Helium: Eigenschaften, Eigenschaften, Anwendung

Helium – Inertgas der Gruppe 18 des Periodensystems. Dies ist das zweite Element nach dem leichtesten Wasserstoff. Helium – Gas ohne Farbe, Geruch und Geschmack, der bei einer Temperatur von -268,9 ° C flüssig wird, Siedepunkt und dessen Gefrierpunkt niedriger als die irgendeines anderen bekannten Substanz. Es ist das einzige Element, das nicht mit erstarrt bei normalen Atmosphärendruck zu kühlen. Er bewegt in den festen Zustand muß 25 Atmosphären, bei einer Temperatur von 1 K.

Geschichte der Entdeckung

Helium wurde in der Gasatmosphäre rund um die Sonne, den Französisch Astronomen Pierre Zhansenom festgestellt, dass im Jahr 1868 während einer Sonnenfinsternis hat eine leuchtend gelbe Linie im Spektrum des Sonne Chromosphäre gefunden. Ursprünglich wurde angenommen, dass diese Linie das Element Natrium darstellt. Im selben Jahr, beobachtete englischen Astronom Dzhozef Norman Lockyer eine gelbe Linie im Sonnenspektrum, die zu bekannten Natriumleitungen D entsprechen nicht ₁ und D _2, und daher ist es eine Linie D _{3 benannt.} Lockyer Schluss gekommen, dass es durch eine Substanz in der Sonne auf der Erde unbekannt verursacht wurde. Er und Chemiker Edward Frank im Titel-Elemente mit dem griechischen Namen ‚Helios‘ Sun.

Im Jahr 1895 hat sich der britische Chemiker Sir Uilyam Ramzay die Existenz von Helium auf der Erde bewährt. Er erhielt Probe Cleveit uranhaltigen Mineralien und nachdem die Gase während des Erhitzens gebildet Prüfung wird festgestellt , dass helle gelbe Linie im Spektrum deckt sich mit der Linie D _3, in dem Sonnenspektrum beobachtet. So wurde ein neues Element schließlich installiert. Im Jahr 1903 fanden Ramsay und Frederick Soddy daß Helium ein Produkt des spontanen Zerfalls von radioaktiven Substanzen ist.

Helium-Eigenschaften

Verteilung in der Natur

Die Masse des Heliums ist etwa 23% der Gesamtmasse des Universums, und das Element ist die zweithäufigste im Raum. Es wird in den Sternen konzentriert, wobei Wasserstoff aus der resultierenden Fusion gebildet wird. Obwohl das Helium in der Atmosphäre in einer Konzentration von 1 Teil auf 200 Tsd. (5 ppm) und wird in kleinen Mengen von radioaktiven Mineralien, Meteoriten Drüse, sowie Mineralquellen, großer Mengen des Elements in den Vereinigten Staaten (vor allem in Texas, New gefunden enthält Mexico City, Kansas, Oklahoma, Utah und Arizona) als Komponente (auf 7,6%) Erdgas. Kleine und seine Reserven wurden in Australien, Algerien, Polen, Katar und Russland entdeckt. In der Kruste Heliumkonzentration nur etwa 8 ppb.

Isotope

Der Kern jedes des Heliumatoms enthält zwei Protonen, sondern, wie mit anderen Elementen, hat es Isotopen. Sie enthalten ein bis sechs Neutronen, so dass ihre Massenzahlen von drei bis acht Jahren. Stable von diesen sind die Teile , deren Gewicht durch Heliumatomzahl 3 ⁽³ He) und 4 ⁽⁴ He) bestimmt wird. Alle anderen radioaktiven und zerfallen schnell in andere Stoffe. Erde Helium kein Originalteil des Planeten ist, wurde es als Folge des radioaktiven Zerfalls gebildet. Alphateilchen durch Kern von radioaktiven Schwer Substanzen emittiert werden , Isotop ⁴ He Kern. Helium reichert sich nicht in großen Mengen in der Atmosphäre, weil die Erdanziehung nicht ausreichend ist, um es zu verhindern, dass schrittweise in den Raum austritt. Spuren von ^3He in der Welt negativ Beta – Zerfall Wasserstoff selten-3 Element (Tritium) erläutern. ⁴ Er ist die am häufigsten von stabilen Isotopen: ⁴ – Verhältnis von He – Atom in Richtung der ³ He etwa 700 Tausend bis 1 Atmosphäre und etwa 7 Millionen um 1 in einigen heliumreichen Mineralien ..

Helium Masse

Die physikalischen Eigenschaften von Helium

Kochen und Schmelzpunkt dieses Artikels am niedrigsten sind. Aus diesem Grunde existiert Helium als Gas außer in extremen Bedingungen. He-Gas wird in Wasser gelöst, geringer als die von einem anderen Gas, und die Rate der Diffusion durch den festen Körper ist dreimal höher als die von Luft. Sein Brechungsindex der nächsten 1 annähert.

Die thermische Leitfähigkeit des Heliums ist nur noch von Wasserstoff Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme und seine außerordentlich hoch. Bei gewöhnlichen Temperaturen wird es erwärmt während der Expansion und unter 40 K – gekühlt. Daher kann bei T <40 K Helium in eine Flüssigkeit umgewandelt werden, indem zu erweitern.

Element ist ein Isolator, wenn nicht in dem ionisierten Zustand befindet. Wie bei anderen Edelgasen Helium hat ein metastabiles Energieniveau, die es ermöglichen, durch eine elektrische Entladung ionisiert wird, wenn eine Spannung unter dem Ionisierungspotential ist.

Helium-4 ist insofern einzigartig, dass es zwei flüssige Formen. Übliche Helium genannt I und existiert bei Temperaturen vom Siedepunkt von 4,21 K bis hin (-268,9 ° C) bis etwa 2,18 K (-271 ° C). Geringere Wärmeleitfähigkeit von 2,18 K ⁴ Er wird 1000 – mal größer als die von Kupfer. Diese Form wird Helium II, genannt es von den gewöhnlichen zu unterscheiden. Es hat sich suprafluiden: Viskosität so niedrig ist, dass sie nicht gemessen werden kann. Helium II breitet sich in einem dünnen Film auf der Oberfläche von Stoffen, die betroffen ist, und dieser Film fließt ohne Reibung auch gegen die Schwerkraft.

Weniger reichlich Helium-3 bildet drei verschiedene flüssige Phasen, von denen zwei suprafluiden sind. Superfluidität in ⁴ He von der sowjetischen Physiker entdeckt wurde Petrom Leonidovichem Kapitsey in Mitte der 1930er Jahre, und das gleiche Phänomen in den ersten ³ von Douglas D. Osheroff, David M. Lee und Robert C. Richardson von den Vereinigten Staaten im Jahr 1972 bemerkte er war.

Eine flüssige Mischung aus zwei Isotope von Helium-3 und -4 bei Temperaturen unterhalb von 0,8 K (-272,4 ° C) in zwei Schichten unterteilt ist , – ein im wesentlichen reinen ³ He und ⁴ He – Mischung mit 6% Helium-3. Die Auflösung von ³ He in ⁴ wird er von der Kühlwirkung begleitet , die in Kryostaten Strukturen verwendet , bei dem die Heliumtemperatur unter 0,01 K (-273,14 ° C) und für einige Tage aufrechterhalten.

Ballons mit Helium

Verbindungen

Unter normalen Bedingungen ist, Helium chemisch inert. Im Extrem kann eine Verbindung Element, das bei normaler Temperatur und Druckanzeigen sind nicht stabil erstellen. Beispielsweise Helium können Verbindungen mit Jod, Wolfram, Fluor, Phosphor und Schwefel, bilden, wenn sie an eine elektrische Glimmentladung oder durch Elektronenbeschuß im Plasmazustand ausgesetzt. So wurde HeNe, HgHe _{10 erstellt,} WHE ₂ und Molekülionen He ₂ ⁺ ₂ Nicht ^++, HeH ⁺ und HED ^+. Diese Technik ist auch ein neutrales Molekül Er ₂ und HgHe gewesen.

Plasma

Im Universum vorteilhaft ionisierten Helium verteilt, deren Eigenschaften unterscheiden sich wesentlich von der Molekül. Die Elektronen und Protonen nicht verbunden, und es hat eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit selbst in einem teilweise ionisierten Zustand. Auf geladene Teilchen durch magnetische und elektrische Felder stark beeinflusst. Beispielsweise interagieren, in dem Sonnenwind mit Heliumionen mit der ionisierten Wasserstoff magnetosphere Erde, das Nordlicht verursacht.

Heliumtemperatur

Die Entdeckung von Ablagerungen in den USA

Nach dem Bohren 1903 in Dexter, Kansas, wurde es durch nicht brennbares Gas gewonnen. Am Anfang war es nicht bekannt, dass es Helium enthält. Welches Gas gefunden wurde, identifiziert Zustand Erasmus Haworth Geologe, der seine Proben und die University of Kansas über Chemiker Kedi Gamiltona und David McFarland gesammelt hat festgestellt, dass es 72% Stickstoff enthält, 15% Methan, 1% Wasserstoff und 12% wurde nicht identifiziert. Nach der anschließenden Analyse zu verbringen, fanden die Forscher heraus, dass 1,84% der Probe von Helium. So wissen wir, dass dieses chemische Element in großen Mengen in den Tiefen des Great Plains vorhanden ist, wo es aus Erdgas gewonnen werden kann.

Industrieproduktion

Dies hat die Vereinigten Staaten der Welt die Produktion von Helium Führer gemacht. Auf Vorschlag von Sir Richard Threlfall, finanziert die US-Marine drei kleine Pilotanlage dieser Substanz während des Ersten Weltkriegs produzieren die Sperrballone leichte nichtbrennbaren Auftriebsgas zu gewährleisten. Gemäß diesem Programm wurden in insgesamt 5700 m ³ 92 Prozent Er produziert, obwohl dies nur bei mindestens 100 Liter Gas erhalten wurde. Ein Teil dieser Summe wurde in die weltweit erste Heliumluftschiff verwendet die US – Marine C-7, die ihre Jungfernfahrt von Hampton Roads gemacht (Virginia) an Bolling Feld (Washington, DC) 7. Dezember 1921.

Obwohl der Prozess der niedrigen Temperatur Flüssiggas zu dieser Zeit nicht ausreichend während des Ersten Weltkrieges als signifikant entwickelt wurde, fortgesetzt Produktion. Helium wird im Allgemeinen als Hebegas in Flugzeugen verwendet. Die Nachfrage nach diesem während des Zweiten Weltkrieges erhöht, wenn sie mit einem Schutzgasschweißen verwendet wurde. Das Element hat auch große Bedeutung bei der Schaffung der Atombombe „Manhattan“.

Helium Volumen

US National Reserve

Im Jahr 1925 schaffte die US-Regierung die nationale Reserve von Helium in Amarillo, Texas, Militärluftschiffe in der Zeit des Krieges und kommerzieller Luftschiffe in Friedenszeiten zur Verfügung zu stellen. Die Verwendung von Gas fiel nach der Zweiten Welt, aber die Aktie im Jahr 1950 erhöht wurde unter anderem zu schaffen, ist es als Kühlmittel bei der Herstellung von Sauerstoff-Wasserstoff-Treibmittel während des Wettlaufs ins All und der Kalten Krieges verwendet liefert. Die Verwendung von Helium in den Vereinigten Staaten im Jahr 1965 acht Mal höher als der Spitzenverbrauch im Krieg.

Nach der Verabschiedung des Gesetzes über das Helium 1960 Mining Bureau Streak 5 private Unternehmen das Element aus Erdgas zu extrahieren. Dieses Programm wurde 425 km lange Pipeline gebaut, diese Pflanzen mit der Regierung teilweise Gasfeld in der Nähe von Amarillo, Texas aufgebraucht zu verbinden. Helium-Stickstoff-Gemisch in unterirdische Lagerung gepumpt und dort blieb, bis es keine Notwendigkeit darin ist.

Bis 1995 wurde das Volumen der Lager Milliarden Kubikmeter zusammengebaut, während der Schulden der nationalen Reserve von 1,4 Milliarden Dollar, die den US-Kongress im Jahr 1996 aufgefordert, davon auslaufen zu lassen. Nach der Verabschiedung im Jahr 1996 des Gesetzes über die Privatisierung von Helium Ministry of Natural Resources startete eine Liquidation Geschäft im Jahr 2005.

Heliumgas

Sauber und Produktion

Helium produziert, bis 1945 Jahre mit einer Reinheit von etwa 98% hatten, andere 2% war in dem Stickstoff, der für Luftschiffe ausreichend ist. 1945 produzierte es eine kleine Menge von 99,9 Prozent von Gas zur Verwendung beim Lichtbogenschweißen. Bis 1949 wird die Reinheit des resultierenden Elements 99,995% erreicht.

Seit vielen Jahren produziert die Vereinigten Staaten mehr als 90% der kommerziellen Helium weltweit. Seit 2004 wurde jedes Jahr ausgearbeitet 140 Mio. m ^3, 85% davon in den Vereinigten Staaten auftreten, 10% wurde in Algerien durchgeführt, und den Rest – in Russland und Polen. Die Hauptquellen von Helium in der Welt sind Erdgasfelder von Texas, Oklahoma und Kansas.

Das Verfahren zur Gewinnung von

Helium (Reinheit 98,2%) aus der Verflüssigung von Erdgas durch andere Komponenten bei niedrigeren Temperaturen und bei hohem Druck zurückzugewonnen. Die Adsorption von anderen Gasen gekühlt Aktivkohlen, die Reinheit von 99,995% erreicht werden können. Eine kleine Menge Helium bei Luftverflüssigung in großem Maßstab hergestellt. Von den 900 Tonnen Luft kann etwa 3,17 Kubikmeter bekommen. m Gas.

Helium ein inertes Gas ist

Anwendungsgebiete

Edelgas wurde in verschiedenen Bereichen angewendet.

Helium, das Eigenschaft erlaubt eine sehr niedrige Temperatur zu erhalten, wird als Kühlmittel in LHC, MRI supraleitenden Magnetvorrichtungen und magnetische Kernresonanz-Spektrometer, Satellitenausrüstung sowie für die Verflüssigung von Sauerstoff und Wasserstoff in Raketen „Apollo“ verwendet.
Als Inertgas zum Schweißen von Aluminium und andere. Metalle bei der Herstellung von Halbleitern und optischen Fasern.
.. Um den Druck in den Kraftstofftanks von Raketenmotoren zu schaffen, insbesondere solche mit flüssigem Wasserstoff, t nur Heliumgas bewahrt seinen Aggregatzustand zu arbeiten, wenn Wasserstoff flüssig bleibt);
He-Ne – Gaslaser verwendet , um den Barcode auf der Kasse im Supermarkt zu scannen.
Helium-Ionen-Mikroskop ermöglicht es Ihnen, das beste Bild als elektronisches zu bekommen.
Aufgrund der hohen Permeabilität des Edelgases verwendet Lecks zum Beispiel in Autoklimaanlagen, sowie ein schnelles Füllen der Airbag bei einer Kollision zu testen.
Geringe Dichte ermöglicht dekorative Kugeln mit Helium gefüllt. Das Inertgas wird explosives Wasserstoffgas in Luftschiffe und Ballons ersetzt. Zum Beispiel wird in der Meteorologie, wird verwendet, um das Heliumballon Messgerät zu heben.
Das kryogene Kühlmittel verwendet wird, da die Temperatur des chemischen Elements in dem minimal möglichen flüssigen Zustand.
Helium, welche Eigenschaften sie bieten eine geringe Reaktivität und Wasserlöslichkeit (und Blut), in einer Mischung mit Sauerstoff Anwendung in respiratorischen Formulierungen zum Tauchen und Halten Caisson Arbeit gefunden hat.
Meteoriten und Felsen sind für den Inhalt dieses Elements analysieren ihr Alter zu bestimmen.