Helijum spada u grupu plemenitih gasova. Tečni helijum je najhladnija tečnost na svetu. U ovom agregatnom stanju, ima niz jedinstvenih karakteristika, kao što su superfluidnost i supravodljivost. Kasnije ćemo saznati više o njegovim svojstvima.
Helijum gas
Helijum je jednostavna supstanca široko rasprostranjena u svemiru u gasovitom stanju. U periodnom sistemu Mendeljejeva, on je drugi i odmah iza vodonika. Odnosi se na inertne ili plemenite gasove.
Element je označen kao "On". Od starogrčkog, njegovo ime znači "Sunce". U početku se pretpostavljalo da je metal. Međutim, pokazalo se da se radi o jednoatomskom plinu. Helijum je druga najlakša hemikalija i bez ukusa, boje i mirisa. Ima najnižu tačku ključanja.
U normalnim uslovima, to je idealan gas. Osim u plinovitom, sposoban je biti u čvrstom i tekućem stanju. Njegova inertnost se očituje u neaktivnoj interakciji s drugim supstancama. Praktično je nerastvorljiv u vodi. Za industrijske svrhe, ekstrahuje se iz prirodnog gasa, odvajajući ga od nečistoća sakoristeći jako hlađenje.
Plin može biti opasan za ljude. Povećanje njegove koncentracije u zraku dovodi do nedostatka kisika u krvi, što se u medicini naziva kisikovo gladovanje. Kada se proguta u velikim količinama, izaziva povraćanje, gubitak svijesti, a ponekad i smrt.
Ukapljivanje helijuma
Svaki gas može preći u tečno agregatno stanje pod određenim uslovima. Ukapljivanje se obično koristi u industriji, kao iu naučnim istraživanjima. Za neke supstance je dovoljno samo povećati pritisak. Drugi, kao što je helijum, postaju tekući tek kada se ohlade.
Ako je temperatura gasa iznad kritične tačke, neće se kondenzovati, bez obzira na pritisak. Za helijum, kritična tačka je 5,19 Kelvina, za njegov izotop 3He je 3,35 K.
Tečni helijum je skoro savršena tečnost. Karakterizira ga odsustvo površinske napetosti, viskoznosti. Nakon promjene tlaka i temperature, njegov volumen ostaje isti. Tečni helijum ima izuzetno nisku napetost. Supstanca je bezbojna i veoma tečna.
Svojstva tečnog helijuma
U tečnom stanju, helijum se slabo razlikuje, jer slabo lomi svetlosne zrake. Pod određenim uslovima ima svojstva kvantne tečnosti. Zbog toga, pri normalnom pritisku, ne kristališe čak ni na temperaturi od -273,15 Celzijusa (apsolutna nula). Sve ostale poznate supstance očvršćavaju se pod ovim uslovima.
Temperatura na kojoj tečni helijum počinje da ključa je -268,9 stepeni Celzijusa. Fizička svojstva njegovih izotopa značajno variraju. Na primjer, helijum-4 ključa na 4.215 K.
To je Bose tečnost, koju karakterišu fazni prijelazi na temperaturama od 2,172 Kelvina i niže. Fazu He II karakteriziraju superfluidnost i supertermalna provodljivost. Na temperaturama ispod faze, He I i He II se javljaju istovremeno, zbog čega se u tečnosti pojavljuju dve brzine zvuka.
Helijum-3 je Fermi tečnost. Vri na 3,19 Kelvina. Izotop može postići superfluidnost samo na vrlo niskim temperaturama (nekoliko milikelvina) kada postoji dovoljno privlačenja između njegovih čestica.
Superfluidnost helijuma
Nauka duguje proučavanje koncepta superfluidnosti akademicima S. P. Kapitsa i L. D. Landau.
Akademik je zaključio da nakon što temperatura helijuma padne ispod 2,172 K, supstanca prelazi iz faze normalnog stanja u potpuno novo, nazvano helijum-II. U ovoj fazi, tvar prolazi kroz kapilare i uske rupe bez i najmanjeg trenja. Ovo stanje se naziva "superfluidnost".
Godine 1941. Landau L. D. je nastavio proučavati svojstva tečnog helijuma i razvio teoriju superfluidnosti. Objasniuzeo ga je kvantnim metodama, primjenjujući koncept energetskog spektra ekscitacije.
Primjena helijuma
Element helijum otkriven je u spektru Sunca 1868. Na Zemlji ga je otkrio William Ramsay 1895. godine, nakon čega se dugo proučavao i nije se koristio u ekonomskoj sferi. U industrijskoj aktivnosti, počeo je da se koristi kao gorivo za vazdušne brodove tokom Prvog svetskog rata.
Plin se aktivno koristi za pakovanje u prehrambenoj industriji, u topljenju metala. Geolozi ga koriste za otkrivanje grešaka u zemljinoj kori. Tečni helijum se uglavnom koristi kao rashladno sredstvo koje može održavati ultra niske temperature. Ova nekretnina je neophodna za naučna istraživanja.
Tečnost za hlađenje se koristi u kriogenim električnim mašinama, u skenirajućim tunelskim mikroskopima, u uređajima medicinskih NMR tomografa, u akceleratorima naelektrisanih čestica.
Zaključak
Helijum je inertan ili plemeniti gas koji pokazuje nisku aktivnost u interakciji sa drugim supstancama. U periodnom sistemu hemijskih elemenata nalazi se na drugom mestu, iza vodonika. U prirodi je materija u gasovitom stanju. Pod određenim uslovima, može ići u druga stanja agregacije.
Glavna karakteristika tečnog helijuma je njegova superfluidnost i nemogućnost kristalizacije pri normalnom pritisku, čak i ako temperatura dostigne apsolutnu nulu. Svojstva izotopa neke supstance nisu ista. Njihova kritičkatemperature, njihove uslove ključanja i okretanja njihovih čestica.
