Helium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ylimääräinen nestemäinen helium ( T ≤ 2 K ). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sijainti jaksollisessa taulukossa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Symboli | Hei | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sukunimi | Helium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomiluku | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ryhmä | 18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aika | 1 e jakso | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lohko | Estä s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Element perhe | jalokaasu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektroninen kokoonpano | 1 s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronit by energiataso | 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomic ominaisuudet elementin | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomimassa | 4,002602 ± 0,000002 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomisäde (laskettu) | 128 pm ( 31 pm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenttinen säde | 28 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waalsin säde | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hapetustila | 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksidi | tuntematon | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionisointienergiat | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 24.587387 eV | 2 e : 54,417760 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vakaimmat isotoopit | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yksinkertaiset kehon fyysiset ominaisuudet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tavallinen tila | Kaasu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tilavuusmassa |
0,1786 g · L -1 ( 0 ° C , 1 atm ); 0,125 kg · L -1 (neste, -268,93 ° C ) yhtälö:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallijärjestelmä | Kompakti kuusikulmainen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Väri | Väritön | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fuusiopiste | 0,95 K ( 26 atm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kiehumispiste | -268,93 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fuusioenergia | 5,23 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Höyrystysenergia | 0,08 kJ · mol -1 ( 1 atm , -268,93 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kriittinen lämpötila | -267,96 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kriittinen paine | 2,26 atm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molaarinen tilavuus | 22,414 × 10-3 m 3 · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Höyrynpaine |
yhtälö:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Äänen nopeus | 972 m · s -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massalämpö | Cp 20,79 J · mol -1 · K -1
yhtälö:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lämmönjohtokyky | 152,0 mW · m -1 · K -1 ( 26,85 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eri | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o ECHA | 100 028 334 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N O EY | 231-168-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varotoimenpiteet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SGH | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varoitus H280 ja P410 + P403 H280 : Sisältää paineen alaista kaasua; voi räjähtää kuumennettaessa P410 + P403 : Suojaa auringonvalolta. Säilytä hyvin ilmastoidussa tilassa. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
AT, V : Paineistetun kaasun kriittinen lämpötila = −267,9 ° C Ilmoitus 1,0%: lla luokituskriteerien mukaan |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kuljetus | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1046 : PURISTETTU HELIUM- luokka: 2.2 Merkintä: 2.2 : Palamattomat, myrkyttömätkaasut(vastaa A: n tai ison O: n osoittamia ryhmiä) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SI- ja STP- yksiköt, ellei toisin mainita. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Helium on alkuaine on järjestysluku 2 He symboli. Se on jalokaasu (tai jalokaasun), käytännöllisesti katsoen inerttejä , ensimmäinen jalokaasun perhe on jaksollisen järjestelmän elementtien . Sen kiehumispiste on alhaisin tunnettujen kappaleiden joukossa, ja se esiintyy kiinteässä muodossa vain, kun siihen kohdistuu yli 25 ilmakehän paine .
Heliumilla on kaksi stabiilia isotooppia : helium 4 ( 4 He), eniten ja helium 3 ( 3 He). Nämä kaksi isotooppia, toisin kuin useimpien kemiallisten alkuaineiden, eroavat ominaisuuksiltaan huomattavasti, koska niiden atomimassojen suhde on tärkeä. Toisaalta kvanttiefektit, jotka ovat herkkiä matalalla energialla, antavat niille hyvin erilaisia ominaisuuksia. Tämä artikkeli käsittelee pääasiassa heliumia 4 ( 4 He). Helium 3 -artikkelissa kootaan 3 He -isotoopin erityisominaisuudet .
Sana helium konstruoitiin kreikkalainen Helios ( Ἥλιος / Helios , " Sun " ), tämä elementti jotka on havaittu ensimmäistä kertaa auringon spektrin päällä18. elokuuta 1868, tähtitieteilijä Jules Janssen , täydellisen auringonpimennyksen aikana .
Helium on, sen jälkeen kun vety , kaikkein alkuaine Universe . Suurin osa tästä heliumista tuotettiin alkunukleosynteesin aikana, mutta muut prosessit tuottavat sitä, erityisesti a-radioaktiivisuus ( ks. Luku Luonnollinen runsaus ). On Maan mukaan arvio siitä Bureau of Land Management että Yhdysvalloissa vuonna 2006, heliumia henkilöstö Yhteensä 52 miljardin kuutiometrin.
Heliumilla on useita käyttökohteita voimakkaassa kasvussa, kun taas teollisuustuotanto on vähentynyt taloudellisista syistä: sen niukkuus on huolestuttavaa. Vuonna 2016 heliummarkkinat ovat kuitenkin taloudellisesta näkökulmasta rauhalliset ja ne ovat viime aikoina muuttuneet ylijäämäisiksi.
Kahdeksan heliumin isotooppia tunnetaan. Helium 3 (kaksi protonia ja yksi neutroni) ja helium-4 (kaksi protonia ja kaksi neutronia) ovat vakaita, toiset ovat erittäin epävakaita, käytännössä varmaa nykyisiä vasta koulutuksen aikana. Maapallon ilmakehässä on vain yksi helium-3- atomi jokaista miljoonaa helium-4- atomia kohden . Toisin kuin useimmat alkuaineet, heliumin isotooppinen runsaus vaihtelee suuresti sen alkuperästä riippuen erilaisista muodostumisprosesseista. Runsain isotooppi, helium 4 , tuotetaan maapallolla , jonka α radioaktiivisuus raskaiden elementtejä: α tuotetut hiukkaset on olemassa täysin ionisoidaan heliumin 4 ytimiä . Helium-4 on ydin epätavallinen vakautta, koska sen nukleoneista on järjestetty täydellistä kerroksiin .
Koko maailmankaikkeudessa suurin osa läsnä olevasta heliumista muodostui (valtavat määrät, noin 25% kaikista aineista) alkusukleosynteesin aikana . Lähes kaikki muu maailmankaikkeudessa tuotettu helium on (tai on ollut) tähtien nukleosynteesin aikana.
Helium-3 on esillä olevan maan päällä vain pieniä määriä; suurin osa on peräisin maapallon muodostumisesta, vaikkakin vähänkin putoaa siihen tähtienväliseen pölyyn loukussa . Jäljet ovat edelleen myös tuotettu β radioaktiivisuus on tritiumia . Kiviä maankuoren on isotooppisuhteet vaihtelee jopa 10-kertainen , ja nämä suhteet voidaan käyttää määrittämään alkuperää kiviä ja koostumus maapallon vaipan . Helium-3 on runsaampaa tähdet, mutta se on tuotettu ydinfuusion , tähdet eivät vapauta hyvin vähän (kuten deuterium ja litium , tai boori ), koska se n 'näkyy vain väliketju johtaa helium 4 : se "kulutetaan", kun se tuotetaan tähdissä. Tämän seurauksena tähtienvälisessä väliaineessa isotooppisuhde on noin 100 kertaa suurempi kuin maapallolla. Extraplanetary materiaaleja, kuten regolith päässä Moon tai asteroidit, on jälkiä heliumin 3 päässä aurinkotuulen . Kuun pinta sisältää pitoisuuden , joka on luokkaa 10-8 . Useat kirjoittajat ovat aloittaneet Gerald Kulcinskin vuonna 1986 ja ehdottaneet kuun tutkimista, helium-3: n uuttamista regoliitista ja sen käyttämistä energian tuottamiseen ydinfuusion avulla.
Helium-4 voidaan jäähdyttää noin 1 K haihduttamalla. Helium-3 , joka on alempi kiehumispiste, voidaan jäähdyttää 0,2 K samalla menetelmällä. Seokset, joissa on yhtä suuria osia heliumia 3 ja 4, eroavat alle 0,8 K , koska ne eivät ole enää sekoittuvia erojensa vuoksi ( helium 4- atomi on bosoni, kun taas heliumiatomi 3 on fermion , ne seuraavat kahta erilaista kvanttitilastoa) . Laimennus jääkaapit käyttävät tätä ominaisuutta, jotta saavutetaan millikelvins.
Muita heliumin isotooppeja voidaan tuottaa ydinreaktioilla , jotka ovat epävakaita ja hajoavat nopeasti muihin ytimiin. Lyhyimmän puoliintumisajan isotooppi on helium 2 (2 protonia, ilman neutroneja: diproton , joka hajoaa kahdeksi protoniksi 3 × 10 −27 s ). Helium 5 ja helium 7 reikiintymistä emissio neutronin kanssa puoli-elämän 7,6 x 10 -23 s ja 2,9 x 10 -21 s , vastaavasti. Helium 6 ja helium 8 luhistuu mukaan β radioaktiivisuus kanssa puoli-elämän 0,8 s ja 0,119 s , vastaavasti. Isotopes 6 ja 8 on löysä rakenne, jossa neutronien kiertävät kaukana sydän, sitä kutsutaan ydinvoiman halogeeni .
Helium on väritön, hajuton ja myrkytön kaasu. Se on käytännössä kemiallisesti inertti , monoatominen kaikissa olosuhteissa. Laajalla lämpötila- ja painealueella se käyttäytyy kokeellisesti kuin ihanteellinen kaasu , mikä tekee siitä etuoikeutetun aineen fysikaalis-kemiallisten teorioiden kokeilemiseen. Kaksi stabiilia heliumin isotooppia ovat ainoat kemialliset yhdisteet, joilla ei ole kolmoispistettä .
Heliumkaasun lämmönjohtavuus on suurempi kuin kaikkien kaasujen, vetyä lukuun ottamatta, ja sen ominaislämpö on poikkeuksellisen korkea. Sen Joule-Thomson-kerroin on negatiivinen huoneenlämmössä, mikä tarkoittaa, että toisin kuin useimmat kaasut, se lämpenee, kun se voi rentoutua vapaasti. Joule-Thomson inversio lämpötilan on noin 40 K tai -233,15 ° C paineessa 1 atm . Jäähtyessään alle tämän lämpötilan helium voidaan nesteyttää jäähdyttämällä sen laajenemisen vuoksi.
Helium on myös vähiten vesiliukoinen kaasu kaikista tunnetuista kaasuista. Atomien pienen koon vuoksi diffuusionopeus kiintoaineiden läpi on kolme kertaa ilman ja noin 65% vedyn.
Heliumin taitekerroin on lähempänä yhtenäisyyttä kuin minkä tahansa muun kaasun. Äänen nopeus heliumissa on suurempi kuin missään muussa kaasussa paitsi vedyssä.
Toisin kuin plasma , kaasu on erinomainen sähköeriste.
Suurin osa maapallon ulkopuolisesta heliumista löytyy plasmatilasta , jonka ominaisuudet poikkeavat selvästi atomiheliumin ominaisuuksista. Plasmassa heliumin elektronit eivät ole sitoutuneet ytimeen, mikä johtaa erittäin korkeaan sähkönjohtavuuteen, vaikka ionisaatio on osittainen. Varautuneet hiukkaset ovat hyvin herkkiä sähkö- ja magneettikentille. Esimerkiksi aurinkotuulessa ionisoitu helium ja vety ovat vuorovaikutuksessa maapallon magnetosfäärin kanssa aiheuttaen Birkelandin virtausten ja napa-auroran ilmiöitä .
Kuten muilla jalokaasuilla, heliumilla on metastabiilit energiatasot, jotka antavat sen pysyä innoissaan sähköpurkauksessa, jonka jännite on alle ionisaatiopotentiaalin. Tämä sallii sen käytön purkauslampuissa .
Toisin kuin muut alkuaineet, helium pysyy nestemäisenä absoluuttiselle nollalle alle 25 atm: n paineessa . Tämä on suora seuraus kvanttimekaniikasta: tarkemmin sanottuna järjestelmän perustilassa olevien atomien energia on liian korkea jähmettymisen mahdollistamiseksi (ks. Luku # Kiinteä ).
Alla kiehumispiste on 4,22 K ja yläpuolella lambda tuote on 2,176 8 K , helium-4 esiintyy normaalia värittömänä nesteenä kutsutaan heliumia I . Kuten muut kryogeeniset nesteet , se kiehuu kuumennettaessa ja supistuu, kun sen lämpötila lasketaan. Helium I on taitekerroin lähellä, että kaasu: 1026; mikä tekee sen pinnan niin vaikeasti havaittavaksi, että käytämme usein polystyreenivaahdon uimaria sen tason näkemiseen. Tämän väritön neste on erittäin alhainen viskositeetti ja tiheys on 0,125 = 1/8 , joka on vain neljäsosa arvon ennustettu klassisen fysiikan . Tämän ominaisuuden selittämiseksi on käytettävä kvanttimekaniikkaa, ja siksi nestemäistä heliumia sen eri muodoissa kutsutaan kvanttinesteeksi , mikä tarkoittaa, että kvanttimekaniikan vaikutukset, jotka ovat yleensä herkkiä vain mikroskooppisessa mittakaavassa, ilmenevät makroskooppisessa mittakaavassa, koska helium atomi 4 on bosoni . Tämä tulkitaan seurauksena siitä, että kiehumispiste on niin lähellä absoluuttista nollaa, että satunnaiset lämpöliikkeet eivät enää voi peittää atomien ominaisuuksia.
Nestemäisellä heliumilla lambda-pisteen alapuolella alkaa olla melko epätavallisia ominaisuuksia tilassa, jota kutsutaan helium II: ksi .
Siirtymässä helium I: stä helium II : een lambda-pisteessä, helium laajenee. Lämpötilan laskiessa helium II jatkaa laajenemistaan noin 1 K: een , missä se alkaa jälleen supistua kuten useimmat kappaleet.
Helium II voi virrata kapillaarien 10 -7 kohteeseen 10 -8 m ilman viskositeetti mitattavissa. Kuitenkin, kun mitataan viskositeetti kahden toisiinsa nähden pyörivän levyn välillä, löydämme viskositeetin, joka on verrattavissa kaasumaiseen heliumiin. Nykyinen teoria selittää tämän tosiasian käyttämällä kahden aineen malli on László Tisza (in) varten heliumin II . Tässä mallissa nestemäinen helium, lambda-pisteen alapuolella, koostuu perustilassa olevien heliumatomien ja viritettyjen atomien seoksesta, jotka käyttäytyvät enemmän kuin tavallinen neste.
Suihkulähde antaa esimerkin tästä teoriasta . Tässä kokeessa pystysuora putki, jonka yläpäässä on pieni suutin , upotetaan alaosastaan helium II -hauteeseen . Sen tukkii sintrattu levy , jonka läpi vain neste, jolla ei ole viskositeettia, voi kiertää. Jos lämmitämme putkea, esimerkiksi sytyttämällä se, muutamme supernesteosan tavalliseksi nesteeksi. Kahden nesteen tasapainon palauttamiseksi kylvyn kanssa superneste tunkeutuu sintratun tulpan läpi, ja tilavuuden säästämiseksi osa putken sisällöstä työntyy ylemmän suuttimen läpi muodostaen suihkun, joka voi olla keskeytä lopettamalla lämmitys.
Lämmönjohtavuus on heliumin II on suurempi kuin minkä tahansa muun tunnetun elin. Tämä estää helium II : n kiehumisen, koska kaikki lämmön sisäänmeno kulkee välittömästi pinnalle, jossa se yksinkertaisesti haihtuu kaasuksi. Tämä johtokyky on miljoona kertaa suurempi kuin helium I : llä ja useita satoja kertoja kuparilla. Tämä johtuu siitä, että lämmön johtuminen tapahtuu poikkeuksellisen kvanttimekanismin avulla. Useimmissa materiaaleissa, jotka ovat hyviä lämmönjohtimia, on valenssikaista vapaita elektroneja, joita käytetään lämmön johtamiseen. Helium II ei ole tällaista nauhaa vielä hyvin lämpöä johtavasta. Lämpövirta tottelee yhtälöt samanlainen kuin aallon yhtälöt äänen etenemistä ilmassa. Kun lämpöä tuodaan, se kulkee helium II: ssa 20 m s −1 1,8 K : n lämpötilassa . Näitä aaltoja kutsutaan toiseksi ääneksi .
Toisin kuin tavalliset nesteet, helium II ryömii pintoja pitkin, jopa ilmeisesti painovoimaa vastaan . Se pääsee sulkemattomasta astiasta indeksoimalla sivuille, ellei se kohdistu vähemmän kylmään paikkaan, jossa se haihtuu. Pinnasta riippumatta se liikkuu noin 30 nm : n kalvossa . Tätä elokuvaa kutsutaan Rollinin elokuvaksi sen fyysikon, Bernard V.Rollinin muistoksi. Tämän vaikutuksen ja helium II: n kyvyn läpi kulkea nopeasti pienten aukkojen seurauksena nestemäistä heliumia on vaikea rajoittaa. Ellei astiaa ole rakennettu älykkäästi, helium II kiipeää seinien läpi ja kulkee venttiilien läpi, kunnes se saavuttaa lämpimämmän alueen, jossa se haihtuu. Rollins-kalvoa pitkin etenevät aallot noudattavat samoja yhtälöitä kuin matalassa vedessä olevat aallot, mutta palauttava voima on van der Waalsin voima painovoiman sijasta. Nämä aallot tunnetaan kolmannena äänenä .
Helium jähmettyy vain voimakkaiden paineiden vaikutuksesta. Tuloksena oleva käytännössä näkymätön ja väritön kiinteä aine on erittäin kokoonpuristuva; laboratoriopakkaus voi vähentää sen määrää yli 30%. Kun kuutioinen kimmokerroin on luokkaa 5 × 107 Pa , se on viisikymmentä kertaa kokoonpuristuvampi kuin vesi. Normaaleissa paineolosuhteissa, toisin kuin muut alkuaineet, helium ei kiinteyty ja pysyy nestemäisenä absoluuttiseen nollaan . Kiinteä helium vaatii vähintään 26 atm: n minimipaineen . Kiinteän heliumin erottaminen nestemäisestä heliumista on usein melko vaikeaa , koska niiden taitekertoimet ovat melkein identtisiä. Kiinteällä aineella on korkea piilevä lämpö (fuusiolämpö) ja kuusikulmainen kristallirakenne, kuten veden.
Kuten kaikilla jalokaasuilla , heliumilla on täysi valenssikerros, mikä tarkoittaa erittäin vähäistä kemiallista reaktiivisuutta. Koska sillä ei ole kykyä reagoida alikerroksiin, se on (yhdessä neonin kanssa ) vähiten reaktiivinen kaikista yksinkertaisista kappaleista .
Heliumia voidaan kuitenkin muodostaa epästabiileja yhdisteitä ( excimers ) volframi, jodia, fluoria, rikin ja fosforin plasman vaiheessa , mukaan vastuuvapauden tai muuten. He Ne , Hg He 10 , W He 2 ja molekyyli-ionit He 2 + , He 2 ++ , HeH + , He D + luotiin tällä tavalla. Tämä tekniikka on mahdollistanut myös neutraalin molekyylin He 2 , jolla on enemmän kaistajärjestelmiä, ja HgHe: n tuotannon, jonka koheesio näyttää tukeutuvan vain polarisaatiovoimiin . Teoriassa muut komponentit, kuten heliumfluorihydridi (HHe F ), ovat myös mahdollisia. Vuonna 2013, litium heliide Lihe muodostettiin kaasumaisessa tilassa laserablaation hyvin alhaisessa lämpötilassa ( 1 kohteeseen 5 K ).
Ensimmäinen osoittautunut vakaa helium yhdisteet ovat endohedral fullereeni kompleksit , kuten hän @ C 60 , jossa heliumatomin loukkuun häkki C 60 fullereeni . Sen jälkeen, se on osoitettu, että hyvin korkeassa paineessa (yli 113 GPa ) on mahdollista muodostaa stabiili yhdiste, heliumia ja natrium, Na 2 hän . Tällaisia molekyylejä voi löytyä myös korkeapaineisilta jättiläisplaneetoilta, kuten Jupiter ja Saturnus .
Maapallon sisältä tulee ulos ( laavoissa ja tulivuorikaasuissa ) heliumia , jossa on runsaasti heliumia 3 , jonka uskotaan olevan alkukantaista (ts. Hankittu maapallon muodostumisen aikana , lähes 4,6 miljardia vuotta sitten ). Jos se olisi kaasumaisessa tilassa tai liuennut alemman vaipan mineraaleihin , sillä olisi ollut riittävästi aikaa degasoida melkein kokonaan, kun otetaan huomioon sen haihtuvuus ja lämpötilat maan sisällä. Siksi se on varastoitava stabiilina mineraaleina alemman vaipan olosuhteissa , mutta mitään ei tunneta. 2018 laskenta vapaa entalpia tuhat hypoteettinen mutta mahdollisia heliumia yhdisteiden ennustetaan yksi (ja vain yksi) vapaa entalpia yhdiste tarpeeksi pieni ansa helium vaipan sijasta jättää. Ilmainen, rauta dioksidi ja heliumin FeO 2 Hän.
Normaaleissa olosuhteissa neutraali helium on myrkytöntä, sillä ei ole biologista merkitystä ja sitä esiintyy pieninä määrinä ihmisen veressä. Jos hengitetään tarpeeksi niin, että normaaliin hengitykseen tarvittava happi siirtyy, tukehtuminen on mahdollista.
Äänitiedosto | |
Teksti luettu heliumilla | |
Käytä tarvittaessa selaimen edellistä sivunäppäintä kuulemistilaisuuden lopussa . (en) Helium on väritön, hajuton, mauton, myrkytön, inertti monatominen kemiallinen alkuaine, joka johtaa jaksollisen taulukon jalokaasusarjaa ja jonka atomiluku on 2. Sen kiehumis- ja sulamispisteet ovat alhaisimmat alkuaineiden joukossa ja se esiintyy vain kaasuna paitsi ääriolosuhteissa . | |
Onko sinulla vaikeuksia käyttää näitä medioita? | |
---|---|
Heliumia hengittäneen henkilön ääni muuttaa väliaikaisesti sävyä kohti korkeaa harmonista - helium on kolme kertaa vähemmän tiheä kuin ilma, äänen nopeus kasvaa siten - ja kun perustaajuudella d 'kaasulla täytetty ontelo on verrannollinen nopeuteen äänen, hengitysteitse heliumin vastaavat lisäystä , että resonanssitaajuudet on phonatory laitteen , jotka moduloivat perustaajuus antama äänihuulten . Päinvastainen vaikutus, sävyn alentaminen, voidaan saada hengittämällä tiheämpää kaasua, kuten rikkiheksafluoridia .
Puhtaan heliumin inhalaatio pieninä annoksina on yleensä turvallista, koska se on inertti kaasu . Kaupassa myytävän heliumin, kuten ilmapallojen täyttämiseen käytetyn, käyttö voi kuitenkin olla vaarallista, koska se voi sisältää monia epäpuhtauksia, jälkiä muista kaasuista tai voiteluöljyn aerosoleista.
Heliumin ylimääräisen hengittäminen voi olla vaarallista, koska helium on yksinkertaisesti tukehtuva aine , joka korvaa normaaliin hengitykseen tarvittavan hapen. Puhtaan heliumin hengittäminen aiheuttaa tukehtumisen muutamassa minuutissa. Heliumin hengittäminen suoraan paineistetuista sylintereistä on erittäin vaarallista korkean virtausnopeuden vuoksi, joka voi tuottaa barotrauman, joka repii keuhkokudosta ja voi olla hengenvaarallinen. Tämä onnettomuus on kuitenkin melko harvinaista, koska Yhdysvalloissa tapahtui vain kaksi kuolemaa vuosina 2000–2004.
Korkeassa paineessa (yli 20 atm tai 2 MPa ) heliumin ja dioksigeenin ( heliox ) seos voi johtaa korkean paineen hermo-oireyhtymään , eräänlaiseen anestesia-aineeseen. Lisäämällä seokseen vähän typpeä ongelma voidaan välttää. Siitä huolimatta vedenalaisessa sukelluksessa korkean paineen hermo-oireyhtymää voidaan torjua vain lisäämällä vetyä , typen lisääminen on erittäin huumaavaa heti, kun kokonaispaine saavuttaa 5 baaria.
Heliumia annetaan seoksissa, jotka sisältävät vähintään 20% dioksidia potilaille, joilla on ylemmän tai alemman hengitysteiden tukkeuma. Heliumin matala viskositeetti mahdollistaa siten hengitystyön vähentämisen.
Kryogeenisen heliumin turvatoimenpiteet ovat samanlaisia kuin nestetypelle vaaditut ; sen erittäin matala lämpötila voi aiheuttaa palovammoja .
Suuren määrän hengittäminen yhdellä otoksella aiheuttaa vähäisen tukehtumisen , mikä johtaa lyhyeen mutta vaaralliseen tajunnan menetykseen . Paineistettua heliumia hengittävillä ihmisillä on myös joitain tapauksia aivojen emboliasta tai vakavista keuhko-ongelmista.
Lisäksi nestefaasin ja kaasufaasin välinen laajenemisnopeus on sellainen, että se voi aiheuttaa räjähdyksiä nopean höyrystymisen yhteydessä, ellei paineenrajoituslaitetta ole asennettu.
Säiliöt helium kaasun 5 - 10 K on myös käsiteltävä, jos ne sisältävät nestemäisen heliumin, koska suuri ja nopea lämpölaajeneminen, joka tapahtuu, kun heliumin alle 10 K lisätään. Huoneenlämpötilassa.
Korkeasta hinnastaan huolimatta heliumia käytetään moniin käyttötarkoituksiin, jotka edellyttävät joitain sen ainutlaatuisista ominaisuuksista, kuten matalaa kiehumispistettä , matalaa tiheyttä , matalaa liukoisuutta , korkeaa lämmönjohtavuutta tai sen kemiallisesti ja biologisesti inerttiä luonnetta . Se löytyy kaupallisesti nestemäisessä tai kaasumaisessa muodossa. Nestemäisessä muodossa on pieniä dewars- säiliöitä , joihin mahtuu 1000 l heliumia, tai suurissa ISO-säiliöissä, joiden nimellistilavuus on jopa 40 000 l . Kaasumaisessa muodossa pieniä määriä heliumia toimitetaan korkeissa paine- sylintereissä, joissa on enintään 8,5 m 3 vakiona, kun taas suuria määriä toimitetaan paineistetuissa säiliöaluksissa, joiden kapasiteetti voi olla jopa 5000 m 3 .
Heliumia käytetään inertisyytensä, korkean lämmönjohtavuutensa , läpinäkyvyytensä neutronien suhteen ja koska se ei muodosta radioaktiivisia isotooppeja reaktoreissa, lämmönsiirtonesteenä tietyissä lämpökaasulla jäähdytetyissä ydinreaktoreissa .
Heliumia käytetään suojakaasussa aikana kasvu yksikiteisen piin valmistamiseksi integroitujen piirien ja optiset kuidut , tuotantoa varten titaanin ja zirkoniumin ja kaasukromatografialla , koska se on inertti.
Kemiallisen inertiansa, ihanteellisten termodynaamisten ja lämpöominaisuuksiensa , korkean äänenopeuden ja suuren Laplace-kertoimen ansiosta se on hyödyllinen myös yliäänen tuulitunneleissa tai ohimeneviä ilmiöitä tutkivissa asennuksissa.
Näiden samojen ominaisuuksien ansiosta sitä voidaan käyttää suljetuissa kiintolevyissä niiden kapasiteetin lisäämiseksi. Koska mikään tiiviste ei ole täydellinen, näillä levyillä on ilmaisin, joka ilmoittaa levylle vaarallisesta heliumin menetyksestä ajan myötä.
Helium sekoitettuna raskaampaan kaasuun, kuten ksenoniin, on hyödyllinen lämpöakustisessa jäähdytyksessä , koska lämpökapasiteetti on suuri ja alhainen Prandtl-luku . Heliumin kemiallisella inertialla on ympäristöetuja verrattuna muihin jäähdytysjärjestelmiin, jotka vaikuttavat otsonireikään tai ilmaston lämpenemiseen .
Koska heliumia diffundoituu kiintoaineiden läpi kolme kertaa nopeammin kuin ilmaa, vuotoja havaitaan ultrakorkeassa alipainelaitteessa tai korkeapainesäiliössä.
Sitä käytetään myös elintarvikkeiden kanssa (elintarvikelisäaine, jonka Euroopan unioni on hyväksynyt viitteellä E939 ) pakkausten sulkemisen tarkastamiseksi (katso luettelo elintarvikelisäaineista ).
Heliumin käyttö vähentää poikkeuksellisen matalan taitekertoimen vuoksi tiettyjen teleskooppien tai lasien linssien välisen tilan lämpötilan vaihteluista johtuvia vääristymiä . Tätä menetelmää käytetään erityisesti aurinkoteleskooppeihin, joissa lämpötilan vaihtelut ovat merkittäviä, mutta joissa ilmakehän ja tyhjiön välistä paine-eroa tukeva kotelo olisi liian raskas.
Uraania ja toriumia sisältävien kivien ja mineraalien ikä voidaan arvioida mittaamalla niiden heliumpitoisuus prosessilla, jota kutsutaan helium dating -menetelmäksi .
Nestemäistä heliumia käytetään myös tiettyjen metallien jäähdyttämiseen suprajohtavuuden edellyttämiin erittäin mataliin lämpötiloihin , esimerkiksi suprajohtaviin magneetteihin, joita käytetään erityisesti magneettikuvausilmaisimiin . LHC on CERNin käyttää 120 t nestemäisen heliumin lämpötilan ylläpitämiseksi magneetit 1,9 K . Yleisemmin, alhaisen lämpötilan heliumia käytetään kryogeniikka .
Koska sen alhainen liukoisuus hermokudoksen , heliumia seokset kuten trimix , helioxilla ja heliumia käytetään varten syväsukelluksen vähentää vaikutuksia typpinarkoosin . Yli 150 m: n syvyydessä pieniä määriä vetyä lisätään helium-dioksidihapposeokseen korkeapaineisen hermo-oireyhtymän torjumiseksi .
Näissä syvyydessä heliumin matala tiheys vähentää huomattavasti hengitystoimintaa.
He-Ne laserit on erilaisia sovelluksia, erityisesti lukijoita viivakoodi .
Koska helium on ilmaa kevyempi, sitä voidaan käyttää ilmalaivojen ja vapaiden tai kiinnitettyjen ilmapallojen täyttämiseen. Vaikka vedyllä on noin 7% enemmän kantokykyä, heliumin etuna on palamaton (ja jopa palonestoaine).
Ilmakehän etsintä, erityisesti meteorologiaa varten, tapahtuu ilmapalloilla, suurimmaksi osaksi aikaa heliumilla.
Rakettitekniikassa heliumia käytetään siirtymäaineena polttoaineen ja hapettimen hallitsemiseksi mikropainesäiliöissä paineistuksella ja vedyn ja hapen seoksen varmistamiseksi, joka syöttää propulsiosuuttimia. Sitä käytetään myös näiden aineiden puhdistamiseen maalaitteista ennen laukaisua ja nestejetyksen esijäähdyttämiseen avaruusajoneuvoista . Esimerkiksi Saturn V -raketti kuluttaa lentoon noin 370 000 m 3 heliumia.
Helium on tunnetun maailmankaikkeuden toiseksi yleisin alkuaine vedyn jälkeen ja muodostaa 23% sen barioonimassasta . Suurin osa heliumista muodostui alkeellisella nukleosynteesillä muutamassa minuutissa Suuresta Bangista . Siksi sen runsauden mittaaminen auttaa kiinnittämään tietyt kosmologisten mallien parametrit. Tähtien koko suurimman osan olemassaolosta se muodostuu vedyn ydinfuusion avulla. Elämänsä lopussa tähdet käyttävät heliumia raaka-aineena raskaampien alkuaineiden luomiseen paljon nopeammilla, jopa räjähtävillä prosesseilla. Viime kädessä helium maailmankaikkeudessa tulee vain hyvin pienestä osasta tähtiä.
Maapallon ilmakehässä heliumin pitoisuus on 5,2 × 10-6 tilavuusprosenttia. Tämä alhainen pitoisuus on melko vakaana, koska tasapaino jatkuvaa tuotantoa heliumin kiviä ja paeta tilaan , jonka eri mekanismeja . Maan heterosfäärissä osa ylemmästä ilmakehästä, helium ja muut kevyet kaasut ovat yleisimpiä ainesosia.
Lähes kaikki maapallon helium tulee α-radioaktiivisuudesta . Se esiintyy pääasiassa uraanin ja toriumin yhdisteet , mukaan lukien pitchblende , karoniittimalmia, ja monatsiitti , koska ne lähettävät α hiukkasia , jotka ovat ytimet ionisoituneen heliumin Hän 2+ , joka välittömästi Neutraloidaan elektroneja. On arvioitu, että litosfäärissä tuotetaan vuosittain 3000 tonnia heliumia . Maankuoressa heliumin pitoisuus on 8 × 10 −6 tilavuusprosenttia. Merivedessä se on vain 4 × 10 −12 . Mineraalivettä , tulivuorikaasuja ja meteorirautaa on myös pieniä määriä . Koska helium on vangittu maakaasun tavoin läpäisemättömillä kalliokerroksilla, korkeimmat heliumin pitoisuudet löytyvät maakaasukentistä, joista suurin osa kaupallisesta heliumista uutetaan. Sen tilavuuspitoisuus suhteessa maakaasuun vaihtelee muutamasta miljoonasosasta 7 prosentin pitoisuuteen, joka tunnistettiin San Juanin piirikunnassa New Mexico .
Vuonna 2016 "Helium" -niminen yritys ilmoitti tunnistaneensa tämän elementin kolme mahdollista valtavaa kenttää Tansaniassa , riittävän suuret - sen mukaan - toimittamaan maailmaa useiden vuosikymmenien ajan, ja tästä syystä se etsii 40 miljoonaa dollaria investointi poraamisen kokeilemiseksi Tansaniassa vuonna 2017. Jotkut asiantuntijat uskovat kuitenkin, että tämän talletuksen hyödyntäminen ei olisi kannattavaa pitkään aikaan, koska heidän mukaansa maailmanmarkkinat ovat viime aikoina alkaneet ylituotantona taloudellisemman käytön ja suurimmat markkinat Yhdysvalloissa , Qatarissa ja Venäjällä .
Suuressa määrin helium uutetaan jakotislauksella maakaasusta, joka voi sisältää jopa 7%. Koska heliumin kiehumispiste on alhaisempi kuin millään muulla kappaleella, matalaa lämpötilaa ja korkeaa painetta käytetään melkein kaikkien muiden kaasujen (pääasiassa ditypen ja metaanin ) nesteytykseen . Tuloksena saatu raaka helium puhdistetaan sitten altistamalla alemmille ja matalammille lämpötiloille, jolloin saostuu käytännössä kaikki typpi ja muut jäljellä olevat kaasut kaasuseoksesta. Lopuksi aktiivihiiltä käytetään lopulliseen puhdistusvaiheeseen, jolloin saadaan heliumia, jonka laatu on 99,995%. A-luokan heliumin tärkein epäpuhtaus on neon . Puhdistuksen loppuunsaattamiseksi suurin osa tuotetusta heliumista nesteytetään kryogeenisellä prosessilla. Nesteytys on välttämätöntä nestemäistä heliumia käyttävissä sovelluksissa, ja lisäksi heliumin toimittajat voivat vähentää etäkuljetusten kustannuksia, koska suurempien nestemäisten heliumsäiliöiden kapasiteetti on vähintään viisi kertaa suurempi kuin suurempien perävaunujen, jotka kuljettavat paineistettuja heliumkaasupulloja a .
Vuonna 2005 noin 160 miljoonaa kuutiometriä heliumia otettiin maakaasusta tai otettiin varastoista. Noin 83% Yhdysvalloista , 11% Algeriasta ja loput pääosin Venäjältä ja Puolasta . Yhdysvalloissa suurin osa heliumista uutetaan maakaasusta Hugotonissa ja sen lähialueilla Kansasissa, Oklahomassa ja Teksasissa.
Toinen menetelmä heliumin tuottamiseksi ja puhdistamiseksi on raaka maakaasun diffuusio puoliläpäisevien kalvojen tai muiden esteiden läpi.
Helium on mahdollista syntetisoida pommittamalla litiumia tai booria korkean energian protoneilla, mutta tämä ei ole taloudellisesti kannattava tuotantomenetelmä.
Ensimmäinen havainto heliumista havaitaan 18. elokuuta 1868Kirkkaan keltaisena juovana aallonpituudella on 587,49 nm , että spektri on Kromosfäärin että auringon . Tämä linja on havaittu Ranskan tähtitieteilijä Jules Janssen aikana yhteensä Eclipse on Guntur (Intia) . Aluksi tämän linjan uskotaan olevan natriumia . 20. lokakuutasamana vuonna, Englanti tähtitieteilijä Norman Lockyer havaittu keltainen viiva auringon spektrin, jota hän kutsui Fraunhofer-linja D 3 , koska se on lähellä tunnettu linjat D 1 ja D 2 natriumia. Hän päättelee, että sen aiheuttaa maapallolla tuntematon aurinkoelementti. Lockyer ja englantilainen kemisti Edward Frankland nimeävät tämän elementin kreikkalaisen Sun-sanan ἥλιος ( helios ) jälkeen.
Vuonna 1882 Luigi Palmieri onnistui ensimmäistä kertaa osoittamaan heliumin läsnäolon maapallolla suorittamalla Vesuviuksen laavan spektrianalyysi .
26. maaliskuuta 1895British kemisti Sir William Ramsay eristää helium maapallolla käsittelemällä kleveite (erilaisia pitchblende , joka sisältää vähintään 10% harvinaisten maametallien ) kanssa mineraali- happojen . Ramsay etsii argonia , mutta erotettuaan typen ja hapen rikkihapon vapauttamasta kaasusta hän huomasi spektroskoopissa kirkkaan keltaisen viivan , joka osui samaan aikaan auringon spektrissä havaitun D3- linjan kanssa.
Lockyer ja brittiläinen fyysikko William Crookes ovat tunnistaneet nämä näytteet heliumiksi . Riippumatta, se on eristetty cleveiitti saman vuoden kemistit Per Theodor Cleve ja Abraham Langlet (in) on Uppsala , joka kertyy tarpeeksi kaasua voi tarkasti määrittää sen atomipaino .
Myös amerikkalainen geokemisti William Francis Hillebrand oli eristänyt heliumin muutama vuosi ennen Ramsayn löytöä havaitsemalla epätavallisia spektriviivoja tutkittaessa uaniniittinäytettä. Mutta Hillebrand määrittelee nämä linjat typpityyppiseksi. Hänen onnittelukirjeensä Ramsaylle esittelee mielenkiintoisen löytötieteen ja lähes löydettävyyden tieteessä.
Vuonna 1907 Ernest Rutherford ja Thomas Royds osoittivat, että α-hiukkaset ovat heliumin ytimiä , antamalla hiukkasten päästä sisään putken ohuesta lasiikkunasta, josta ne evakuoivat, ja luomalla sitten putkeen purkautumisen uuden kaasun spektrin tutkimiseen. se. Hollantilainen fyysikko Heike Kamerlingh Onnes nesteytti heliumia ensimmäistä kertaa vuonna 1908 jäähdyttämällä kaasua alle 1 K . Hän yrittää jähmettyä sitä laskemalla lämpötilaa edelleen, mutta epäonnistuu, koska heliumilla ei ole kolmoispistettä . Se on Onnesin opiskelija Willem Hendrik Keesom , joka onnistuu jähmettymään 1 cm 3 heliumin paineessa vuonna 1926.
Vuonna 1938 Neuvostoliiton fyysikko Pyotr Leonidovich Kapitsa huomasi, että helium-4: llä ei ollut juurikaan viskositeettia lähellä absoluuttista nollaa olevissa lämpötiloissa. Vuonna 1972 amerikkalaiset fyysikot Douglas D. Osheroff , David M. Lee ja Robert C. Richardson havaitsivat saman ilmiön helium 3: ssa , mutta lämpötilassa, joka oli paljon lähempänä absoluuttista nollaa . Helium 3: n ilmiö tulkitaan atomiparien, jotka ovat fermioneja , muodostumiseksi bosonien muodostamiseksi analogisesti Cooperin elektroniparien kanssa suprajohtavuuden perusteella .
Öljynporauksen jälkeen vuonna 1903 Dexterissä , Kansasissa , tuotettu kaasusuihku oli palamaton. Erasmus Haworth (in) , geologi ja Kansasin osavaltion keränneet näytteitä tuotetun kaasun ja toi Kansasin yliopistossa , Lawrence . Apteekkien Hamilton Cadyn (en) ja David McFarlandin avulla todettiin, että kaasu tilavuusprosentteina, 72% typpeä, 15% metaania (palava prosenttiosuus vain enemmän happea) ja 12% tunnistamatonta kaasua. Lisäanalyysi osoittaa Cadylle ja McFarlandille, että 1,84% kaasunäytteestä on heliumia. Tämä osoittaa, että maapallon maailmanlaajuisesta niukkuudesta huolimatta helium on keskittynyt suurina määrinä Amerikan suurten tasangon alle ja saatavissa tuotantoon maakaasun hyödyntämisen sivutuotteena. Suurimmat heliumivarannot ovat Hugoton-kentällä ja lähialueilla Kansasin lounaisosassa, jatkuen Texasiin ja Oklahomaan.
Tämän ansiosta Yhdysvalloista tuli maailman johtava heliumin tuottaja. Sir Richard Threlfallin (vuonna) ehdotuksesta Yhdysvaltain laivasto tukee kolmea pientä kokeellista heliumin tuotantolaitosta ensimmäisen maailmansodan aikana . Tavoitteena on toimittaa kiinnitetyt sulkupallot tällä palamattomalla, ilmaa kevyemmällä kaasulla. Tällä ohjelmalla tuotetaan yhteensä 5700 m 3 92% heliumia, vaikka aiemmin sitä on tuotettu alle 100 l . Osa tästä kaasua käytetään maailman ensimmäinen heliumilla täytetyt ilmalaivalla, Yhdysvaltain laivaston C-7, vihittiin neitsytmatkalleen alkaen Hampton Roads vuonna Virginiassa ja Bolling Field in Washington on1. st joulukuu 1921.
Vaikka matalan lämpötilan kaasun nesteytysprosessia ei kehitetty riittävän ajoissa, jotta sillä olisi merkittävä rooli ensimmäisen maailmansodan aikana, tuotantoa jatketaan. Heliumia käytetään ensisijaisesti ilmapallojen täyttämiseen . Tämä käyttö lisää kysyntää toisen maailmansodan aikana , samoin kuin kaarihitsauksen kysyntä .
Helium massaspektrometri on myös elintärkeää Manhattanin atomipommi hanke.
Yhdysvaltain hallitus loi vuonna 1925 National helium Reserve Amarillo , Texas , jonka tavoitteena on toimittaa aerostats, sotilaita sodan aikana, ja siviilien rauhan aikana. Yhdysvaltojen Saksan vastaiseen sotasaartoon johtuen heliumin saanti siellä oli rajoitettua ja Hindenburg oli täytettävä vedellä, mikä aiheutti katastrofaalisia seurauksia sen palamisen yhteydessä. Heliumin kulutus toisen maailmansodan jälkeen laski, mutta varantoa lisättiin 1950-luvulla nestemäisen heliumin saannin varmistamiseksi rakettien laukaisua varten avaruuskilpailun ja kylmän sodan aikana . Vuonna 1965 heliumin kulutus Yhdysvalloissa ylitti kahdeksan kertaa sodan aikana saavutetun enimmäismäärän.
Heliumin lain muutosten jälkeen vuonna 1960 ( julkisoikeus 86-777 ) Yhdysvaltain kaivosvirasto perusti viisi yksityistä tehdasta heliumin saamiseksi maakaasusta. Tätä heliumin säilyttämisohjelmaa varten puhemiehistö rakentaa 684 km: n putkilinjan Bushtonista Kansasista Cliffsideen, lähellä Amarilloa, osittain köyhtyneelle kentälle. Näin toimitettu helium-dinityppiseos ruiskutetaan ja varastoidaan tarpeeseen asti, jolloin se uutetaan ja puhdistetaan.
Vuonna 1995 kerättiin miljardi kuutiometriä kaasua, mutta varalla on 1,4 miljardia Yhdysvaltain dollaria velkaa, mikä johtaa Yhdysvaltojen kongressin toimintaan asteittain vuonna 1996. Seurannut Helium yksityistäminen Act of 1996 (Public Law 104-273) ohjaa Yhdysvaltain sisäministeriö aloittamaan tyhjennyksen varauksesta vuonna 2005.
Vuosina 1930–1945 tuotettu helium oli noin 98,3% puhdasta (~ 2% typpeä), mikä oli ihanteellinen aerostaateille. Vuonna 1945 tuotettiin pieni määrä 99,9% heliumia kaarihitsaukseen. Jo vuonna 1949 kaupallisia määriä 99,995% A-luokan heliumia oli saatavilla.
Useiden vuosien ajan Yhdysvallat tuotti yli 90% maailman kaupallisesti saatavasta heliumista, ja uuttolaitokset Kanadassa, Puolassa, Venäjällä ja muissa maissa tuottivat loput. Tällä nopeudella tutkimuksen (elokuu 2010), Yhdysvaltain varannot loppuvat ennen vuotta 2040 (lähes kolmasosa maailman tarpeista toimittaa Yhdysvallat, jonka maailmanlaajuinen tuotantokapasiteetti on noin 142 miljoonaa kuutiometriä (vuonna 2010), kun taas kulutus oli 180 miljoonaa kuutiometriä ja että helium näyttää olevan "välttämätöntä useimmissa sovelluksissa" ).
-1990-
luvun puolivälissä uusi tehdas alkoi tuottaa Arzewissa , Algeriassa . 1,7 × 10 7 m 3 vuodessa se voi kattaa koko Euroopan kysynnän eli noin 16% maailman tuotannosta. Samaan aikaan Yhdysvaltojen kulutus ylitti 15 000 tonnia vuonna 2000. Vuosina 2004–2006 rakennettiin kaksi uutta laitosta, yksi Ras Laffaniin ( Qatar ), joka tuotti 9,2 tonnia nestemäistä heliumia päivässä, eli 1,88 × 10 7 m 3 vuodessa, ja toinen Skikdassa (Algeria). Algeriasta tuli nopeasti toiseksi suurin heliumin tuottaja. Tänä aikana heliumin kulutus ja tuotantokustannukset kasvoivat. Vuosien 2002 ja 2007 välillä heliumin hinnat kaksinkertaistuivat, ja pelkästään vuonna 2008 suuret toimittajat korottivat hintojaan noin 50 prosenttia . Tämä liittyy heliumin erittäin vähäiseen tuotantoon ja kulutukseen, mikä vaikeuttaa niiden vastaamista, koska harvat tuottajat haluavat sijoittaa näille markkinarakoille .
Robert Richardson ( fysiikan Nobel-palkinto ) vuonna 2010 varoitti kansainvälistä yhteisöä puuteriskistä, väittäen hintojen nousua, jotta heijastuisi tämän elementin niukkuuteen ja tuhlata sitä vähemmän .
Yritys 45-8 Energy, jonka pääkonttori sijaitsee Metzissä , jätti lokakuussa 2019 yksinoikeuden tutkimuksen heliumille Nièvren departementin lounaaseen , Ranskaan. Prefektuurin vastauksen odotetaan syyskuussa 2020.
klo. (en) Z. Cai, R. Clarke, N. Ward, WJ Nuttall, BA Glowacki, " Modeling Helium Markets " [PDF] , Cambridgen yliopisto ,2007(käytetty 22. kesäkuuta 2009 ) .
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Hei | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Olla | B | VS | EI | O | F | Syntynyt | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Joo | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | Se | Sc | Ti | V | Kr | Mn | Fe | Co | Tai | Cu | Zn | Ga | Ge | Ässä | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Huom | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Sisään | Sn | Sb | Sinä | Minä | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Tämä | PR | Nd | Pm | Sm | Oli | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lukea | Hf | Sinun | W | Re | Luu | Ir | Pt | Klo | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Klo | Rn | ||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Voisi | Olen | Cm | Bk | Vrt | On | Fm | Md | Ei | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
alkali Metals |
Alkalinen maa |
Lantanidit |
siirtyminen metallit |
Huono metalli |
Metalli- aukot |
Ei- metallit |
halogeeni geenit |
Noble kaasujen |
Kohteet luokittelemattomat |
Aktinidit | |||||||||
Superaktinidit |