Гелий асыл газдар тобына жатады. Сұйық гелий - әлемдегі ең суық сұйықтық. Бұл агрегаттық күйде ол асқын сұйықтық және асқын өткізгіштік сияқты бірқатар ерекше қасиеттерге ие. Оның қасиеттері туралы кейінірек білеміз.
Гелий газы
Гелий – газ күйінде Ғаламда кең таралған қарапайым зат. Менделеевтің периодтық жүйесінде ол екінші және сутектен кейін бірден тұрады. Бұл инертті немесе асыл газдарға қатысты.
Элемент "Ол" ретінде белгіленген. Ежелгі грек тілінен оның атауы «Күн» дегенді білдіреді. Алғашында бұл металл деп болжанған. Алайда бұл бір атомды газ екені белгілі болды. Гелий екінші жеңіл химиялық зат болып табылады және дәмсіз, түссіз және иіссіз. Қайнау температурасы ең төмен.
Қалыпты жағдайда бұл идеалды газ. Газ тәріздіден басқа, ол қатты және сұйық күйде болуға қабілетті. Оның инерттілігі басқа заттармен белсенді емес әрекеттесуде көрінеді. Ол суда іс жүзінде ерімейді. Өндірістік мақсатта ол табиғи газдан алынады, оны қоспалардан ажыратадыкүшті салқындату арқылы.
Газ адам үшін қауіпті болуы мүмкін. Оның ауадағы концентрациясының жоғарылауы қандағы оттегінің жетіспеушілігіне әкеледі, оны медицинада оттегі ашығуы деп атайды. Көп мөлшерде қабылдағанда құсу, есін жоғалту, кейде өлімге әкеледі.
Гелийдің сұйылтуы
Кез келген газ белгілі бір жағдайларда агрегацияның сұйық күйіне өтуі мүмкін. Сұйылту әдетте өнеркәсіпте де, ғылыми зерттеулерде де қолданылады. Кейбір заттар үшін жай ғана қысымды жоғарылату жеткілікті. Басқалары, мысалы, гелий салқындаған кезде ғана сұйық болады.
Егер газ температурасы критикалық нүктеден жоғары болса, қысым қандай болса да конденсацияланбайды. Гелий үшін критикалық нүкте 5,19 Кельвин, 3He изотопы үшін 3,35 К.
Сұйық гелий дерлік тамаша сұйықтық. Ол беттік керілудің, тұтқырлықтың болмауымен сипатталады. Қысым мен температура өзгергеннен кейін оның көлемі өзгеріссіз қалады. Сұйық гелийдің кернеуі өте төмен. Зат түссіз және өте сұйық.
Сұйық гелийдің қасиеттері
Сұйық күйінде гелий нашар ажыратылады, өйткені ол жарық сәулелерін әлсіз сындырады. Белгілі бір жағдайларда ол кванттық сұйықтыққа тән қасиеттерге ие. Осыған байланысты қалыпты қысымда ол −273,15 Цельсий (абсолюттік нөл) температурада да кристалданбайды. Барлық басқа белгілі заттар осы шарттарда қатып қалады.
Сұйық гелий қайнай бастайтын температура Цельсий бойынша -268,9 градус. Оның изотоптарының физикалық қасиеттері айтарлықтай өзгереді. Мысалы, гелий-4 4,215 К температурада қайнайды.
Бұл 2, 172 Кельвин және одан төмен температурада фазалық ауысулармен сипатталатын Bose сұйықтығы. He II фазасы асқын сұйықтықпен және жоғары жылу өткізгіштікпен сипатталады. Фазадан төмен температурада He I және He II бір уақытта пайда болады, соның арқасында сұйықтықта дыбыстың екі жылдамдығы пайда болады.
Гелий-3 - Ферми сұйықтығы. Ол 3,19 Кельвинде қайнайды. Изотоп өте төмен температурада (бірнеше милликельвин) оның бөлшектері арасында жеткілікті тартылыс болған кезде ғана асқын сұйықтыққа қол жеткізе алады.
Гелийдің артық сұйықтығы
Ғылым асқын сұйықтық концепциясын зерттеуге академиктер С. П. Капица мен Л. Д. Ландауға міндетті.
Академик гелийдің температурасы 2,172 К-тан төмен түскеннен кейін зат қалыпты күй фазасынан гелий-II деп аталатын мүлде жаңаға өтеді деген қорытындыға келді. Бұл фазада зат шамалы үйкеліссіз капиллярлар мен тар тесіктер арқылы өтеді. Бұл күй "асқын сұйықтық" деп аталады.
1941 жылы Ландау Л. Д. сұйық гелийдің қасиеттерін зерттеуді жалғастырып, асқын сұйықтық теориясын жасады. Түсіндіріңізол қозулардың энергетикалық спектрі тұжырымдамасын қолдана отырып, кванттық әдістермен қабылдады.
Гелий қолданбалары
Гелий элементі Күн спектрінде 1868 жылы ашылған. Жерде оны 1895 жылы Уильям Рамсей ашты, содан кейін ол ұзақ уақыт бойы зерттелді және экономикалық салада пайдаланылмады. Өнеркәсіптік қызметте ол Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде дирижабльдерге отын ретінде қолданыла бастады.
Газ тамақ өнеркәсібінде, металдарды балқытуда орау үшін белсенді қолданылады. Оны геологтар жер қыртысындағы ақауларды анықтау үшін пайдаланады. Сұйық гелий негізінен ультра төмен температураны сақтауға қабілетті хладагент ретінде пайдаланылады. Бұл қасиет ғылыми зерттеулер үшін қажет.
Салқындату сұйықтығы криогенді электр машиналарында, сканерлеуші туннельдік микроскоптарда, медициналық ЯМР томографтар құрылғыларында, зарядталған бөлшектерді үдеткіштерде қолданылады.
Қорытынды
Гелий - басқа заттармен әрекеттесу кезінде төмен белсенділік көрсететін инертті немесе асыл газ. Химиялық элементтердің периодтық жүйесінде ол сутектен кейін екінші орында. Табиғатта зат газ күйінде болады. Белгілі бір жағдайларда ол біріктірудің басқа күйлеріне өтуі мүмкін.
Сұйық гелийдің басты ерекшелігі - оның артық сұйықтығы және температура абсолютті нөлге жетсе де қалыпты қысымда кристалдануға қабілетсіздігі. Заттың изотоптарының қасиеттері бірдей емес. Олардың сынитемпературалар, олардың қайнау жағдайлары және олардың бөлшектерінің спиндері.
