ينتمي الهليوم إلى مجموعة الغازات النبيلة. الهيليوم السائل هو أبرد سائل في العالم. في هذه الحالة الإجمالية ، لديها عدد من الميزات الفريدة ، مثل السيولة الفائقة والموصلية الفائقة. سنتعرف أكثر على خصائصه لاحقًا.
غاز الهليوم
الهيليوم مادة بسيطة منتشرة على نطاق واسع في الكون في حالة غازية. في الجدول الدوري لمندليف ، هو الثاني مباشرة بعد الهيدروجين. يشير إلى الغازات الخاملة أو النبيلة.
العنصر يسمى "هو". من اليونانية القديمة ، اسمها يعني "الشمس". في البداية كان من المفترض أنه معدن. ومع ذلك ، اتضح أن هذا غاز أحادي الذرة. الهيليوم هو ثاني أخف مادة كيميائية وهو عديم الطعم واللون والرائحة. لديه أدنى نقطة غليان.
غاز مثالي في ظل الظروف العادية. بالإضافة إلى الغازية ، فهي قادرة على أن تكون في حالة صلبة وسائلة. يتجلى خمولها في التفاعل غير النشط مع المواد الأخرى. انه عمليا لا يذوب في الماء. للأغراض الصناعية ، يتم استخراجه من الغاز الطبيعي وفصله عن الشوائب بهباستخدام تبريد قوي.
يمكن أن يكون الغاز خطرا على البشر. تؤدي زيادة تركيزه في الهواء إلى نقص الأكسجين في الدم ، وهو ما يسمى في الطب بتجويع الأكسجين. عند تناوله بكميات كبيرة يسبب القيء وفقدان الوعي والموت احيانا.
تسييل الهليوم
يمكن لأي غاز أن يدخل في حالة سائلة من التجميع في ظل ظروف معينة. يشيع استخدام التسييل في الصناعة وكذلك في البحث العلمي. بالنسبة لبعض المواد ، يكفي ببساطة زيادة الضغط. البعض الآخر ، مثل الهليوم ، يصبح سائلاً فقط عند تبريده.
إذا كانت درجة حرارة الغاز أعلى من النقطة الحرجة ، فلن يتكثف ، مهما كان الضغط. بالنسبة للهيليوم ، النقطة الحرجة هي 5.19 كلفن ، وبالنسبة لنظيرها 3H فهي 3.35 كلفن
الهيليوم السائل هو سائل شبه مثالي. يتميز بغياب التوتر السطحي واللزوجة. بعد تغيير الضغط ودرجة الحرارة ، يظل حجمه كما هو. الهليوم السائل له توتر منخفض للغاية. المادة عديمة اللون و شديدة السيولة.
خصائص الهليوم السائل
في الحالة السائلة ، لا يمكن تمييز الهيليوم بشكل جيد ، لأنه ينكسر بشكل ضعيف أشعة الضوء. في ظل ظروف معينة ، لها خصائص سائل كمي. نتيجة لذلك ، عند الضغط العادي ، لا تتبلور حتى عند درجة حرارة 273.15 مئوية (الصفر المطلق). جميع المواد المعروفة الأخرى تصلب في ظل هذه الظروف.
درجة الحرارة التي يبدأ عندها غليان الهيليوم السائل هي -268.9 درجة مئوية. تختلف الخصائص الفيزيائية لنظائره بشكل كبير. على سبيل المثال ، يغلي الهيليوم -4 عند 4.215 كلفن
هو سائل Bose ، الذي يتميز بانتقالات طورية عند درجات حرارة 2 ، 172 كلفن وأقل. تتميز المرحلة He II بالسيولة الفائقة والتوصيل الفائق. عند درجات حرارة أقل من الطور ، يحدث He I و He II في وقت واحد ، بسبب ظهور سرعتين للصوت في السائل.
الهليوم 3 هو سائل فيرمي. يغلي عند 3.19 كلفن. لا يمكن للنظير أن يحقق السيولة الفائقة إلا في درجات حرارة منخفضة جدًا (بضعة ملي كلفن) عندما يكون هناك تجاذب كافٍ بين جزيئاته.
الهليوم الفائض
يدين العلم بدراسة مفهوم السيولة الفائقة للأكاديميين S. P. Kapitsa و L. D Landau.
استنتج الأكاديمي أنه بعد انخفاض درجة حرارة الهيليوم إلى أقل من 2 ، 172 كلفن ، تنتقل المادة من الحالة الطبيعية إلى حالة جديدة تمامًا ، تسمى الهليوم -2. في هذه المرحلة ، تمر المادة عبر الشعيرات الدموية والثقوب الضيقة دون أدنى احتكاك. هذه الحالة تسمى "السيولة الفائقة".
في عام 1941 ، واصل لانداو ل.د دراسة خصائص الهليوم السائل وطور نظرية السيولة الفائقة. يشرحلقد أخذها بالطرق الكمومية ، مطبقًا مفهوم طيف الطاقة للإثارة.
تطبيقات الهليوم
تم اكتشاف عنصر الهيليوم في طيف الشمس عام 1868. اكتشف ويليام رامزي على الأرض عام 1895 ، وبعد ذلك تمت دراسته لفترة طويلة ولم يتم استخدامه في المجال الاقتصادي. في النشاط الصناعي ، بدأ استخدامه كوقود للطائرات خلال الحرب العالمية الأولى.
يستخدم الغاز بنشاط للتغليف في صناعة المواد الغذائية ، في صهر المعادن. يستخدمه الجيولوجيون لاكتشاف العيوب في قشرة الأرض. يستخدم الهيليوم السائل بشكل أساسي كمبرد قادر على الحفاظ على درجات حرارة منخفضة للغاية. هذه الخاصية ضرورية للبحث العلمي.
السائل المبرد يستخدم في الآلات الكهربائية المبردة ، في مسح المجاهر النفقية ، في أجهزة التصوير المقطعي بالرنين المغناطيسي النووي ، في مسرعات الجسيمات المشحونة.
الخلاصة
الهيليوم غاز خامل أو نبيل يظهر نشاطًا منخفضًا في التفاعل مع المواد الأخرى. في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية ، يأتي في المرتبة الثانية بعد الهيدروجين. في الطبيعة ، المادة في الحالة الغازية. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن تدخل في حالات التجميع الأخرى.
السمة الرئيسية للهيليوم السائل هي السيولة الفائقة وعدم قدرته على التبلور عند الضغط العادي ، حتى لو وصلت درجة الحرارة إلى الصفر المطلق. خصائص نظائر المادة ليست هي نفسها. حرجةدرجات الحرارة وظروف الغليان ودوران جزيئاتها.
