Heliwm: Eiddo, nodweddion, cais

Heliwm - nwy anadweithiol o grŵp 18 o'r tabl cyfnodol. Dyma'r elfen ail ysgafnaf ar ôl hydrogen. Heliwm - nwy heb liw, arogl a blas sy'n dod hylif ar dymheredd o -268.9 ° C. pwynt berwi ac ei bwynt rhewi is nag unrhyw sylwedd hysbys eraill. Dyma'r unig elfen sydd ddim yn solidify gyda oeri ar wasgedd atmosfferig arferol. Symudodd i'r cyflwr solet fod yn 25 atmosfferau, ar dymheredd o 1 K.

Hanes o ddarganfod

Heliwm Daethpwyd o hyd yn yr atmosffer nwy o amgylch yr haul, y seryddwr Ffrengig Pierre Zhansenom fod yn 1868 yn ystod Eclipse wedi dod o hyd llinell melyn llachar yn y sbectrwm y chromosphere solar. I ddechrau roedd yn cymryd yn ganiataol bod y llinell hon yn cynrychioli elfen sodiwm. Yn yr un flwyddyn, a welwyd seryddwr Saesneg Dzhozef Norman Lockyer llinell felen yn y sbectrwm solar, nad oedd yn cyfateb i linellau sodiwm hysbys D ₁ a D _2, ac felly mae'n cael ei enwi ei linell D _3. Lockyer casgliad bod cafodd ei achosi gan sylwedd yn yr Haul anhysbys ar y Ddaear. Ef a fferyllydd Edward Frankland yn yr elfen teitl defnyddio'r enw Groeg 'Helios' Haul

Yn 1895, roedd y fferyllydd Prydeinig Syr Uilyam Ramzay wedi profi bodolaeth heliwm ar y Ddaear. Cafodd mwynau wraniwm-dwyn cleveite sampl, ac ar ôl edrych ar y nwyon a ffurfiwyd yn ystod gwresogi, canfyddir bod llinell melyn llachar yn y sbectrwm cyd-fynd â llinell D _3, arsylwyd yn y sbectrwm solar. Felly, elfen newydd ei gosod o'r diwedd. Ym 1903 Canfu Ramsay a Frederick Soddy fod heliwm yn gynnyrch o bydredd digymell o sylweddau ymbelydrol.

Dosbarthiad yn natur

Mae màs o heliwm yn ymwneud â 23% o gyfanswm y màs y bydysawd, a'r elfen yw'r ail fwyaf cyffredin yn y gofod. Mae'n cael ei grynhoi mewn sêr, lle mae hydrogen yn cael ei ffurfio gan y ymasiad o ganlyniad. Er bod yr heliwm yn yr atmosffer mewn crynodiad o 1 rhan i 200 fed. (5 rhyf) ac yn cael ei gynnwys yn symiau bach o fwynau ymbelydrol, chwarren feteorynnau, yn ogystal â ffynonellau mwynau, symiau mawr o elfen a geir yn yr Unol Daleithiau (yn enwedig yn Texas, New Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah, Arizona a) fel cydran (i 7.6%) o nwy naturiol. Bach a ei gronfeydd wrth gefn wedi cael eu darganfod yn Awstralia, Algeria, Gwlad Pwyl, Qatar a Rwsia. Yn y crynodiad heliwm crwst yn dim ond tua 8 ppb.

isotopau

Mae craidd pob un o'r atom heliwm yn cynnwys dau protonau, ond, fel ag elfennau eraill, mae wedi isotopau. Maent yn cynnwys o un i chwech niwtron, felly mae eu rhifau màs o eiddo tri i wyth. Stable o'r rhain yn elfennau y mae eu pwysau yn cael ei bennu gan heliwm rhif atomig 3 ⁽³ Efe) a 4 ⁽⁴ Ef). Mae pob ymbelydrol eraill ac yn gyflym i mewn i bydru sylweddau eraill. Nid heliwm Ddaear yn rhan gwreiddiol o'r blaned, iddo gael ei ffurfio o ganlyniad i ddadfeiliad ymbelydrol. gronynnau alffa a allyrrir gan niwclysau o sylweddau ymbelydrol trwm yn isotop ⁴ Efe niwclews. Nid heliwm yn cronni mewn symiau mawr yn yr atmosffer, gan nad disgyrchiant y Ddaear yn ddigon i atal rhag yn gynyddol gollwng i'r gofod. Mae olion o ³ Ef yn y byd yn cael eu hegluro hydrogen dadfeiliad beta negyddol prin-3 elfen (tritiwm). ⁴ Ef yw'r mwyaf cyffredin o isotopau sefydlog: ⁴ cymhareb Ef atomau tuag at y ³ Mae'n tua 700 mil 1 atmosffer a tua 7 miliwn erbyn 1 mewn rhai mwynau heliwm sy'n llawn ..

Priodweddau ffisegol heliwm

pwynt berwi a toddi yr eitem hon ar eu hisaf. Am y rheswm hwn, heliwm yn bodoli fel nwy ac eithrio mewn amgylchiadau eithafol. Mae'n nwy yn cael ei hydoddi mewn dŵr yn llai nag unrhyw nwy eraill, ac mae cyfradd y trylediad drwy'r corff solet yn dair gwaith yn fwy na hynny o aer. Mae ei mynegai blygiannol o agosaf dulliau 1.

Mae dargludedd thermol y heliwm yn ail yn unig i hydrogen dargludedd thermol, gwres penodol ac mae ei hynod o uchel. Ar dymereddau cyffredin y mae'n cael ei gynhesu yn ystod ehangu, ac yn is na 40 K - oeri. Felly, ar T <40 K heliwm Gellir droi'n hylif trwy ehangu.

Elfen yn ynysydd, os nad yw yn y cyflwr ionized. Fel yn achos nwyon nobl eraill, mae gan heliwm yn lefelau egni metastable sy'n caniatáu iddo gael ei ionized gan ryddhau trydan pan foltedd yn is na'r potensial ionization.

Heliwm-4 yn unigryw gan fod ganddi ddwy ffurf hylif. Arfer a elwir yn heliwm I ac yn bodoli ar dymheredd sy'n amrywio o berwbwynt 4.21 K (-268,9 ° C) i tua 2,18 K (-271 ° C). dargludedd thermol is o 2,18 K ⁴ Mae'n dod yn 1000 gwaith yn fwy na hynny o gopr. Gelwir y ffurflen hon yn cael ei heliwm II, i'w wahaniaethu oddi wrth y cyffredin. Mae wedi superfluid: viscosity mor isel fel na ellir ei fesur. Heliwm II yn lledaenu i mewn i ffilm denau ar wyneb unrhyw sylwedd sydd yn y cwestiwn, a ffilm hon yn llifo heb ffrithiant hyd yn oed yn erbyn disgyrchiant.

Llai toreithiog heliwm-3 yn ffurfio tri cham hylif gwahanol, dwy ohonynt yn superfluid. Superfluidity o bob ⁴ Cafodd ei ddarganfod gan y ffisegydd Sofietaidd Petrom Leonidovichem Kapitsey yng nghanol y 1930au, ac yn yr un ffenomen yn y ³ Cafodd ei sylwi gyntaf gan Douglas D. Osheroff, David M. Lee, a Robert C. Richardson yn yr Unol Daleithiau yn 1972.

Cymysgedd hylif o ddau isotop o heliwm-3 a -4 ar dymereddau islaw 0.8 K (-272.4 ° C) wedi ei rannu yn ddwy haen - mae ei hanfod pur ³ Efe a ⁴ Mae'n gymysgedd gyda 6% o heliwm-3. Diddymu ³ Efe yn ⁴ Efe yn cyd-fynd yr effaith oeri sy'n cael ei ddefnyddio mewn strwythurau cryostat lle mae'r tymheredd yn is na heliwm 0.01 K (-273,14 ° C) a'i gynnal am ychydig ddyddiau.

cysylltiadau

O dan amodau arferol, heliwm yn gemegol anadweithiol. Yn eithafol gall greu elfen cyfansawdd nad yw ar ddangosyddion tymheredd a gwasgedd normal yn sefydlog. Er enghraifft, gall heliwm ffurfio cyfansoddion gyda ïodin, twngsten, fflworin, ffosfforws a sylffwr, phan destun rhyddhad glow trydanol neu drwy bomio electron yn y cyflwr plasma. Felly iddi gael ei chreu HeNe, HgHe _10, Ystadau Iechyd Cymru ₂ ac ïonau moleciwlaidd Ef ₂ ⁺ ₂ Ddim yn ^++, heh ⁺ a hed ^+. Mae'r dechneg hon hefyd wedi bod yn moleciwl niwtral Ef ₂ a HgHe.

plasma

Yn y bydysawd a ddosbarthwyd fanteisiol heliwm ionized, y mae eu heiddo yn wahanol sylweddol o'r moleciwlaidd. Nid yw'r electronau a phrotonau yn gysylltiedig, ac mae ganddo dargludedd trydanol yn uchel iawn hyd yn oed mewn cyflwr ionized rhannol. Ar ronynnau wedi'u gwefru ei ddylanwadu yn fawr gan feysydd magnetig a thrydan. Er enghraifft, yn y gwynt solar gyda ïonau heliwm rhyngweithio â'r ionized ddaear fagnetosffer hydrogen, gan achosi i'r Aurora Borealis.

Mae darganfod dyddodion yn yr Unol Daleithiau

Ar ôl drilio ym 1903 yn Dexter, Kansas, fe'i gafwyd gan nwy nad ydynt yn fflamadwy. I ddechrau, nid oedd yn hysbys ei fod yn cynnwys heliwm. Pa nwy ei ganfod, cyflwr a nodwyd Erasmus Haworth daearegwr, sydd wedi casglu ei samplau a Phrifysgol Kansas drwy fferyllwyr Kedi Gamiltona a David McFarland canfod ei fod yn cynnwys 72% nitrogen, 15% methan, 1% hydrogen ac nid oedd 12% yn cael ei nodi. Ar ôl treulio'r dadansoddiad dilynol, mae'r ymchwilwyr fod 1.84% o'r sampl o heliwm. Felly, rydym yn gwybod bod yr elfen hon cemegyn yn bresennol mewn symiau mawr yn nyfnderoedd y Gwastadeddau Mawr, lle y gellir ei dynnu o'r nwy naturiol.

cynhyrchu diwydiannol

Mae hyn wedi gwneud yr Unol Daleithiau cynhyrchiad y byd o arweinydd heliwm. Ar awgrym gan Syr Richard Threlfall, a ariennir gan y Llynges yr Unol Daleithiau dri planhigyn peilot bychan i gynhyrchu sylwedd hwn yn ystod y Rhyfel Byd Cyntaf i sicrhau bod y balwnau morglawdd nwy codi nad ydynt yn fflamadwy ysgafn. Yn ôl y rhaglen hon yn cael eu cynhyrchu mewn cyfanswm 5700 m ³ 92 y cant Ef, er bod hyn yn cael dim ond o leiaf 100 litr o nwy. Mae rhan o'r swm hwn yn cael ei ddefnyddio mewn awyrlong heliwm gyntaf y byd y Llynges yr Unol Daleithiau C-7, a wnaeth ei mordaith gyntaf o Ffyrdd Hampton (Virginia) yn BOLLING Field (Washington, DC) 7 Rhagfyr, 1921.

Er nad yw'r broses o nwy tymheredd hylif isel ar y pryd yn datblygu'n ddigonol i fod yn sylweddol yn ystod y Rhyfel Byd Cyntaf, parhad cynhyrchu. Heliwm yn cael ei ddefnyddio yn gyffredinol fel nwy lifft mewn awyrennau. Mae'r galw am ei fod wedi cynyddu yn ystod yr Ail Ryfel Byd pan gafodd ei defnyddio gyda weldio arc cysgodi. Mae gan y elfen bwysig iawn yn y gwaith o bom atomig "Manhattan" greu.

gwarchodfa Cenedlaethol yr Unol Daleithiau

Ym 1925, roedd y llywodraeth Unol Daleithiau greodd y warchodfa Genedlaethol heliwm yn Amarillo, Texas, i ddarparu awyrlongau milwrol yn amser rhyfel a awyrlongau masnachol mewn cyfnod o heddwch. Mae'r defnydd o nwy yn disgyn ar ôl yr Ail Byd, ond cynyddwyd y stoc yn 1950 i ddarparu, ymhlith pethau eraill, mae'n ei gyflenwi fel oerydd a ddefnyddir wrth gynhyrchu Danwydd ocsigen-hydrogen yn ystod y ras i'r gofod a'r Rhyfel Oer. Mae'r defnydd o heliwm yn yr Unol Daleithiau yn 1965, wyth gwaith yn uwch na'r defnydd brig yn ystod y rhyfel.

Ar ôl mabwysiadu'r y gyfraith ar heliwm 1960 Mwyngloddio Bureau Streak 5 cwmnïau preifat i dynnu yr elfen o nwy naturiol. Mae'r rhaglen hon yn ei adeiladu biblinell 425-km i gysylltu planhigion hyn gyda'r maes nwy llywodraeth disbyddu rhannol ger Amarillo, Texas. cymysgedd heliwm-nitrogen bwmpio i mewn storio dan y ddaear, a bu yno hyd nid oes angen ynddo.

Erbyn 1995, mae nifer y stoc yn cael ei ymgynnull biliwn metr ciwbig, tra bod y ddyled y warchodfa Cenedlaethol o 1.4 biliwn o ddoleri, a ysgogodd Cyngres yr Unol Daleithiau yn 1996 i ddirwyn ohono. Yn dilyn mabwysiadu'r yn 1996 y gyfraith ar breifateiddio heliwm Weinyddiaeth Adnoddau Naturiol lansio siop diddymiad yn 2005.

Glân a chynhyrchu

Heliwm gynhyrchwyd nes bod 1945 yn flwyddyn purdeb o tua 98%, eraill 2% oedd yn y nitrogen sydd yn ddigonol ar gyfer awyrlongau. Yn 1945, mae'n cynhyrchu swm bach o 99.9 y cant o nwy ar gyfer defnyddio mewn weldio arc. Erbyn 1949, y purdeb yr elfen sy'n deillio wedi cyrraedd 99.995%.

Am nifer o flynyddoedd a gynhyrchir yn yr Unol Daleithiau yn fwy na 90% o heliwm masnachol y byd. Ers 2004, bob blwyddyn yr oedd yn gweithio allan 140 miliwn m ^3, 85% ohonynt yn digwydd yn yr Unol Daleithiau, mae 10% yn cael ei wneud yn Algeria, ac mae'r gweddill - yn Rwsia a Gwlad Pwyl. Y prif ffynonellau o heliwm yn y byd yn feysydd nwy naturiol Texas, Oklahoma a Kansas.

Mae'r broses ar gyfer cael

Heliwm (purdeb 98.2%) yn cael ei adennill o'r troi'n hylif nwy naturiol drwy cydrannau eraill ar dymheredd isel ac ar bwysau uchel. Mae arsugno o nwyon eraill oeri actifadu gall carbon gyrraedd y purdeb o 99.995%. Mae ychydig bach o heliwm a gynhyrchwyd yn ystod troi'n hylif aer ar raddfa fawr. O'r 900 o dunelli o aer yn gallu cael tua 3.17 metr ciwbig. m nwy.

Meysydd o gais

nwy nobl wedi cael ei ddefnyddio mewn gwahanol feysydd.

• Heliwm, a oedd yn eiddo yn caniatáu i gael dymheredd isel iawn, yn cael ei ddefnyddio fel asiant oeri mewn LHC, MRI apparatuses magnet superconducting a sbectromedrau cyseiniant magnetig niwclear, offer lloeren, yn ogystal ag ar gyfer troi'n hylif ocsigen a hydrogen mewn taflegrau "Apollo".
• Gan fod y nwy anadweithiol ar gyfer weldio alwminiwm ac eraill. Metelau wrth gynhyrchu lled-ddargludyddion a ffibrau optegol.
• .. Creu pwysedd yn y tanciau tanwydd o beiriannau roced, yn enwedig y rhai sy'n gweithredu ar hydrogen hylifol, t yn unig nwy heliwm cadw ei gyflwr agregu pan hydrogen yn parhau i fod hylifol);
• Ef-Ne laserau nwy yn cael eu defnyddio i sganio cod bar ar y swyddfa docynnau mewn archfarchnadoedd.
• microsgop heliwm-ion yn eich galluogi i gael y ddelwedd orau nag electronig.
• Oherwydd athreiddedd uchel y nwy nobl yn cael ei ddefnyddio i brofi gollyngiadau, er enghraifft mewn systemau aerdymheru car, yn ogystal â llenwi gyflym y bag awyr ar gwrthdrawiad.
• dwysedd isel yn caniatáu i peli addurniadol llenwi â heliwm. Mae'r nwy anadweithiol yn cael ei ddisodli nwy hydrogen ffrwydrol mewn awyrlongau a balŵns. Er enghraifft, mewn meteoroleg, balwnau heliwm yn cael eu defnyddio i godi'r offeryn mesur.
• Mae'r oerydd cryogenig yn cael ei ddefnyddio, gan fod y tymheredd yr elfen gemegol yn yr isafswm cyflwr hylifol posibl.
• Heliwm, a oedd yn eiddo ei darparu yn adweithedd isel a hydoddedd dŵr (a gwaed), mewn cymysgedd gydag ocsigen wedi dod o hyd gais mewn fformwleiddiadau anadlol i sgwba-blymio a chynnal gwaith geson.
• Feteorynnau a chreigiau yn cael eu dadansoddi am gynnwys yr elfen hon i benderfynu ar eu hoedran.

Heliwm: priodweddau'r elfen

Roedd prif nodweddion ffisegol fel a ganlyn:

• rhif atomig: 2.
• Mae màs cymharol yr atom heliwm: 4.0026.
• Toddi pwynt: dim.
• berwbwynt: -268,9 ° C.
• Dwysedd (1 atm, 0 ° C): 0,1785 g / n.
• Cyflwr ocsidiad 0.