Hạt helium lỏng: tính năng và tính chất của vật chất

Helium thuộc nhóm khí độc cao. Helium lỏng là chất lỏng lạnh nhất trên thế giới. Trong trạng thái tập hợp này, nó có một số tính năng độc đáo, như siêu tính và siêu dẫn. Thêm chi tiết về các tài sản của chúng tôi mà chúng ta tìm hiểu sau đó.

Khí Helium

Helium là một chất đơn giản được phân bố rộng rãi trong vũ trụ trong trạng thái khí. Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev, nó là lần thứ hai và đứng ngay sau khi hydro. Nó đề cập đến khí trơ hoặc cao.

Nguyên tố được chỉ định là "Ông". Từ tiếng Hy Lạp cổ đại tên của nó có nghĩa là "Mặt trời". Lúc đầu nó được giả định rằng đó là kim loại. Tuy nhiên, nó bật ra rằng đây là một khí monatomic. Helium là hóa chất thứ hai do độ nhẹ nhàng của nó, nó không có mùi vị, màu sắc và mùi. Có điểm sôi thấp nhất.

Trong điều kiện bình thường, nó là một khí lý tưởng. Ngoài khí, nó có thể ở trạng thái rắn và lỏng. Tính trơ của nó được thể hiện trong tương tác không hoạt động với các chất khác. Nó thực tế không hòa tan trong nước. Đối với các mục đích công nghiệp, nó được chiết xuất từ khí tự nhiên, tách nó khỏi các tạp chất bằng phương pháp làm mát mạnh mẽ.

Gas có thể gây nguy hiểm cho con người. Tăng nồng độ của nó trong không khí dẫn đến sự thiếu hụt oxy trong máu, mà trong y học được gọi là nạn đói oxy. Đâm vào cơ thể với số lượng lớn, nó gây nôn mửa, mất ý thức, và đôi khi tử vong.

Sự hóa lỏng helium

Bất kỳ khí nào có thể đi vào trạng thái lỏng kết hợp dưới những điều kiện nhất định. Hóa lỏng thường được sử dụng trong công nghiệp, cũng như trong nghiên cứu khoa học. Đối với một số chất, chỉ đơn giản là tăng áp suất. Một số khác, chẳng hạn như helium, chỉ ở trạng thái lỏng sau khi làm mát.

Nếu nhiệt độ khí ở trên điểm tới hạn, thì nó không ngưng tụ, bất kể áp lực. Đối với helium, điểm quan trọng là nhiệt độ Kelvin 5, 19, cho đồng vị 3He của nó là 3,35 K.

Helium lỏng là chất lỏng lý tưởng Nó được đặc trưng bởi sự vắng mặt của sự căng thẳng bề mặt, độ nhớt. Sau khi thay đổi áp suất và nhiệt độ, khối lượng của nó vẫn giữ nguyên. Heli lỏng có độ căng rất thấp. Chất này không màu và rất lỏng.

Tính chất của helium lỏng

Trong trạng thái lỏng, helium hầu như không phân biệt, bởi vì nó làm giảm nhẹ các tia sáng. Dưới những điều kiện nhất định, nó có các tính chất của một chất lỏng lượng tử. Do điều này ở áp suất bình thường, nó không kết tinh ngay cả ở nhiệt độ -273,15 Celsius (tuyệt đối không). Tất cả các chất đã biết khác đều củng cố trong những điều kiện như vậy.

Nhiệt độ của helium lỏng, ở đó nó bắt đầu sôi, là -268.9 độ Celsius. Các tính chất vật lý của đồng vị của nó khác nhau đáng kể. Như vậy, helium-4 sôi ở nhiệt độ 4.215 K.

Đây là chất lỏng Bose, được đặc trưng bởi quá trình chuyển pha ở nhiệt độ 2.172 Kelvin và thấp hơn. Pha He II được đặc trưng bởi độ siêu dẫn và độ dẫn nhiệt siêu nhiệt. Ở nhiệt độ thấp hơn pha, He I và He II xảy ra cùng một lúc, do đó có hai tốc độ âm thanh xuất hiện trong chất lỏng.

Helium-3 là chất lỏng của Fermi. Nó sôi ở nhiệt độ 3,19 Kelvin. Đồng vị có khả năng đạt được độ siêu chảy chỉ ở nhiệt độ rất thấp (vài millikelvin), khi có sự thu hút đủ giữa các hạt.

Siêu tính của hêli

Các nhà nghiên cứu Kapitza SP và LD Landau đã nghiên cứu các tính chất của chất lỏng siêu. Kapitsa, nghiên cứu các tính chất của helium lỏng vào năm 1938, lưu ý rằng tiếp cận tuyệt đối không, chất lỏng bị mất độ nhớt, thay vì cứng.

Các nhà khoa học kết luận rằng sau khi nhiệt độ helium giảm xuống dưới 2.172 K, chất chuyển từ giai đoạn của trạng thái bình thường sang một hoàn toàn mới, tên là heli-II. Trong giai đoạn này, chất chuyển qua các mao mạch và khẩu độ hẹp mà không có bất kỳ ma sát. Trạng thái như vậy được gọi là "siêu tính".

Năm 1941, LD Landau tiếp tục nghiên cứu các tính chất của helium lỏng và phát triển một lý thuyết siêu chảy. Giải thích nó, ông đã lấy các phương pháp lượng tử, áp dụng khái niệm về phổ năng lượng của các kích thích.

Áp dụng heli

Các nguyên tố heli đã được phát hiện trong quang phổ của Mặt trời vào năm 1868. Trên trái đất, ông được William Ramsay phát hiện vào năm 1895, sau đó ông được nghiên cứu trong một thời gian dài và không được sử dụng trong lĩnh vực kinh tế. Trong hoạt động công nghiệp, nó được dùng làm nhiên liệu cho airship trong Thế chiến I.

Khí được sử dụng chủ yếu để đóng gói trong ngành công nghiệp thực phẩm, trong quá trình nấu kim loại. Các nhà địa chất học sử dụng nó để phát hiện ra những sai lầm trong lớp vỏ trái đất. Helium lỏng chủ yếu được sử dụng làm chất làm lạnh có khả năng duy trì nhiệt độ cực thấp. Tài sản này là cần thiết cho nghiên cứu khoa học.

Chất lỏng làm mát được sử dụng trong các máy điện cơ cryogenic, quét kính hiển vi đường hầm, trong các thiết bị y tế của máy quét NMR, trong máy gia tốc các hạt tích điện.

Kết luận

Helium là một loại khí trơ hoặc quý hiếm, có hoạt tính thấp khi tương tác với các chất khác. Trong hệ thống các nguyên tố hóa học định kỳ, nó đứng ở vị trí thứ hai, sản sinh ra hydrogen. Về bản chất, chất ở trong trạng thái khí. Dưới điều kiện nhất định, nó có thể chuyển sang các trạng thái tổng hợp khác.

Các tính năng chính của helium lỏng là siêu chảy của nó và không phải là khả năng kết tinh ở áp suất bình thường, ngay cả khi nhiệt độ đạt đến tuyệt đối không. Các tính chất của chất đồng vị không giống nhau. Nhiệt độ quan trọng của chúng, điều kiện sôi, và các giá trị spin của các hạt khác nhau.