Pin
Send
Share
Send


Hélium (kémiai szimbólum Ő, 2-es atomszám) a Föld légkörének kisebb alkotóeleme, ám ez a második leggazdagabb elem az univerzumban, és az összes ismert elem közül a legkönnyebb. Ez egy színtelen, szagtalan, íztelen, nem mérgező és szinte semleges gáz, amely a nemesgáz-sorozatot vezet a periódusos táblázatban. Forráspontja és olvadáspontja a legalacsonyabb az elemek között, és szélsőséges körülményekre van szükség ahhoz, hogy folyékony és szilárd formává alakítsák. Szélsőséges körülményekre is szükség van ahhoz, hogy kis maréknyi héliumvegyületet hozzon létre, amelyek normál hőmérsékleten és nyomáson instabillák.

A mai világegyetemben szinte az összes új hélium a hidrogén csillagokban történő atomfúziójának eredményeként jön létre. A Földön sokkal nehezebb elemek radioaktív bomlásával állítják elő. Létrehozása után annak egy részét földgázzal csapdába esik, legfeljebb 7 térfogatszázalék koncentrációban.

Közismert tény, hogy a héliumot léggömbök és léghajók emelésére használják. Ezen túlmenően a mélytengeri légzőrendszerek alkotóelemeként, hűtőfolyadékként a szupravezető mágnesek számára, valamint védőgázként számos ipari folyamathoz, például ívhegesztéshez és szilikon ostyák termesztéséhez. A kutatók héliumot használnak anyagok tanulmányozására nagyon alacsony hőmérsékleten, az úgynevezett mezőben kriogenetikus, valamint a radioaktív kőzetek és ásványok hélium-darabjai során. Kis mennyiségű gáz belégzése ideiglenesen megváltoztatja a hang tónusminőségét és hangmagasságát. Azonban veszélyes lehet, ha túl sokkal történik.

Bőség a természetben

A hélium az ismert világegyetem második legszélesebb eleme hidrogén után, amely az univerzum elemi tömegének 23% -át teszi ki. A csillagokban koncentrálódik, ahol kétféle magfúziós reakcióból áll: az egyik a "proton-proton láncreakciót", a másik pedig a "szén-nitrogén-oxigén ciklust" tartalmazza. A világegyetem korai fejlődésének a Nagyrobbanás modellje szerint a hélium túlnyomó többsége egy-három perccel a nagyrobbanás után alakult ki, a Big Bang nukleoszintézis. Ezen elmélet alapján a hélium bősége a kozmológiai modellek próbája.

A Föld légkörében a hélium koncentrációja mindössze 5,2 ppm, főleg azért, mert a Föld légkörében a legtöbb hélium tehetetlensége és kis tömege miatt kerül az űrbe. A Föld heteroszférájában (a légkör felső része) a hélium és más könnyebb gázok a legelterjedtebb elemek.

A Föld szinte minden héliuma radioaktív bomlás eredménye. A bomlástermék az urán és a tórium ásványaiban található, ideértve a Cleveiteket, a szurbletdendet, a karnotitot, a monazitot és a berilt. Ezek az ásványi anyagok alfa-részecskéket bocsátanak ki, amelyek héliummagokból állnak (He2+), amelyhez az elektronok könnyen kapcsolódnak. Ily módon körülbelül 3,4 liter hélium képződik évente a földkéreg köbkilométerére.

A hélium koncentrációja a földkéregben 8 milliárd rész; a tengervízben ez csak trilóionra vonatkoztatva 4 rész. Kis mennyiségben vannak ásványforrásokban, vulkáni gázban és meteorikus vasban is. Bolygónkon a hélium legnagyobb koncentrációja a földgázban van, amelyből a legtöbb kereskedelmi hélium származik.

Tudományos felfedezések

Pierre Janssen (1824-1907), egy francia csillagász volt az első, aki korábban ismeretlen elem (hélium) bizonyítékait fedezte fel a Napban.

1868. augusztus 18-án, egy teljes napfogyatkozás során, az indiai Gunturban, Pierre Janssen francia csillagász egy fényes sárga vonalat észlelt 587,49 nanométer (nm) hullámhosszon a Nap kromoszférájának spektrumában. Ez a vonal volt az első bizonyíték arra, hogy a Nap tartalmazott egy korábban ismeretlen elemet, de Janssenet nevetségessé tették, mert az égben egyetlen elem sem volt észlelhető, mielőtt a Földön találtak volna. Ugyanezen év október 20-án Norman Lockyer angol csillagász megfigyelt egy azonos vonalú sárga vonalat a napspektrumban. D-nek nevezte3 vonal (Fraunhofer vonal), mert közel volt az ismert D1 és D2 sor nátrium. Megállapította, hogy ezt a Földön ismeretlen elem a Napban okozta. Edward Frankland és az angol vegyész az elemet a görög wordλιος görög szóval nevezte el (Helios).

1895. március 26-án William Ramsay brit vegyész izolálta a héliumot a Földön az ásványi Cleveit ásványi savakkal történő kezelésével. Ramsay argont keresett, de miután elválasztotta a nitrogént és az oxigént a kénsavval felszabaduló gázról, észrevette egy fényes sárga vonalat, amely megfelel a D3 A nap spektrumában megfigyelt vonal ... Lockyer és William Crookes brit fizikus ezeket a mintákat héliumként azonosította. Ugyanebben az évben a vegyészek, Per Teodor Cleve és Abraham Langlet, a svédországi Uppsala, önállóan izolálták a héliumot a Cleveitből. Elegendő mennyiségű gázt gyűjtöttek ahhoz, hogy pontosan meghatározzák annak atomtömegét.1

1907-ben Ernest Rutherford és Thomas Royds bebizonyította, hogy egy (radioaktív anyagok által kibocsátott) alfa-részecske héliummag. 1908-ban a holland fizikus, Heike Kamerlingh Onnes volt az első, aki cseppfolyósította a héliumot azáltal, hogy a gázt 1 Kelvin (K) alá csökkentette. Megpróbálta megszilárdulni a hőmérséklet további csökkentésével, de kudarcot vallott, mert a héliumnak nincs „hármaspont” hőmérséklete, ahol a szilárd, folyékony és gázfázisok egyensúlyban vannak egymással. Tanulója, Willem Hendrik Keesom volt az első, aki 1926-ban megszilárdította a héliumot, és 25 atmoszférás nyomásnak tette ki.

1938-ban Pjotr ​​Leonidovich Kapitsa orosz fizikus felfedezte, hogy a hélium-4 szinte nincs viszkozitása az abszolút nulla közelében lévő hőmérsékleten - ezt a jelenséget ma már szuperfolyékonyságnak nevezik. 1972-ben ugyanezt a jelenséget megfigyelték a hélium-3-ban Douglas D. Osheroff, David M. Lee és Robert C. Richardson amerikai fizikusok.

Figyelemre méltó jellemzők

Gáz- és plazmafázisok

A periódusos táblázatban a hélium a 18. csoport (korábban a 8A csoport) nemesgáz-sorozatának élén áll, és az 1. periódusba kerül, hidrogénnel együtt. A hidrogénnel ellentétben a hélium rendkívül inert és a nemesgázok legkevésbé reaktív tagja. Ennek eredményeként szinte minden körülmények között monatomikus (He egyetlen atomjából áll).

A hélium forrás- és olvadáspontja a legalacsonyabb az elemek között. Ezért a hélium gázként létezik, kivéve extrém körülmények között. A gáznemű hélium színtelen, szagtalan, íztelen és nem mérgező. Kevésbé vízoldható, mint bármely más ismert gáz, és a szilárd anyagon keresztüli diffúzió sebessége háromszorosa a levegő és a hidrogéné 65% -a. A hélium törésmutatója (a héliumban a fénysebesség aránya a vákuumban mért értékhez) közelebb áll az egységhez, mint bármely más gáz esetében.

A hélium hővezető képessége (hővezetési képesség) nagyobb, mint bármely gázé, kivéve a hidrogént, és fajlagos hője (az 1 kilogramm hélium hőmérsékletének 1 K-ig történő emeléséhez szükséges energiamennyiség) szokatlanul magas. Normál hőmérsékleten a hélium felmelegszik, amikor hagyják, hogy szabadon terjesszen; de körülbelül 40 K (Kelvin) alatt alacsonyabb hőmérsékleten lehűl. Miután lehűtötték e hőmérséklet alá, a héliumot expanziós hűtéssel cseppfolyósíthatják.

A hélium ionizáció nélkül elektromos szigetelő. A többi nemesgázhoz hasonlóan metastabil energiaszintekkel rendelkezik, amelyek lehetővé teszik ionizált állapotban maradását az elektromos kisülés során, amikor a feszültséget ionizációs potenciáljuk alatt tartják (vagyis az elektron He He-atomjának sztrippeléséhez szükséges energia alatt).

A hélium normál körülmények között kémiailag nem reagál. Extrém körülményekre van szükség ahhoz, hogy kis maréknyi héliumvegyületet hozzunk létre, amelyek standard hőmérsékleten és nyomáson (0 ° C és 100 kilopascal nyomás) instabillák.

Például a hélium instabil vegyületeket képezhet wolframmal, jóddal, fluortal, kénnel és foszforral, amikor elektromos fénykisülésnek vetik alá, elektronbombázás útján, vagy egyébként plazma. Hé, HgHe10, WHe2és a molekuláris ionok2+, Ő2++, HeH+, és HeD+ ily módon jöttek létre. Ez a módszer lehetővé tette a semleges molekulák előállítását is2 és HgHe.

Az egész univerzumban a hélium plazmaállapotban található meg, amelynek tulajdonságai meglehetősen különböznek a molekuláris hélium tulajdonságaitól. Plazmaként a hélium elektronjai és protonjai nem kötődnek egymáshoz, ami nagyon magas elektromos vezetőképességet eredményez, még akkor is, ha a gáz csak részben ionizált. A töltött részecskéket nagymértékben befolyásolja a mágneses és az elektromos mező. Például a napszélben az ionizált hidrogénnel együtt kölcsönhatásba lépnek a Föld magnetoszférájával, és az aurora jelenség kialakulását idézik elő ("északi fény").

Szilárd és folyékony fázisok

Más elemekkel ellentétben a hélium nem megszilárdul, és normál nyomáson folyadék marad abszolút nullára (0 K). A szilárd hélium hőmérséklete 1–1,5 K (kb. –272 ° C vagy –457 ° F) és körülbelül 26 standard atmoszféra (2,6 MPa) nyomás szükséges. A szilárd anyagot gyakran nehéz megkülönböztetni a folyékony héliumtól, mivel a két fázis törésmutatója majdnem azonos. A szilárd forma színtelen és szinte láthatatlan; kristályos szerkezetű, éles olvadásponttal; és nagyon jól összenyomható - körülbelül 50-szer tömöríthetőbb, mint a víz.

A hélium-4-nek (a hélium leggyakoribb izotópja) a hőmérséklettől függően két különböző folyadékállapot van: hélium I és hélium II. E két állapot viselkedése fontos a kvantummechanikát (különösen a túlfolyás jelenségét) és a szupravezető képességet és az anyag más tulajdonságait 0 K körüli hőmérsékleten tanulmányozó kutatók számára.

Hélium állam

4,21 K forráspontja alatt és 2,1768 K hőmérsékleten (héliumnak "lambda-pontnak" nevezve) a hélium-4 izotóp normál, színtelen folyadékban létezik, hélium I.. Más kriogén folyadékokhoz hasonlóan a hélium forrni kezd, amikor hőt adunk hozzá. Összehúzódik akkor is, amikor a hőmérsékletet csökkenti, amíg el nem éri a lambda-pontot, mikor le nem forr és hirtelen tágul. A tágulási sebesség a lambda pont alatt csökken, mintegy 1 K eléréséig; ezen a ponton a tágulás teljesen leáll, és a hélium újra elkezdek összehúzódni.

Az I. hélium gázszerű törésmutatója 1,026, ami felületét oly nehéz látni, hogy a habszivacs gyakran használják a felület megmutatására. Ennek a színtelen folyadéknak viszkozitása nagyon alacsony és sűrűsége egynyolcadik a vízén, amely csak egynegyede a klasszikus fizikából elvárt érték. Kvantummechanikára van szükség ennek a tulajdonságnak a magyarázatához. Ezért mindkét folyékony héliumot nevezik kvantumfolyadékok, vagyis makroszkopikus skálán mutatják az atomtulajdonságokat.

Hélium II állapot

A lambda-pont alatt a folyékony hélium rendkívül szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik, az úgynevezett állapotban hélium II. A II. Hélium nem forralható, mert magas hővezető képességgel rendelkezik (nagy hővezetési képesség). Ehelyett, amikor ezt a folyadékot felmelegítik, az közvetlenül elpárolog és gáz képződik.

A II. Hélium "kúszik" a felületek mentén, hogy megtalálja a saját szintjét - rövid idő múlva a két tartályban a szintek kiegyenlülnek. A Rollin film a nagyobb tartály belsejét is lefedi; ha nem lenne lezárva, a hélium kúszik ki és elmenekül.

A II. Hélium egy szuperfolyadék, az anyag kvantum-mechanikus állapota, furcsa tulajdonságokkal. Például, ha akár 10-es kapillárison is átfolyik-7 10-ig-8 m szélességű, nincs mérhető viszkozitása. Amikor azonban két mozgó tárcsa között méréseket végeztek, megfigyelték a gáznemű hélium viszkozitását.

A II. Hélium „kúszó” hatást is mutat. Amikor egy felület elhalad a II. Hélium szintjén, akkor a II. Hélium a felület mentén mozog, látszólag a gravitációs erő ellen. A II. Hélium egy olyan edényből távozik, amelyet nem zárnak le az oldal mentén történő kúszás, amíg melegebb régióba nem kerül, ahol elpárolog. Egy filmben mozog, amelynek vastagsága 30 nm, függetlenül a felület anyagától. Ezt a filmet "Rollin filmnek" hívják, melynek neve B. V. Rollin, aki először jellemezte ezt a tulajdonságot. Ennek a kúszó viselkedésnek és a hélium II azon képességének eredményeként, hogy apró nyílásokon keresztül gyorsan szivárogjon, nagyon nehéz a folyékony héliumot korlátozni. Ha a tartályt nem gondosan gyártják, a II. Hélium a felületek mentén és a szelepeken keresztül kúszik, amíg melegebb helyre nem ér, majd elpárolog.

Ban,-ben szökőkút hatásábra szerint egy kamrát építenek, amelyet egy szinterelt tárcsa köti össze a II. hélium tározójával, amelyen keresztül a szuperfolyadékú hélium könnyen kiszivárog, de amelyen a nem szuperfolyadékos hélium nem tud átjutni. Ha a tartály belsejét melegítik, akkor a szuperfolyadék hélium nem superfluid héliummá változik. A szuperfolyadék hélium szivárog át és növeli a nyomást, aminek eredményeként a folyadék szökőkútba kerül a tartályból.

A hélium II hővezető képessége nagyobb, mint bármely más ismert anyagé, ez az egymáshoz képest többszörösére növeli a hélium I és a több százszor a réz tulajdonságait. Ennek oka az, hogy a hővezetés rendkívüli kvantum-mechanikus mechanizmus révén történik. Hő bevezetésekor a II. Héliumon hullámok formájában mozog, másodpercenként 20 méter sebességgel 1,8 K-on, egy jelenségnek második hang.

A hélium-3 izotópnak is van superfluid fázisa, de csak jóval alacsonyabb hőmérsékleten. Ennek eredményeként kevesebbet tudunk a hélium-3 ilyen tulajdonságairól.

Izotóp

Bár létezik nyolc ismert hélium izotóp, csak a hélium-3 és a hélium-4 stabilak. A hélium-3 magja két protont és egy neutronot tartalmaz, míg a hélium-4 két protont és két neutronot tartalmaz.

A Föld légkörében egy millió He-3 atom van minden millió He-4-en. A hélium azonban rendkívüli, mivel izotópszintje eredetétől függően nagyban változik. A csillagközi közegben a He-3 aránya százszor nagyobb. A földkéregből származó kőzetek izotóparánya tízszeres tényezővel változik; ezt a geológiában használják az ilyen kőzetek eredetének tanulmányozására.

A leggyakoribb izotópot, a hélium-4-et a Földön nehezebb radioaktív elemek alfa-bomlásával állítják elő; a felbukkanó alfa-részecskék teljesen hélium-4 ionizált magjai. A hélium-4 mag, amely két protonból és két neutronból áll, szokatlanul stabil. Hatalmas mennyiségben képződött a Big Bang nukleoszintézise során (fent említettem).

A folyékony hélium-3 és a hélium-4 egyenlő keveréke 0,8 K alatti hőmérsékleten egymással nem elegyedő fázisokra (két fázis, amely nem keveredik) szétválnak egymás közötti eltérésük miatt (a kvantumstatisztikák szempontjából). A hígító hűtőszekrények kihasználják ennek a két izotópnak az elengedhetetlenségét néhány millikelvin hőmérséklet elérése érdekében.

A Földön csak nyomnyi mennyiség van a hélium-3-ban, amely elsősorban a Föld kialakulása óta jelen van, bár némelyik a kozmikus por csapdájába eső földre esik. Nyomakat a trícium béta-bomlása is termel. A csillagokban azonban a hélium-3 gazdag, mint a magfúzió terméke. Az extraplanetáris anyagok, például a hold- és az aszteroidaregolit (szilárd kőzetet fedő laza anyag) nyomokban tartalmazzák a hélium-3 mennyiségét, amelyet a szél bombázhat.

A hélium két stabil izotópjának eltérő képződésének folyamata eltérő izotóp-előállítást eredményez. Ezek az eltérő izotópmennyiségek felhasználhatók a sziklák eredetének és a Föld köpenyének összetételének vizsgálatára.

Lehetséges egzotikus hélium izotópokat előállítani, amelyek más anyagokká gyorsan bomlanak. A legrövidebb élettartamú izotóp a hélium-5, felezési ideje 7,6 × 10−22 második. A hélium-6 béta-részecske kibocsátásával bomlik, és felezési ideje 0,8 másodperc. A hélium-7 béta-részecskét, valamint gamma-sugárzást bocsát ki. A hélium-7 és a hélium-8 "hiperfragmensek", amelyek bizonyos nukleáris reakciók során keletkeznek.

Történelmi termelés és felhasználások

Egy 1903-ban egy olajfúrási művelet után, a Kansas Dexterben olyan gázgeizert készítettek, amely nem égne, a Kansas állambeli geológus, Erasmus Haworth összegyűjtötte a menekülő gáz mintáit, és visszavitte őket Lawrence-i Kansasi Egyetemre. Kutatók, Hamilton Cady és David McFarland segítségével felfedezte, hogy a gáz térfogatszázalékban 72% nitrogént, 15% metánt tartalmaz (nem elegendő ahhoz, hogy a gáz éghető legyen), 1% hidrogént és 12% azonosítatlan gázt tartalmazzon. .2 További elemzésekkel Cady és McFarland rájött, hogy a gázminta 1,84% -a hélium.3 Messze nem ritka elem, a hélium hatalmas mennyiségben volt jelen az Amerikai Alföld alatt, amely földgázból való kinyerésre volt elérhető.

Ez kiváló helyzetbe hozta az Egyesült Államokat, hogy a világ hélium szállítójává váljanak. Sir Richard Threlfall javaslata alapján az Egyesült Államok Haditengerésze három apró kísérleti héliumgyártó szponzort támogatta az I. világháború idején. A cél az, hogy léggömbökkel ellátott léggömböket biztosítsák a nem éghető emelőgázzal. A programban összesen 200 000 köbméter (5700 m³) 92% -os héliumot állítottak elő, bár korábban csak néhány köbméternyi (kevesebb mint 100 liter) gázt nyertek. Ennek a gáznak egy részét a világ első héliummal töltött léghajójában, az Egyesült Államok Haditengerészetének C-7-ben használták, amely az első útját a Virginia állambeli Hampton Roads-tól a Washington DC-ben lévő Bolling Field-re repülte 1921. december 7-én.

Noha az extrahálási folyamat alacsony hőmérsékleten történő cseppfolyósítás alkalmazásával nem alakult ki olyan időben, hogy jelentős legyen az első világháború alatt, a termelés folytatódott. A héliumot elsősorban emelőgázként használták a levegőnél könnyebb járműveknél. Ez növeli az igényt a második világháború alatt, valamint az árnyékolt ívhegesztést. A hélium létfontosságú volt az atombombát előállító Manhattan Projektben is.

Az Egyesült Államok kormánya 1925-ben létrehozta a nemzeti héliumi tartalékot Amarillóban, Texasban azzal a céllal, hogy katonai léghajókat szállítson háború idején és kereskedelmi léghajókat békeidőben. A második világháború utáni héliumfelhasználás nem volt megfelelő, de a tartalékot az 1950-es években kibővítették, hogy folyékony héliumot biztosítsanak hűtőközegként az oxigén / hidrogén rakétaüzemanyag előállításakor (más felhasználások mellett) az űrverseny és a hidegháború idején. Az Egyesült Államokban a héliumfelhasználás 1965-ben több mint nyolcszorosa volt a háborúkori csúcsfelhasználásnak.

Az "1960-as héliumból szóló törvénymódosítások" (86-777 közjog) után az Egyesült Államok Bányászati ​​Irodája öt magánüzemet rendezett a hélium földgázból történő visszanyerésére. Ezért hélium megőrzése Az Elnökség 425 mérföldes csővezetéket épített a Kansas állambeli Bushtonból, hogy összekapcsolja ezeket a növényeket a kormány részlegesen kimerült Cliffside gázmezőjével, Texasban, Amarillo közelében. Ezt a hélium-nitrogén keveréket befecskendeztük és a Cliffside gázmezőben tároltuk, amíg szükség volt rá, majd tovább tisztítottuk.

1995-re egy milliárd köbméter gázt gyűjtöttek be, és a tartalék 1,4 milliárd dollár adósságot mutatott, ami arra késztette az Egyesült Államok kongresszusát, hogy 1996-ban fokozatosan szüntesse meg a tartalékot.4 Az így létrejött "1996. évi hélium-privatizációs törvény" (104-273 közjog) utasította az Egyesült Államok Belügyminisztériumát, hogy 2005-ig kezdje meg a tartalék felszámolását.

Az 1945 előtt előállított hélium körülbelül 98% tisztaságú (2% nitrogéntartalmú) volt, ami megfelelő volt a léghajók számára. 1945-ben kevés 99,9% héliumot állítottak elő hegesztéshez. 1949-ig kereskedelmi mennyiségű A osztályú 99,995 százalékos hélium volt elérhető.

Az Egyesült Államok évek óta termeli a világban a kereskedelemben felhasználható hélium több mint 90 százalékát. 2004-től évente több mint 140 millió köbméter héliumot termeltek, 85% -át az Egyesült Államokból, 10% -át Algéria, a fennmaradó rész legnagyobb részét Oroszországból és Lengyelországból. A világ legfontosabb forrásai a Texas, Oklahoma és Kansas amerikai államok földgázkútjai.

Mivel a hélium forráspontja alacsonyabb, mint bármely más elemnél, a földgázból úgy nyerhető ki, hogy a keverék szinte összes többi elemét alacsony hőmérsékleten és magas nyomáson cseppfolyósítják. A kapott nyers héliumgázt alacsony hőmérsékleteknek történő egymást követő kitettséggel tisztítják, amelynek során szinte az összes fennmaradó nitrogén- és egyéb gáz kicsapódik a keverékből. Az aktív szenet használják végső tisztítási lépésként, általában 99,995% tisztaságú héliumot eredményezve. Az ilyen héliumban a fő szennyeződés a neon.

Jelenlegi alkalmazások

Alacsony sűrűsége miatt a hélium választott gáz olyan léghajók töltésére, mint ez az USGS pillanat.

A héliumot számos olyan célra használják, amely kihasználja annak egyedülálló tulajdonságait, például alacsony forráspontját, alacsony sűrűségét, alacsony oldhatóságát, magas hővezető képességét és inerhességét. Ezen felhasználások egy része az alábbiakban felsorolásra kerül.

  • Mivel a hélium könnyebb, mint a levegő, a léghajók és a léggömbök felfújódnak héliummal az emeléshez. Léghajókban a hélium részesül előnyben a hidrogén helyett, mivel nem tűzveszélyes, és a hidrogén emelőteljesítményének 92,64% -a.
  • A hélium tehetetlensége és alacsony vízoldhatósága miatt a mélytengeri légzőrendszerekben használt légkeverékek eleme a nitrogén-narkózis, a dekompressziós betegség és az oxigén toxicitás nagynyomású kockázatának csökkentése érdekében. Ezekben a légzőrendszerekben a hélium keverhető a) oxigénnel és nitrogénnel ("Trimix"), b) önmagában az oxigénnel ("Heliox") vagy (c) hidrogénnel és oxigénnel ("Hydreliox").
  • A hélium rendkívül alacsony olvadáspontja és forráspontja ideális hűtőközegként történő felhasználáshoz mágneses rezonancia képalkotásban, szupravezető mágnesekben és kriogenikában. A folyékony héliumot szokásos fémek (például ólom) szupravezető képességének előállítására használják, lehetővé téve az elektronok teljesen szabad áramlását a fémben.
  • Mivel a hélium inert, védőgázként használják a szilícium- és germánium-kristályok növekedésében, a titán és cirkónium előállításában, a gázkromatográfiában és a történeti dokumentumok védelmére alkalmas légkör biztosításában. Tehetetlensége a szuperszonikus szélcsatornákban is felhasználhatóvá teszi.
  • Tehetetlensége és nagy hővezető képessége alapján héliumot használnak hűtőközegként néhány nukleáris reaktorban (például kavicságyreaktorokban) és ívhegesztésben.
  • A sziklakertészetben a héliumot hordozó közegként használják az üzemanyag és az oxidáló szerek kiszorítására a tárolótartályokban, valamint a hidrogén és az oxigén kondenzálására rakétaüzemanyag előállításához. Arra is felhasználják, hogy az üzemanyagot és az oxidálószert a földi támogató berendezésből elindítsák, és az űrjárművekben folyékony hidrogént előhűtsék.
  • Mivel a hélium a szilárd anyagon keresztül diffúzióval haladja meg a levegő háromszorosát, ezért hasznos a nagyvákuumú berendezésekben és a nagynyomású tartályokban lévő szivárgások kimutatására.

óvintézkedések

A héliumot belélegző ember hangja átmenetileg hangzik, hasonlóan a rajzfilmfigurákéhoz Alvin és a mókusok (bár hangjukat a normál hangok hangmagasságának megváltoztatásával állították elő). Ennek oka az, hogy a héliumban a hang sebessége csaknem háromszorosa a levegőben lévő sebességének. Noha ez a hatás mulatságos lehet, veszélyes lehet, ha túl sokkal történik, mert a hélium elhagyja a normál légzéshez szükséges oxigént. Eszméletlenség, agykárosodás, sőt fulladás, amelyet halál követ, szélsőséges esetekben. A tipikus kereskedelmi hélium egészségtelen szennyező anyagokat is tartalmazhat. Ha a héliumot közvetlenül a nyomás alatt lévő hengerekből belélegzik, a nagy áramlási sebesség halálos módon megrepedhet a tüdőszövetben.

Noha a normál körülmények között a semleges hélium nem mérgező, a hélium és az oxigén nagynyomású keveréke (Heliox) nagynyomású idegi szindrómához vezethet. A nitrogén kis része enyhítheti a problémát.

A hélium-gáztartályokat 5-10 K hőmérsékleten úgy kell kezelni, mintha folyadékuk lenne. Ennek oka a nyomás és a térfogat gyors és nagymértékű növekedése, amely akkor fordul elő, amikor az ezen a hőmérsékleten lévő héliumgázt szobahőmérsékletre melegítik.

Irodalom

A konkrét hivatkozásokat a cikk forrásában található megjegyzések mutatják

  • A kémiai elemek enciklopédia, szerkesztette Cifford A. Hampel, L. W. Brandt "Hélium" bejegyzés (New York; Reinhold Book Corporation; 1968; 256-267. oldal) A Kongresszusi Könyvtár katalóguskódja: 68-29938
  • Emsley, John. A természet építőelemei: A-Z útmutató az elemekhez. Oxford: Oxford University Press, 2001. 175-179. Oldal. ISBN 0-19-850340-7
  • Los Alamos Nemzeti Laboratórium (LANL.gov): Periódusos rendszer, "Hélium" (2002. október 10.; 2005. március 25.; 2005. május 31.)
  • Útmutató az elemekhez: átdolgozott kiadás, Albert Stwertka (New York; Oxford University Press; 1998; 22-24. oldal) ISBN 0-19-512708-0
  • Az elemek: harmadik kiadás, John Emsley (New York; Oxford University Press; 1998; 94-95. oldal) ISBN 0-19-855818-X
  • Az Egyesült Államok Geológiai Szolgálata (usgs.gov): Ásványi információk a héliumról (PDF) (2005. március 31-én; 2006. május 31-én)
  • A csillagközi semleges hélium izotópos összetétele és bősége közvetlen mérések alapján, Zastenker G.N. et al., 1, közzétették az Astrophysics-ben, 2002. április, vol. 45, nem 2., 131–142. Oldal (12) (lásd 2006. május 31-én)
  • A szilárd hélium dinamikus és termodinamikai tulajdonságai az önkonzisztens fononelmélet csökkentett minden szomszédságában lévő közelítésében, C. Malinowska-Adamska, Sŀoma P., J. Tomaszewski, a fizikai állapot szolidibi (b), 240. kötet, 1. kiadás, 55–67. Oldal; Online közzététel: 2003. szeptember 19. (2006. május 31-én tekinthető meg)
  • A szuperfolyadék hélium kétfolyadék modelljeS. Yuan, Yutopian Online (megtekintve 2005. április 4-én; 2006. május 31)
  • Rollin filmárak folyékony héliumban, Henry A. Fairbank és C. T. Lane, Phys. Rev. 76, 1209-1211 (1949), az online archívumból (2006. május 31-én néztek meg)
  • Bevezetés a folyékony héliumba, a NASA Goddard űrrepülési központjában (2005. április 4.)
  • A vákuum VS hélium tesztei egy napelemes távcsőben, Engvold, O .; Dunn, R. B.; Smartt, R. N .; Livingston, W. C… Applied Optics, vol. 1983. január 1., 22. o. 10-12. (összefoglaló: 2006. május 31.)
  • Bányászati ​​Iroda (1967). Ásványi anyagok éves könyve ásványi üzemanyagok, 1965. év, II. Kötet (1967). USA kormányzati nyomdája.
  • Hélium: Alapvető modellek, Don L. Anderson, G. R. Foulger és Anders Meibom (megtekintett: 2005. április 5.; 2006. május 31.)
  • Magas nyomású idegszindróma, Diving Medicine Online (2006. június 1-jén néztem meg)
asztal
  • Nuklidok és izotópok Tizennegyedik kiadás: A nuklidok ábrája, General Electric Company, 1989
  • A WebElements.com és a EnvironmentalChemistry.com a Wikipedia WikiProject Elements irányelveiben foglaltaknak megfelelően (2002. október 10-ig megtekintett)

Megjegyzések

  • 1. megjegyzés: Emsley, A természet építőelemei, p. 177
  • 2. megjegyzés: Emsley, A természet építőelemei, p. 179
  • 3. megjegyzés: American Chemical Society (2004). A hélium felfedezése a földgázban URL hozzáférhető 2006.05.19-én.
  • 4. megjegyzés: Emsley, A természet építőelemei, p. 179

Külső linkek

Az összes link visszakeresve 2017. december 14-én.

  • WebElements: Hélium
  • Ez elemi - hélium
  • Fotók és alkalmazások a héliumról
  • Hélium (a Helsinki Műszaki Egyetemen; nyomás-hőmérsékleti fázisdiagramokat tartalmaz a hélium-3 és a hélium-4 számára)

Pin
Send
Share
Send