Helium yog ib qho roj inert ntawm 18 pawg ntawm lub sijhawm teem sijhawm. Nws yog qhov thib ob lub teeb tshaj plaws tom qab hydrogen. Helium yog cov roj uas tsis muaj xim, tsis muaj ntxhiab thiab tsis qab los ua kua ntawm -268.9 ° C. Nws cov ntsiab lus boiling thiab khov yog qis dua li lwm yam khoom paub. Nws yog tib lub ntsiab lus uas tsis solidify thaum txias ntawm ib txwm atmospheric siab. Nws yuav siv 25 cua ntawm 1 K rau helium kom khov.
Discovery keeb kwm
Helium tau pom nyob rau hauv cov huab cua nyob ib puag ncig lub hnub los ntawm Fabkis tus kws tshawb fawb astronomer Pierre Jansen, uas nyob rau xyoo 1868 thaum muaj dab noj hnub pom tau ib txoj kab daj daj nyob rau hauv spectrum ntawm lub hnub ci chromosphere. Cov kab no yog thawj zaug xav tias sawv cev rau cov ntsiab lus sodium. Nyob rau hauv tib lub xyoo, tus kws sau hnub qub Askiv Joseph Norman Lockyer pom kab daj nyob rau hauv lub hnub ci spectrum uas tsis sib xws rau cov kab uas paub txog sodium D1 thiab D2, yog li ntawd nws thiaj muab nws lub npe hu ua D3. Lockyer xaus lus tias nws yog tshwm sim los ntawm ib yam khoom nyob rau hauv lub hnub tsis paub nyob rau hauv lub ntiaj teb no. Nws thiab tus kws kho mob Edward Frankland siv lub npe ntawm lub caijLub npe Greek rau lub hnub yog Helios.
Xyoo 1895, British chemist Sir William Ramsay tau ua pov thawj tias muaj helium hauv ntiaj teb. Nws tau txais ib qho piv txwv ntawm cov uranium-bearing ntxhia cleveite, thiab tom qab tshuaj xyuas cov gases tsim thaum nws tau rhuab, nws pom tau hais tias lub ci daj kab nyob rau hauv lub spectrum coincided nrog lub D 3kab pom nyob rau hauv. lub spectrum ntawm lub hnub. Yog li, lub caij tshiab tau raug teeb tsa thaum kawg. Xyoo 1903, Ramsay thiab Frederick Soddu tau txiav txim siab tias helium yog ib qho khoom tawg ntawm cov khoom siv hluav taws xob.
Spread in nature
Qhov loj ntawm helium yog kwv yees li 23% ntawm tag nrho cov huab hwm coj ntawm lub ntiaj teb, thiab lub caij yog qhov thib ob tshaj plaws hauv qhov chaw. Nws yog concentrated nyob rau hauv hnub qub, qhov twg nws yog tsim los ntawm hydrogen raws li ib tug tshwm sim ntawm thermonuclear fusion. Txawm hais tias helium pom nyob rau hauv lub ntiaj teb huab cua ntawm qhov concentration ntawm 1 feem ntawm 200 txhiab (5 ppm) thiab pom nyob rau hauv me me nyob rau hauv cov khoom siv hluav taws xob, cov hlau meteorite, thiab cov pob zeb hauv av, cov khoom muaj ntau nyob hauv Tebchaws Meskas (tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv Texas, New York). Mexico, Kansas, Oklahoma, Arizona thiab Utah) raws li ib feem (txog 7.6%) ntawm natural gas. Me me reserves tau pom nyob rau hauv Australia, Algeria, Poland, Qatar thiab Russia. Nyob rau hauv lub ntiaj teb crust, qhov concentration ntawm helium tsuas yog hais txog 8 ppb.
Isotopes
Lub nucleus ntawm txhua lub helium atom muaj ob lub protons, tab sis zoo li lwm cov ntsiab lus, nws muaj isotopes. Lawv muaj ib txog rau rau lub neutrons, yog li lawv cov lej muaj li ntawm peb mus rau yim. Cov khoom ruaj khov yog cov ntsiab lus uas nws cov helium loj yog txiav txim siab los ntawm tus lej atomic 3 (3 He) thiab 4 (4 Nws). Tag nrho cov seem yog radioactive thiab lwj sai heev rau lwm yam khoom. Terrestrial helium tsis yog thawj feem ntawm lub ntiaj teb, nws tau tsim los ntawm cov xov tooj cua decay. Alpha hais tawm los ntawm cov nuclei ntawm cov xov tooj cua hnyav yog cov nuclei ntawm isotope 4 He. Helium tsis sib sau ua ke ntau hauv cov huab cua vim tias lub ntiaj teb lub ntiajteb txawj nqus tsis muaj zog txaus los tiv thaiv nws los ntawm maj mam khiav mus rau qhov chaw. Cov kab ntawm 3 Nws nyob hauv ntiaj teb tau piav qhia los ntawm qhov tsis zoo beta lwj ntawm cov khoom tsis tshua muaj hydrogen-3 (tritium). 4Nws yog qhov ntau tshaj ntawm cov isotopes ruaj khov: qhov piv ntawm 4Nws atoms rau 3Nws yog li ntawm 700 txhiab rau 1 nyob rau hauv cov huab cua thiab txog 7 lab rau 1 nyob rau hauv ib co helium-muaj minerals.
Lub cev muaj zog ntawm helium
Cov ntsiab lus kub thiab melting ntawm lub caij no yog qhov qis tshaj. Vim li no, helium tshwm sim raws li cov pa roj, tshwj tsis yog nyob rau hauv huab cua. Gaseous Nws dissolves tsawg dua hauv dej dua li lwm cov roj, thiab tus nqi diffusion los ntawm cov khib nyiab yog peb npaug ntawm huab cua. Nws qhov refractive index los ze tshaj rau 1.
Lub thermal conductivity ntawm helium yog qhov thib ob ntawm hydrogen nkaus xwb, thiab nws lub peev xwm tshwj xeeb kub yog qhov txawv txav. Ntawm qhov kub thiab txias, nws sov thaum lub sij hawm nthuav dav, thiab txias qis dua 40 K. Yog li ntawd, ntawm T<40 K, helium tuaj yeem hloov mus rau hauvkua los ntawm expansion.
Ib lub caij yog dielectric yog tias nws tsis nyob rau hauv lub xeev ionized. Zoo ib yam li lwm cov roj hluav taws xob zoo, helium muaj cov qib metastable zog uas tso cai rau nws nyob twj ywm ionized hauv hluav taws xob tawm thaum qhov hluav taws xob tseem qis dua qhov muaj peev xwm ionization.
Helium-4 yog qhov tshwj xeeb uas nws muaj ob hom kua. Qhov zoo tib yam yog hu ua helium I thiab muaj nyob rau ntawm qhov kub ntawm qhov kub ntawm qhov kub ntawm 4.21 K (-268.9 ° C) txog li 2.18 K (-271 ° C). Hauv qab 2.18 K, qhov thermal conductivity ntawm 4Nws dhau los ua 1000 npaug ntawm tooj liab. Daim ntawv no hu ua helium II kom paub qhov txawv ntawm daim ntawv ib txwm. Nws yog superfluid: lub viscosity tsawg heev uas nws tsis tuaj yeem ntsuas. Helium II kis mus rau hauv cov yeeb yaj kiab nyias ntawm qhov chaw ntawm qhov nws kov, thiab zaj duab xis no ntws tsis muaj kev sib txhuam txawm tias tawm tsam lub ntiajteb txawj nqus.
Qhov tsawg dua helium-3 ua rau peb theem ua kua sib txawv, ob qho ntawm cov dej yog superfluid. Superfluidity nyob rau hauv4 Nws tau pom los ntawm Soviet physicist Pyotr Leonidovich Kapitsa nyob rau hauv nruab nrab-1930s, thiab tib lub phenomenon nyob rau hauv3 Nws tau xub pom los ntawm Douglas D Osherov, David M. Lee, thiab Robert S. Richardson ntawm Asmeskas xyoo 1972.
Ib cov kua sib tov ntawm ob isotopes ntawm helium-3 thiab -4 ntawm qhov kub hauv qab 0.8 K (-272.4 ° C) muab faib ua ob txheej - yuav luag ntshiab 3 Nws thiab sib tov ntawm4 Nws nrog 6% helium-3. Kev tawg ntawm3 Nws mus rau4 Nws yog nrog los ntawm kev ua kom txias, uas yog siv rau hauv kev tsim ntawm cryostats, uas helium kub poob.qis dua 0.01 K (-273.14 ° C) thiab khaws cia rau ob peb hnub.
Kev sib txuas
Raws li ib txwm muaj, helium yog tshuaj lom neeg. Hauv cov xwm txheej tsis zoo, koj tuaj yeem tsim cov khoom sib txuas uas tsis ruaj khov ntawm qhov kub thiab txias. Piv txwv li, helium tuaj yeem tsim cov tebchaw nrog iodine, tungsten, fluorine, phosphorus, thiab sulfur thaum raug hluav taws xob tawm hluav taws xob thaum foob pob hluav taws xob lossis hauv lub xeev plasma. Yog li, HeNe, HgHe10, WHe2 thiab He2molecular ions raug tsim+, Tsis2++, HeH+ thiab HeD+. Cov txheej txheem no kuj ua rau nws ua tau kom tau txais cov molecules nruab nrab He2 thiab HgHe.
Plasma
Nyob hauv ntiaj teb no, ionized helium feem ntau faib, cov khoom uas txawv ntawm cov molecular. Nws cov electrons thiab protons tsis yog khi, thiab nws muaj hluav taws xob ntau heev txawm nyob rau hauv ib feem ntawm lub xeev ionized. Cov khoom siv hluav taws xob raug cuam tshuam los ntawm cov hlau nplaum thiab hluav taws xob. Piv txwv li, nyob rau hauv lub hnub ci cua, helium ions, nrog rau ionized hydrogen, cuam tshuam nrog lub ntiaj teb magnetosphere, ua rau lub aurora.
US discovery
Tom qab drilling lub qhov dej hauv xyoo 1903, cov roj uas tsis muaj hluav taws xob tau txais hauv Dexter, Kansas. Thaum xub thawj, nws tsis tau paub tias nws muaj helium. Cov roj twg tau pom tau txiav txim los ntawm xeev geologist Erasmus Haworth, leej twgsau cov qauv ntawm nws thiab hauv University of Kansas nrog kev pab los ntawm chemists Cady Hamilton thiab David McFarland pom tias nws muaj 72% nitrogen, 15% methane, 1% hydrogen thiab 12% tsis tau txheeb xyuas. Tom qab kev soj ntsuam ntxiv, cov kws tshawb fawb pom tias 1.84% ntawm cov qauv yog helium. Yog li lawv kawm tau hais tias cov tshuaj no muaj nyob rau hauv ntau ntau nyob rau hauv lub plab mog ntawm Great Plains, los ntawm qhov twg nws yuav muab rho tawm los ntawm natural gas.
Industrial production
Qhov no tau ua rau Tebchaws Meskas yog tus thawj coj hauv ntiaj teb hauv kev tsim cov helium. Ntawm qhov kev tawm tswv yim ntawm Sir Richard Threlfall, US Navy tau pab nyiaj rau peb qhov kev sim me me los tsim cov khoom no thaum Tsov Rog Ntiaj Teb Zaum 1 los muab cov pob balloons nrog lub teeb, uas tsis yog-flammable lifting gas. Qhov kev pab cuam tsim tag nrho ntawm 5,700 m 392% Nws, txawm tias tsawg dua 100 liters roj tau ua dhau los. Qee qhov ntim no tau siv nyob rau hauv lub ntiaj teb thawj helium airship, US Navy C-7, uas tau ua nws txoj kev caij nkoj los ntawm Hampton Roads, Virginia mus rau Bolling Field, Washington, DC thaum Lub Kaum Ob Hlis 7, 1921.
Txawm hais tias cov txheej txheem roj liquefaction qis qis tsis tau nce siab txaus thaum lub sijhawm tseem ceeb thaum Tsov Rog Ntiaj Teb Zaum Ib, kev tsim khoom txuas ntxiv mus. Helium feem ntau yog siv los ua cov pa roj hauv lub dav hlau. Kev thov rau nws loj hlob thaum Ntiaj Teb Tsov Rog II, thaum nws tau siv los tiv thaiv arc vuam. Lub ntsiab tseem ceeb tseem ceeb hauv qhov project foob pob atomic. Manhattan.
US National Stock
Nyob rau xyoo 1925, Tsoomfwv Meskas tau tsim lub National Helium Reserve ntawm Amarillo, Texas, rau lub hom phiaj ntawm kev muab cov tub rog airships thaum muaj tsov rog thiab kev lag luam airships nyob rau lub sijhawm muaj kev thaj yeeb. Kev siv roj tau poob qis tom qab Tsov Rog Ntiaj Teb thib 2, tab sis cov khoom siv tau nce ntxiv hauv xyoo 1950 los muab, thiab lwm yam, nws cov khoom siv los ua cov dej txias uas siv rau hauv kev tsim cov oxyhydrogen foob pob hluav taws roj thaum lub caij sib tw hauv qhov chaw thiab Tsov Rog Txias. Kev siv helium hauv Asmeskas xyoo 1965 yog yim npaug ntawm nws qhov kev siv lub sijhawm ua tsov rog.
Ua raws li Txoj Cai Helium ntawm xyoo 1960, Lub Chaw Haujlwm Saib Xyuas Mines tau cog lus 5 lub tuam txhab ntiag tug kom rho tawm cov khoom los ntawm cov pa roj ntsha. Rau qhov kev pab cuam no, 425-kilometer gas pipeline tau tsim los txuas cov nroj tsuag no mus rau ib feem ntawm tsoomfwv cov roj av nyob ze Amarillo, Texas. Cov helium-nitrogen sib tov tau muab tso rau hauv qhov chaw cia khoom hauv av thiab tseem nyob ntawd kom txog thaum xav tau.
Los ntawm 1995, tau sau ib billion cubic meters ntawm Tshuag thiab National Reserve yog $ 1.4 billion nyob rau hauv cov nuj nqis, ua rau US Congress kom tshem tawm nws nyob rau hauv 1996. Tom qab txoj cai lij choj helium privatization tau dhau los hauv xyoo 1996, Ministry of Natural Resources tau pib ua kom lub chaw cia khoom hauv xyoo 2005.
Kev ntshiab thiab ntau lawm
Helium ua ntej xyoo 1945 muaj qhov purity ntawm 98%, tus so 2%accounted rau nitrogen, uas yog txaus rau airships. Xyoo 1945, ib qho me me ntawm 99.9 feem pua cov roj tau tsim los siv rau hauv arc vuam. Los ntawm 1949, lub purity ntawm lub resulting ntsiab tau mus txog 99.995%.
Tau ntau xyoo, Tebchaws Asmeskas tau tsim ntau dua 90% ntawm lub ntiaj teb kev lag luam helium. Txij li xyoo 2004, nws tau tsim tawm 140 lab m3 txhua xyoo, 85% ntawm cov uas tuaj ntawm Tebchaws Meskas, 10% los ntawm Algeria, thiab tus so ntawm Russia thiab Poland. Lub hauv paus ntsiab lus ntawm helium nyob rau hauv lub ntiaj teb no yog cov roj av ntawm Texas, Oklahoma thiab Kansas.
Txhim txheej txheem
Helium (98.2% purity) yog muab rho tawm los ntawm cov nkev roj los ntawm liquefying lwm yam khoom ntawm qhov kub thiab txias. Cov adsorption ntawm lwm cov pa roj los ntawm cov cua txias ua kom cov pa roj carbon monoxide ua tiav purity ntawm 99.995%. Ib qho me me ntawm helium yog tsim los ntawm liquefying cua ntawm qhov loj. Txog 3.17 cubic meters tuaj yeem tau los ntawm 900 tons ntawm huab cua. m ntawm gas.
thaj chaw thov
Noble gas tau siv ntau yam.
- Helium, uas nws cov khoom ua kom tau txais qhov ntsuas kub qis, yog siv los ua tus neeg ua haujlwm txias hauv Hadron Collider loj, cov hlau nplaum superconducting hauv MRI cov cav tov thiab nuclear magnetic resonance spectrometers, satellite khoom, thiab kuj rau liquefying oxygen. thiab hydrogen hauv Apollo rockets.
- Raws li cov roj inert rau vuam aluminium thiab lwm yam hlau, hauv kev tsim cov fibers thiab semiconductors.
- Tsimsiab nyob rau hauv cov roj tso tsheb hlau luam ntawm foob pob ua ntxaij cav, tshwj xeeb tshaj yog cov uas khiav ntawm cov kua hydrogen, vim tsuas gaseous helium khaws nws lub xeev ntawm aggregation thaum hydrogen tseem ua kua);
- He-Ne gas lasers yog siv los luam theej duab barcodes ntawm lub khw muag khoom.
- Lub Helium Ion microscope tsim cov duab zoo dua li lub tshuab hluav taws xob hluav taws xob.
- Vim nws cov permeability siab, cov roj noble yog siv los kuaj xyuas cov pa xau hauv, piv txwv li, lub tshuab cua txias hauv lub tsheb, thiab ua kom nrawm nrawm airbags hauv kev sib tsoo.
- Tsawg ntom tso cai rau koj los sau cov zais zais zais nrog helium. Cov roj inert tau hloov cov hydrogen tawg hauv airships thiab balloons. Piv txwv li, hauv huab cua, helium balloons yog siv los nqa cov ntsuas ntsuas.
- Hauv kev siv thev naus laus zis cryogenic, nws ua haujlwm ua kom txias, txij li qhov ntsuas kub ntawm cov tshuaj no hauv cov kua hauv lub xeev yog qhov qis tshaj plaws.
- Helium, uas nws cov khoom muab nws tsis tshua muaj reactivity thiab solubility nyob rau hauv dej (thiab ntshav), tov nrog oxygen, tau pom daim ntawv thov nyob rau hauv ua pa compositions rau scuba diving thiab caisson ua hauj lwm.
- Meteorites thiab pob zeb raug tshuaj xyuas rau lub caij no los txiav txim siab lawv hnub nyoog.
Helium: khoom ntawm lub caij
Lub cev lub cev tseem ceeb ntawm Nws yog raws li hauv qab no:
- Atomic naj npawb: 2.
- Cov txheeb ze ntawm lub helium atom: 4.0026.
- Melting point: tsis muaj.
- kub taw tes: -268.9 °C.
- Density (1 atm, 0 °C): 0.1785 g/p.
- Oxidation xeev: 0.
