ሄሊየም፡ ንብረቶች፣ ባህሪያት፣ መተግበሪያዎች

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-02 17:40

ሄሊየም የፔሪዲክቲክ ሠንጠረዥ 18ኛ ቡድን የማይሰራ ጋዝ ነው። ከሃይድሮጅን በኋላ ሁለተኛው በጣም ቀላል ንጥረ ነገር ነው. ሄሊየም ቀለም የሌለው፣ ሽታ የሌለው እና ጣዕም የሌለው ጋዝ ሲሆን በ -268.9 ° ሴ ፈሳሽ ይሆናል። የማብሰያው እና የማቀዝቀዝ ነጥቦቹ ከማንኛውም ሌላ የታወቀ ንጥረ ነገር ያነሱ ናቸው። በተለመደው የከባቢ አየር ግፊት ሲቀዘቅዝ የማይጠናከር ብቸኛው አካል ነው. ሂሊየም እንዲጠናከር በ1 ኪ 25 ከባቢ አየር ያስፈልጋል።

የግኝት ታሪክ

ሄሊየም በፀሐይ ዙሪያ ባለው ጋዝ ከባቢ አየር ውስጥ የተገኘው ፈረንሳዊው የስነ ፈለክ ተመራማሪ ፒየር ጃንሰን ሲሆን እ.ኤ.አ. ይህ መስመር በመጀመሪያ የሶዲየም ንጥረ ነገርን ይወክላል ተብሎ ይታሰብ ነበር። በዚሁ አመት እንግሊዛዊው የስነ ፈለክ ተመራማሪ ጆሴፍ ኖርማን ሎክየር በሶላር ስፔክትረም ውስጥ ከታወቁት የሶዲየም መስመሮች ጋር የማይዛመድ ቢጫ መስመር ተመልክቷል D₁ እና D₂ ፣ እናም መስመሯን D_{3 ብሎ ሰየማት። ሎኪየር በፀሐይ ውስጥ በምድር ላይ በማይታወቅ ንጥረ ነገር የተከሰተ ነው ብሎ ደምድሟል። እሱ እና ኬሚስት ኤድዋርድ ፍራንክላንድ በኤለመንት ስም ተጠቅመዋልየግሪክ ስም ለፀሃይ ሄሊዮስ ነው።}

በ1895 እንግሊዛዊ የኬሚስትሪ ሊቅ ሰር ዊልያም ራምሴ በምድር ላይ ሂሊየም መኖሩን አረጋግጧል። የዩራኒየም ተሸካሚ ማዕድን ክሊቭይት ናሙና ወሰደ እና ሲሞቅ የሚፈጠሩትን ጋዞች ከመረመረ በኋላ በስፔክተሩ ውስጥ ያለው ደማቅ ቢጫ መስመር በ D_{3 መስመር ከሚታየው D3 መስመር ጋር መጋጠሙን አገኘ። የፀሐይ ስፔክትረም. ስለዚህ, አዲሱ ኤለመንት በመጨረሻ ተጭኗል. በ1903 ራምሳይ እና ፍሬድሪክ ሶዱ ሂሊየም የራዲዮአክቲቭ ንጥረ ነገሮች ድንገተኛ የመበስበስ ምርት መሆኑን ወሰኑ።}

በተፈጥሮ ውስጥ ተሰራጭቷል

የሄሊየም ብዛት ከጠቅላላው የአጽናፈ ሰማይ ብዛት 23% ያህሉ ሲሆን ንጥረ ነገሩ በህዋ ውስጥ በብዛት በብዛት ሁለተኛው ነው። በቴርሞኑክሌር ውህደት ምክንያት ከሃይድሮጂን በሚፈጠርበት በከዋክብት ውስጥ ያተኮረ ነው. ምንም እንኳን ሂሊየም በምድር ከባቢ አየር ውስጥ በ 1 ክፍል በ 200 ሺህ (5 ፒፒኤም) ክምችት ውስጥ የሚገኝ እና በትንሽ መጠን በሬዲዮአክቲቭ ማዕድናት ፣ በሜትሮይት ብረት እና በማዕድን ምንጮች ውስጥ የሚገኝ ቢሆንም ከፍተኛ መጠን ያለው ንጥረ ነገር በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ ይገኛል (በተለይ በቴክሳስ፣ ኒውዮርክ) ሜክሲኮ፣ ካንሳስ፣ ኦክላሆማ፣ አሪዞና እና ዩታ) እንደ አንድ አካል (እስከ 7.6%) የተፈጥሮ ጋዝ። በአውስትራሊያ, በአልጄሪያ, በፖላንድ, በኳታር እና በሩሲያ ውስጥ አነስተኛ ክምችቶች ተገኝተዋል. በመሬት ቅርፊት ውስጥ የሂሊየም ክምችት 8 ፒፒቢ ብቻ ነው።

ኢሶቶፕስ

የእያንዳንዱ የሂሊየም አቶም አስኳል ሁለት ፕሮቶን ይይዛል፣ነገር ግን እንደሌሎች ንጥረ ነገሮች፣አይሶቶፕስ አለው። ከአንድ እስከ ስድስት ኒውትሮን ይይዛሉ, ስለዚህ የጅምላ ቁጥራቸው ከሶስት እስከ ስምንት ይደርሳል.የተረጋጋዎቹ የሂሊየም ብዛታቸው በአቶሚክ ቁጥሮች 3 (³He) እና 4 (⁴እሱ) የሚወሰኑ ንጥረ ነገሮች ናቸው። የተቀሩት ሁሉ ራዲዮአክቲቭ ናቸው እና በፍጥነት ወደ ሌሎች ንጥረ ነገሮች ይበሰብሳሉ። ቴሬስትሪያል ሄሊየም የፕላኔቷ የመጀመሪያ አካል አይደለም, የተፈጠረው በሬዲዮአክቲቭ መበስበስ ምክንያት ነው. በከባድ ራዲዮአክቲቭ ንጥረ ነገሮች ኒውክሊየሎች የሚለቀቁት የአልፋ ቅንጣቶች የኢሶቶፕ ኒውክላይ ናቸው ⁴እርሱ። ሄሊየም በከባቢ አየር ውስጥ በብዛት አይከማችም ምክንያቱም የምድር ስበት ቀስ በቀስ ወደ ጠፈር ማምለጥ ለመከላከል በቂ አይደለም. በምድር ላይ ያለው የ³እርሱ በምድር ላይ ባለው ብርቅዬ ንጥረ ሃይድሮጂን-3 (ትሪቲየም) አሉታዊ ቤታ መበስበስ ተብራርቷል። ⁴እርሱ ከተረጋጉ አይዞቶፖች እጅግ የበዛ ነው፡ የ⁴እርሱ አተሞች ወደ ^{3እርሱ ነው። በከባቢ አየር ውስጥ ከ 700 ሺህ እስከ 1 እና በአንዳንድ ሂሊየም የያዙ ማዕድናት ውስጥ ከ 7 ሚሊዮን እስከ 1 ያህሉ.}

የሄሊየም አካላዊ ባህሪያት

የዚህ ንጥረ ነገር መፍላት እና መቅለጥ ነጥቦች ዝቅተኛዎቹ ናቸው። በዚህ ምክንያት, ሂሊየም ከከባድ ሁኔታዎች በስተቀር እንደ ጋዝ ይኖራል. ጋዝ ከየትኛውም ጋዝ ያነሰ በውሃ ውስጥ ይሟሟል, እና በጠንካራ እቃዎች ውስጥ ያለው ስርጭት መጠን ከአየር በሦስት እጥፍ ይበልጣል. የእሱ አንጸባራቂ መረጃ ጠቋሚ ወደ 1. ቅርብ ነው የሚመጣው

የሄሊየም የሙቀት መጠን ከሃይድሮጂን ቀጥሎ በሁለተኛ ደረጃ ላይ የሚገኝ ሲሆን ልዩ የሙቀት መጠኑ ከወትሮው በተለየ ከፍተኛ ነው። በተለመደው የሙቀት መጠን, በሚሰፋበት ጊዜ ይሞቃል, እና ከ 40 ኪ.ሜ በታች ይቀዘቅዛል. ስለዚህ, በ T<40 K, ሂሊየም ወደ መቀየር ይቻላልፈሳሽ በማስፋፊያ።

አንድ ኤለመንት ionized በሆነ ሁኔታ ውስጥ ካልሆነ ዳይኤሌክትሪክ ነው። ልክ እንደሌሎች ጥሩ ጋዞች፣ ቮልቴጁ ከ ionization አቅም በታች በሚቆይበት ጊዜ ሂሊየም በኤሌክትሪካዊ ፍሳሽ ውስጥ ionized እንዲቆይ የሚያስችል ሜታስቴብል የኢነርጂ ደረጃዎች አሉት።

ሄሊየም-4 ሁለት ፈሳሽ ቅርጾች ስላለው ልዩ ነው። ተራው ሄሊየም I ተብሎ የሚጠራ ሲሆን ከ 4.21 ኪ (-268.9 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ) የሙቀት መጠን እስከ 2.18 ኪ (-271 ° ሴ) በሚደርስ የሙቀት መጠን ይኖራል. ከ2.18 ኪ በታች፣ የ4የሙቀት አማቂነት ከመዳብ 1000 እጥፍ ይሆናል። ይህ ቅጽ ከተለመደው ቅርጽ ለመለየት ሄሊየም II ይባላል. ከመጠን በላይ ፈሳሽ ነው: ስ visቲቱ በጣም ዝቅተኛ ስለሆነ ሊለካ አይችልም. ሄሊየም II በሚነካው ማንኛውም ነገር ላይ ወደ ቀጭን ፊልም ይሰራጫል እና ይህ ፊልም ከስበት ኃይል ጋር እንኳን ሳይጋጭ ይፈስሳል።

የበለፀገው ሄሊየም-3 ሶስት የተለያዩ ፈሳሽ ደረጃዎችን ይፈጥራል፣ ሁለቱ እጅግ በጣም ብዙ ፈሳሽ ናቸው። በ⁴የተገኘዉ በሶቪየት የፊዚክስ ሊቅ ፒዮትር ሊዮኒዶቪች ካፒትሳ በ1930ዎቹ አጋማሽ ሲሆን ተመሳሳይ ክስተት በ^{3የታወቀዉ ዳግላስ ዲ ኦሼሮቭ፣ ዴቪድ ኤም. ሊ እና ሮበርት ኤስ. ሪቻርድሰን የዩኤስኤው በ1972።}

የሁለት አይዞቶፕ ሂሊየም-3 እና -4 ከ 0.8 ኪ (-272.4°C) በታች በሆነ የሙቀት መጠን ያለው ፈሳሽ ድብልቅ በሁለት ንብርብሮች የተከፈለ ነው - ከሞላ ጎደል ንፁህ ³እሱ እና ድብልቅ የ ⁴እሱ ከ6% ሂሊየም-3 ጋር። የ³እሱ ወደ ^{4መሟሟት ከቀዝቃዛ ውጤት ጋር አብሮ ይገኛል፣ ይህም በክሪዮስታትስ ዲዛይን ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል፣ በዚህ ውስጥ የሂሊየም የሙቀት መጠን ይቀንሳልከ 0.01 ኪ (-273.14 ° ሴ) በታች እና እዚያ ለብዙ ቀናት ተጠብቆ ቆይቷል።}

ግንኙነቶች

በመደበኛ ሁኔታዎች ሂሊየም በኬሚካላዊ መልኩ የማይሰራ ነው። በአስጊ ሁኔታ ውስጥ, በተለመደው የሙቀት መጠን እና ግፊቶች ላይ ያልተረጋጋ የንጥል ግንኙነቶችን መፍጠር ይችላሉ. ለምሳሌ ሄሊየም በኤሌክትሮኖች ወይም በፕላዝማ ሁኔታ ውስጥ በሚፈነዳበት ጊዜ የኤሌትሪክ ብርሃን ሲፈነዳ ከአዮዲን፣ ከተንግስተን፣ ፍሎራይን፣ ፎስፈረስ እና ሰልፈር ጋር ውህዶችን መፍጠር ይችላል። ስለዚህም HeNe, HgHe₁₀, WHe₂ እና እሱ₂ ^{ሞለኪውላር ions ተፈጠሩ +}፣ አይደለም₂⁺⁺፣ ሄህ⁺ እና ኤችዲ+^{። ይህ ዘዴ ገለልተኛ ሞለኪውሎችንም ማግኘት አስችሏል He}2 _{እና HgHe.}

ፕላዝማ

በዩኒቨርስ ውስጥ ionized ሂሊየም በብዛት ይሰራጫል፣ ባህሪያቱም ከሞለኪውላር በእጅጉ ይለያያሉ። የእሱ ኤሌክትሮኖች እና ፕሮቶኖች አልተሳሰሩም, እና በከፊል ionized በሆነ ሁኔታ ውስጥ እንኳን በጣም ከፍተኛ የኤሌክትሪክ ማስተላለፊያነት አለው. የተሞሉ ቅንጣቶች በመግነጢሳዊ እና በኤሌክትሪክ መስኮች በጣም ተጎድተዋል. ለምሳሌ በፀሀይ ንፋስ ሂሊየም ions ከ ionized ሃይድሮጅን ጋር በመሆን ከምድር ማግኔቶስፌር ጋር በመገናኘት አውሮራስን ይፈጥራል።

የአሜሪካ ግኝት

በ1903 ጉድጓድ ከተቆፈረ በኋላ ተቀጣጣይ ያልሆነ ጋዝ በዴክስተር፣ ካንሳስ ተገኘ። መጀመሪያ ላይ ሂሊየም እንደያዘ አይታወቅም ነበር. የትኛው ጋዝ እንደተገኘ በስቴቱ ጂኦሎጂስት ኢራስመስ ሃዎርዝ ተወስኗልናሙናዎችን በማሰባሰብ በካንሳስ ዩኒቨርሲቲ በካዲ ሃሚልተን እና በዴቪድ ማክፋርላንድ በኬሚስቶች እርዳታ 72% ናይትሮጅን, 15% ሚቴን, 1% ሃይድሮጂን እና 12% አልታወቀም. ከተጨማሪ ትንታኔ በኋላ, ሳይንቲስቶች 1.84% ናሙናው ሂሊየም ነው. ስለዚህ ይህ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር ከተፈጥሮ ጋዝ ሊወጣ በሚችልበት በታላላቅ ሜዳማ አንጀት ውስጥ በከፍተኛ መጠን እንደሚገኝ ተረዱ።

የኢንዱስትሪ ምርት

ይህም ዩናይትድ ስቴትስን በሄሊየም ምርት ቀዳሚ አድርጓታል። በሰር ሪቻርድ Threlfall አስተያየት የዩኤስ የባህር ኃይል በአንደኛው የዓለም ጦርነት ወቅት ይህንን ንጥረ ነገር ለማምረት ሶስት አነስተኛ የሙከራ ተክሎችን በገንዘብ በመደገፍ ቀላል የማይቀጣጠል የማንሳት ጋዝ ያላቸው ባሎኖች ይሰጣሉ። መርሃግብሩ በአጠቃላይ 5,700 m3 92% አምርቷል ምንም እንኳን ከዚህ ቀደም የተመረተው ከ100 ሊትር ያነሰ ጋዝ ነበር። ከዚህ ጥራዝ ውስጥ የተወሰነው ጥቅም ላይ የዋለው በአለም የመጀመሪያው ሂሊየም አየር መርከብ በዩኤስ የባህር ኃይል ሲ-7 ሲሆን የመጀመሪያ ጉዞውን ከሃምፕተን መንገዶች ቨርጂኒያ ወደ ቦሊንግ ፊልድ ዋሽንግተን ዲሲ በታህሳስ 7 ቀን 1921 ዓ.ም.

ምንም እንኳን ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያለው የጋዝ ፈሳሽ ሂደት በአንደኛው የዓለም ጦርነት ወቅት ጠቃሚ ለመሆን በወቅቱ ላቅ ያለ ባይሆንም ምርቱ ቀጥሏል። ሄሊየም በዋናነት በአውሮፕላኖች ውስጥ እንደ ማንሳት ጋዝ ይጠቀም ነበር። በሁለተኛው የዓለም ጦርነት ወቅት በጋሻ ቅስት ብየዳ ውስጥ ጥቅም ላይ በዋለበት ወቅት ፍላጎቱ ጨመረ። ንጥረ ነገሩ በአቶሚክ ቦምብ ፕሮጀክት ውስጥም አስፈላጊ ነበር።ማንሃተን።

የአሜሪካ ብሔራዊ አክሲዮን

በ1925 የዩናይትድ ስቴትስ መንግስት በጦርነት ጊዜ ወታደራዊ የአየር መርከቦችን ለማቅረብ እና በሰላም ጊዜ የንግድ አየር መርከቦችን ለማቅረብ አላማውን በአማሪሎ ቴክሳስ ብሔራዊ ሂሊየም ሪዘርቭ አቋቋመ። የጋዝ አጠቃቀም ከሁለተኛው የዓለም ጦርነት በኋላ ቀንሷል ፣ ግን አቅርቦቱ በ 1950 ዎቹ ውስጥ ጨምሯል ፣ ከሌሎች ነገሮች በተጨማሪ ፣ በህዋ ውድድር እና በቀዝቃዛው ጦርነት ወቅት የኦክስጂን ሮኬት ነዳጅ ለማምረት የሚያገለግል ማቀዝቀዣ ሆኖ አቅርቦቱ ነበር። እ.ኤ.አ. በ1965 የአሜሪካ ሂሊየም አጠቃቀም ከፍተኛው የጦርነት ጊዜ ፍጆታ ስምንት እጥፍ ነበር።

የ1960 የሂሊየም ህግን ተከትሎ የማዕድን ቢሮ 5 የግል ኩባንያዎችን ንጥረ ነገሩን ከተፈጥሮ ጋዝ ለማውጣት ውል ገባ። ለዚህ ፕሮግራም 425 ኪሎ ሜትር ርዝመት ያለው የጋዝ ቧንቧ መስመር እነዚህን ተክሎች በአማሪሎ፣ ቴክሳስ አቅራቢያ ካለው የመንግስት ጋዝ መስክ ጋር የሚያገናኝ ነው። የሄሊየም-ናይትሮጅን ድብልቅ ወደ መሬት ውስጥ ማከማቻ ቦታ ተጥሏል እና እስከሚፈልግ ድረስ እዚያው ይቆያል።

በ1995 አንድ ቢሊዮን ኪዩቢክ ሜትር ክምችት ተሰብስቦ ብሄራዊ ሪዘርቭ 1.4 ቢሊዮን ዶላር ዕዳ ነበረበት፣ ይህም የአሜሪካ ኮንግረስ እ.ኤ.አ. በ1996 እንዲቋረጥ አድርጓል። በ1996 የሄሊየም የፕራይቬታይዜሽን ህግ ከፀደቀ በኋላ የተፈጥሮ ሃብት ሚኒስቴር በ2005 የማከማቻ ተቋሙን ማጥፋት ጀመረ።

የንፅህና እና የምርት መጠኖች

ከ1945 በፊት የሚመረተው ሄሊየም 98% ንፅህና ነበረው ፣ የተቀረው 2%ለአየር መርከቦች በቂ የሆነውን ናይትሮጅን ተቆጥሯል. እ.ኤ.አ. በ 1945 አነስተኛ መጠን ያለው 99.9 በመቶ ጋዝ በአርክ ብየዳ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል። በ1949 የውጤቱ ንጥረ ነገር ንፅህና 99.995% ደርሷል።

ለብዙ አመታት ዩናይትድ ስቴትስ ከ90% በላይ የሚሆነውን የአለም የንግድ ሂሊየም አምርታለች። ከ 2004 ጀምሮ 140 ሚሊዮን m3 በየዓመቱ ያመርታል፣ 85% የሚሆነው ከአሜሪካ፣ 10% ከአልጄሪያ፣ የተቀረው ደግሞ ከሩሲያ እና ፖላንድ ነው። የአለም ዋናዎቹ የሄሊየም ምንጮች የቴክሳስ፣ ኦክላሆማ እና ካንሳስ የጋዝ መስኮች ናቸው።

ሂደትን ተቀበል

ሄሊየም (98.2% ንፅህና) ከተፈጥሮ ጋዝ የሚወጣ ሲሆን ሌሎች አካላትን በዝቅተኛ የሙቀት መጠን እና ከፍተኛ ግፊት በማፍሰስ ነው። ሌሎች ጋዞችን በቀዘቀዘ ገቢር ካርቦን ማስተዋወቅ 99.995% ንፅህናን ያመጣል። አነስተኛ መጠን ያለው ሂሊየም የሚመረተው አየርን በከፍተኛ መጠን በማፍሰስ ነው. ወደ 3.17 ኪዩቢክ ሜትር ከ 900 ቶን አየር ሊገኝ ይችላል. ሜትር ጋዝ።

የመተግበሪያ አካባቢዎች

ኖብል ጋዝ በተለያዩ መስኮች ጥቅም ላይ ውሏል።

ሄሊየም ንብረቶቹ እጅግ በጣም ዝቅተኛ የሙቀት መጠኖችን እንዲያገኙ የሚያስችል ሲሆን በትልቅ ሀድሮን ኮሊደር ውስጥ እንደ ማቀዝቀዣ ወኪል ፣ በኤምአርአይ ማሽኖች እና በኒውክሌር ማግኔቲክ ሬዞናንስ ስፔክትሮሜትሮች ፣ የሳተላይት መሳሪያዎች እና እንዲሁም ኦክስጅንን ለማፍሰስ ያገለግላል ። እና ሃይድሮጂን በአፖሎ ሮኬቶች።
አሉሚኒየም እና ሌሎች ብረቶች ለመገጣጠም የማይነቃነቅ ጋዝ እንደ ኦፕቲካል ፋይበር እና ሴሚኮንዳክተሮች ምርት።
ለመፍጠርበሮኬት ሞተሮች የነዳጅ ታንኮች ውስጥ ግፊት ፣ በተለይም በፈሳሽ ሃይድሮጂን ላይ የሚሰሩ ፣ ምክንያቱም ጋዝ ሂሊየም ብቻ ሃይድሮጂን ፈሳሽ በሚቆይበት ጊዜ የመሰብሰብ ሁኔታን ይይዛል) ፤
He-Ne ጋዝ ሌዘር በሱፐርማርኬት ቼኮች ላይ ባርኮዶችን ለመቃኘት ይጠቅማሉ።
የሄሊየም አዮን ማይክሮስኮፕ ከኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ የተሻሉ ምስሎችን ይፈጥራል።
ከከፍተኛ የመተላለፊያ ችሎታው የተነሳ ክቡር ጋዝ ከውስጥ የሚንጠባጠቡትን ለምሳሌ የመኪና አየር ማቀዝቀዣ ዘዴዎችን ለመፈተሽ እና በአደጋ ጊዜ የኤርባግ ከረጢቶችን በፍጥነት ለመጨመር ይጠቅማል።
አነስተኛ ጥግግት የሚያጌጡ ፊኛዎችን በሂሊየም እንዲሞሉ ያስችልዎታል። የማይነቃነቅ ጋዝ በአየር መርከቦች እና ፊኛዎች ውስጥ ፈንጂ ሃይድሮጂንን ተክቷል። ለምሳሌ በሜትሮሎጂ ሂሊየም ፊኛዎች የመለኪያ መሳሪያዎችን ለማንሳት ያገለግላሉ።
በክሪዮጀንሲክ ቴክኖሎጂ ውስጥ የዚህ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገር በፈሳሽ ሁኔታ ውስጥ ያለው የሙቀት መጠን በጣም ዝቅተኛው ስለሆነ እንደ ማቀዝቀዣ ሆኖ ያገለግላል።
ሄሊየም፣ ንብረቱ ዝቅተኛ ምላሽ የሚሰጥ እና በውሃ (እና በደም) ውስጥ የሚሟሟ፣ ከኦክሲጅን ጋር የተቀላቀለ፣ ለስኩባ ዳይቪንግ እና ለካይሰን ስራ የአተነፋፈስ ቅንጅቶችን አፕሊኬሽኑን አግኝቷል።
Meteorites እና ዓለቶች ዕድሜያቸውን ለማወቅ ለዚህ አካል ይተነተናል።