства материје

Хелијум спада у групу племенитих гасова. Течни хелијум је најхлада течност на свету. У овом стању агрегације, има бројне јединствене карактеристике, као што су суперфлуидност и суперпреводност. Више детаља о његовим особинама које смо научили касније.

Хелиум гас

Хелиум је једноставна супстанца која је широко распрострањена у свемиру у гасовитом стању. У периодичној табели Менделејева то је други и стоји одмах након водоника. То се односи на инертне или племените гасове.

Елемент је означен као "Он". Са древног грчког језика његово име значи "Сунце". У почетку се претпоставило да је метал. Међутим, испоставило се да је то монатомски гас. Хелијум је друга хемијска по својој лакоћи, нема укус, боју и мирис. Има најнижу тачку кључања.

У нормалним условима, то је идеалан гас. Осим гасовитог, може бити у чврстом и течном стању. Његова инертност се манифестује у неактивној интеракцији са другим супстанцама. Практично се не раствара у води. У индустријске сврхе се извлачи из природног гаса, одвајајући га од нечистоћа помоћу снажног хлађења.

Гас може бити опасан за људе. Повећавање концентрације у ваздуху доводи до недостатка кисеоника у крви, што се у медицини назива гладним кисеоником. Ако уђе у тело у великим количинама, то изазива повраћање, губитак свести, а понекад и смрт.

Ликвидација хелијума

У одређеним условима сваки гас може проћи у агрегатно стање течности. Течност се обично користи у индустрији, али иу научним истраживањима. За неке супстанце, довољно је једноставно повећати притисак. Остали, попут хелијума, су у течном стању тек након хлађења.

Ако је температура гаса изнад критичне тачке, онда се не кондензује, без обзира на притисак. За хелиум, критична тачка је Келвинова температура 5, 19, за његов 3Хе изотоп је 3.35 К.

Течни хелијум је практично идеална течност. Карактерише га одсуство површинске напетости, вискозности. Након промене притиска и температуре, њен волумен остаје исти. Течни хелијум има изузетно ниску напетост. Супстанца је безбојна и високо флуидна.

Особине течаног хелијума

У течном стању, хелијум се тешко разликује, јер слабо ослобађа светлосне зраке. Под одређеним условима, она има својства квантне течности. Због тога при нормалном притиску, не кристалише се чак и на температури од -273,15 Целзијуса (апсолутна нула). Све друге познате супстанце очвршћавају се под таквим условима.

Температура течног хелијума, на којој почиње да врира, је -268,9 степени Целзијуса. Физичка својства његових изотопа значајно варирају. Према томе, хелијум-4 се врео на температури од 4.215 К.

То је Босеова течност, која се карактерише фазним прелазима на температури од 2.172 Келвин и ниже. Фаза Хе ИИ карактерише суперфлуидност и супертхермална проводљивост. На температури испод фазе, Хе и Хе ИИ се појављују истовремено, због чега се у течности појављују две брзине звука.

Хелијум-3 је течност Ферми. Кује се на температури од 3,19 Келвина. Изотоп је способан да постигне суперфлуидност само при веома ниским температурама (неколико милликелвин), када се између честица појављује довољна атракција.

Суперфлуидност хелијума

Академик Капитза СП и ЛД Ландау су проучавали појам суперфлуидности. Академик Капица, који је проучавао особине течаног хелијума 1938. године, истакао је да приближавање апсолутној нули, течност је изгубила вискозност умјесто очвршћавања.

Академик је закључио да је, након што је температура хелијума пала испод 2172 К, супстанца прешла из фазе нормалног стања у сасвим нов, именовани хелиум-ИИ. У овој фази, супстанца пролази кроз капиларе и уске отворе без икаквог трења. Таква држава се зове "суперфлуидност".

Године 1941. ЛД Ландау је наставио да проучава својства течног хелиума и развио теорију суперфлуидности. Објасни, узима квантне методе, примјењује појам енергетског спектра узбуђења.

Примена хелијума

Елемент хелијума откривен је у спектру Сунца 1868. године. На Земљи га је 1895. године открио Виллиам Рамсаи, након чега је дуго проучаван и није се користио у економској сфери. У индустријској делатности користила се као гориво за зрачне бродове током Првог светског рата.

Гас се активно користи за паковање у прехрамбеној индустрији, у топионици метала. Геолози га користе да би открили грешке у земаљској кори. Течни хелијум се углавном користи као расхладно средство које може одржавати ултра ниске температуре. Ова имовина је неопходна за научна истраживања.

Течност расхладне течности се користи у криогеним електричним машинама, у скенерима тунелинг микроскопа, у медицинским уређајима НМР скенера, у акцелераторима напуњених честица.

Закључак

Хелијум је инертан или племенити гас, који показује низак степен интеракције са другим супстанцама. У периодичном систему хемијских елемената, он стоји на другом мјесту, дајући водоник. У природи је супстанца у плинском стању. Под одређеним условима може се пренети у друге агрегатне државе.

Главна карактеристика течног хелиума је његова суперфлуидност, а не способност кристализације при нормалном притиску, чак и ако температура достигне апсолутну нулу. Особине изотопа супстанци нису исте. Њихове критичне температуре, услови њиховог кључања, као и вредности спинова њихових честица разликују се.