Heli thuộc nhóm khí quý. Heli lỏng là chất lỏng lạnh nhất trên thế giới. Ở trạng thái tổng hợp này, nó có một số tính năng độc đáo, chẳng hạn như tính siêu lỏng và siêu dẫn. Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về các thuộc tính của nó sau.
Khí heli
Heli là một chất đơn giản phân bố rộng rãi trong Vũ trụ ở trạng thái khí. Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev, ông đứng thứ hai và ngay sau hydro. Nó đề cập đến khí trơ hoặc khí quý.
Phần tử được chỉ định là "He". Từ tiếng Hy Lạp cổ đại, tên của nó có nghĩa là "Mặt trời". Lúc đầu người ta cho rằng đó là kim loại. Tuy nhiên, hóa ra đây là một chất khí đơn thể. Heli là hóa chất nhẹ thứ hai và không vị, không màu và không mùi. Có nhiệt độ sôi thấp nhất.
Ở điều kiện bình thường, nó là một khí lý tưởng. Ngoài thể khí, nó có khả năng ở trạng thái rắn và lỏng. Tính trơ của nó được thể hiện ở sự tương tác không hoạt động với các chất khác. Nó thực tế không hòa tan trong nước. Đối với mục đích công nghiệp, nó được chiết xuất từ khí tự nhiên, tách nó khỏi các tạp chất vớisử dụng làm mát mạnh mẽ.
Khí có thể gây nguy hiểm cho con người. Nồng độ của nó trong không khí tăng lên dẫn đến thiếu oxy trong máu, mà trong y học gọi là đói oxy. Khi uống một lượng lớn, nó sẽ gây nôn mửa, bất tỉnh và đôi khi tử vong.
Hóa lỏng heli
Bất kỳ chất khí nào cũng có thể chuyển sang trạng thái lỏng kết tụ trong những điều kiện nhất định. Hóa lỏng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp cũng như nghiên cứu khoa học. Đối với một số chất, chỉ cần tăng áp suất là đủ. Những chất khác, chẳng hạn như heli, chỉ trở thành chất lỏng khi được làm lạnh.
Nếu nhiệt độ khí trên điểm tới hạn, nó sẽ không ngưng tụ, bất kể áp suất là bao nhiêu. Đối với heli, điểm tới hạn là 5,19 Kelvin, đối với đồng vị 3He của nó là 3,35 K.
Heli lỏng là một chất lỏng gần như hoàn hảo. Nó được đặc trưng bởi không có sức căng bề mặt, độ nhớt. Sau khi thay đổi áp suất và nhiệt độ, thể tích của nó không đổi. Heli lỏng có sức căng cực thấp. Chất này không màu và có tính lỏng cao.
Tính chất của helium lỏng
Ở trạng thái lỏng, helium rất khó phân biệt, vì nó khúc xạ các tia sáng yếu. Trong những điều kiện nhất định, nó có các đặc tính của một chất lỏng lượng tử. Do đó, ở áp suất bình thường, nó không kết tinh ngay cả ở nhiệt độ -273,15 độ C (độ không tuyệt đối). Tất cả các chất đã biết khác đều đông đặc trong những điều kiện này.
Nhiệt độ mà Heli lỏng bắt đầu sôi là -268,9 độ C. Tính chất vật lý của các đồng vị của nó khác nhau đáng kể. Ví dụ, heli-4 sôi ở 4,215 K.
Nó là chất lỏng Bose, có đặc điểm là chuyển pha ở nhiệt độ 2, 172 Kelvin trở xuống. Pha He II được đặc trưng bởi tính siêu lỏng và độ dẫn siêu nhiệt. Ở nhiệt độ dưới pha, He I và He II xảy ra đồng thời, do đó hai tốc độ âm thanh xuất hiện trong chất lỏng.
Helium-3 là chất lỏng Fermi. Nó sôi ở 3,19 Kelvin. Một đồng vị chỉ có thể đạt được tính siêu lỏng ở nhiệt độ rất thấp (vài milimét) khi có đủ lực hút giữa các hạt của nó.
Heli siêu lỏng
Khoa học có ơn các học giả S. P. Kapitsa và L. D. Landau đã nghiên cứu về khái niệm siêu lỏng.
Viện sĩ kết luận rằng sau khi nhiệt độ của heli giảm xuống dưới 2, 172 K, chất này sẽ chuyển từ pha của trạng thái bình thường sang một pha hoàn toàn mới, gọi là heli-II. Trong pha này, chất đi qua các mao quản và các lỗ hẹp mà không có ma sát nhỏ nhất. Trạng thái này được gọi là "siêu lỏng".
Năm 1941 Landau L. D. tiếp tục nghiên cứu các tính chất của heli lỏng và phát triển lý thuyết về tính siêu lỏng. Giải thíchông đã lấy nó bằng phương pháp lượng tử, áp dụng khái niệm phổ năng lượng của sự kích thích.
Ứng dụng Helium
Nguyên tố heli được phát hiện trong quang phổ của Mặt trời vào năm 1868. Trên Trái đất, nó được William Ramsay phát hiện vào năm 1895, sau đó nó được nghiên cứu trong một thời gian dài và không được sử dụng trong lĩnh vực kinh tế. Trong hoạt động công nghiệp, nó bắt đầu được sử dụng làm nhiên liệu cho khí cầu trong Chiến tranh thế giới thứ nhất.
Khí được sử dụng tích cực để đóng gói trong ngành công nghiệp thực phẩm, trong quá trình nấu chảy kim loại. Các nhà địa chất sử dụng nó để phát hiện các đứt gãy trong vỏ trái đất. Heli lỏng chủ yếu được sử dụng làm chất làm lạnh có khả năng duy trì nhiệt độ cực thấp. Thuộc tính này cần thiết cho nghiên cứu khoa học.
Chất lỏng làm mát được sử dụng trong máy điện lạnh, trong kính hiển vi quét đường hầm, trong các thiết bị chụp cắt lớp NMR y tế, trong máy gia tốc hạt tích điện.
Kết
Heli là một khí trơ hoặc khí quý thể hiện hoạt tính thấp trong tương tác với các chất khác. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, nó đứng ở vị trí thứ hai, sau hydro. Trong tự nhiên, vật chất ở trạng thái khí. Trong những điều kiện nhất định, nó có thể chuyển sang trạng thái tổng hợp khác.
Tính năng chính của helium lỏng là tính siêu lỏng và không có khả năng kết tinh ở áp suất bình thường, ngay cả khi nhiệt độ đạt đến độ không tuyệt đối. Tính chất của các đồng vị của một chất không giống nhau. Quan trọng của họnhiệt độ, điều kiện sôi của chúng và độ quay của các hạt của chúng.
