Geliy: xususiyatlari, xususiyatlari, qo'llanilishi

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-02 17:58

Geliy davriy sistemaning 18-guruhidagi inert gazdir. U vodoroddan keyin ikkinchi eng engil element hisoblanadi. Geliy rangsiz, hidsiz va ta'msiz gaz bo'lib, -268,9 ° C da suyuqlikka aylanadi. Uning qaynash va muzlash nuqtalari boshqa ma'lum bo'lgan moddalarnikidan pastroq. Bu oddiy atmosfera bosimida sovutilganda qotib qolmaydigan yagona element. Geliyning qotib qolishi uchun 1 K haroratda 25 atmosfera talab qilinadi.

Kashfiyot tarixi

Geliy Quyoshni oʻrab turgan gazsimon atmosferada fransuz astronomi Per Yansen tomonidan kashf etilgan boʻlib, u 1868 yilda tutilish paytida quyosh xromosferasi spektrida yorqin sariq chiziqni aniqlagan. Bu chiziq dastlab natriy elementini ifodalaydi deb hisoblangan. Xuddi shu yili ingliz astronomi Jozef Norman Lokyer quyosh spektrida D₁ va D₂ ma'lum natriy chiziqlariga mos kelmaydigan sariq chiziqni kuzatdi.va shuning uchun u uning qatoriga D_{3 deb nom berdi. Lokyer bunga Yerda nomaʼlum boʻlgan Quyoshdagi modda sabab boʻlgan degan xulosaga keldi. U va kimyogar Edvard Frankland element nomidan foydalanganQuyoshning yunoncha nomi Helios.}

1895 yilda ingliz kimyogari ser Uilyam Ramsay Yerda geliy borligini isbotladi. U tarkibida uran bo‘lgan klevit mineralining namunasini oldi va uni qizdirilganda hosil bo‘ladigan gazlarni o‘rganib chiqqach, spektrdagi yorqin sariq chiziq D_{3 chiziqqa to’g’ri kelishini aniqladi. Quyosh spektri. Shunday qilib, yangi element nihoyat o'rnatildi. 1903 yilda Ramsey va Frederik Soddu geliy radioaktiv moddalarning o'z-o'zidan parchalanishi mahsuloti ekanligini aniqladilar.}

Tabiatda tarqalgan

Geliyning massasi koinotning butun massasining taxminan 23% ni tashkil qiladi va element kosmosda eng koʻp boʻlgan ikkinchi oʻrinda turadi. U yulduzlarda to'plangan bo'lib, u erda termoyadro sintezi natijasida vodoroddan hosil bo'ladi. Geliy er atmosferasida 200 ming (5 ppm) ga 1 qism konsentratsiyada va radioaktiv minerallar, meteorit temir va mineral buloqlarda oz miqdorda topilgan bo'lsa-da, elementning katta miqdori AQShda topilgan (ayniqsa Texas, Nyu-York). Meksika, Kanzas, Oklaxoma, Arizona va Yuta) tabiiy gazning tarkibiy qismi sifatida (7,6% gacha). Kichik zaxiralar Avstraliya, Jazoir, Polsha, Qatar va Rossiyada topilgan. Yer qobig'ida geliy kontsentratsiyasi atigi 8 ppb ni tashkil qiladi.

Izotoplar

Har bir geliy atomining yadrosi ikkita protondan iborat, ammo boshqa elementlar singari u ham izotoplarga ega. Ular birdan oltitagacha neytronni o'z ichiga oladi, shuning uchun ularning massa raqamlari uchdan sakkizgacha. Barqarorlar geliy massasi 3 (³He) va 4 (⁴He) atom raqamlari bilan belgilanadigan elementlardir. Qolganlarning hammasi radioaktiv va boshqa moddalarga juda tez parchalanadi. Erdagi geliy sayyoraning asl tarkibiy qismi emas, u radioaktiv parchalanish natijasida hosil bo'lgan. Og'ir radioaktiv moddalar yadrolari tomonidan chiqariladigan alfa zarralari ⁴He izotopining yadrolaridir. Geliy atmosferada ko'p miqdorda to'planmaydi, chunki Yerning tortishish kuchi uning asta-sekin kosmosga chiqib ketishiga to'sqinlik qiladigan darajada kuchli emas. ³He ning Yerdagi izlari vodorod-3 (tritiy) nodir elementining salbiy beta-parchalanishi bilan izohlanadi. ⁴U barqaror izotoplar ichida eng koʻp: ⁴He atomlarining ^{3He nisbati atmosferada taxminan 700 mingdan 1 gacha, geliy o'z ichiga olgan ba'zi minerallarda 7 milliondan 1 gacha.}

Geliyning fizik xossalari

Bu elementning qaynash va erish nuqtalari eng past. Shu sababli, geliy gaz sifatida mavjud, ekstremal sharoitlardan tashqari. Gazsimon U suvda boshqa gazlarga qaraganda kamroq eriydi va qattiq moddalar orqali diffuziya tezligi havonikidan uch baravar yuqori. Uning sinishi indeksi 1 ga yaqinroq.

Geliyning issiqlik o'tkazuvchanligi bo'yicha vodorodnikidan keyin ikkinchi o'rinda turadi va uning o'ziga xos issiqlik sig'imi juda yuqori. Oddiy haroratlarda u kengayish vaqtida qiziydi va 40 K dan pastroq soviydi. Shuning uchun, T<40 K da geliyni aylantirish mumkinkengaygan suyuqlik.

Element ionlangan holatda bo'lmasa, u dielektrik hisoblanadi. Boshqa asil gazlar singari, geliy ham kuchlanish ionlanish potentsialidan past bo'lganida elektr razryadda ionlangan holda qolishiga imkon beruvchi metastabil energiya darajalariga ega.

Geliy-4 ning oʻziga xos xususiyati shundaki, u ikkita suyuq shaklga ega. Oddiy geliy I deb ataladi va qaynash nuqtasi 4,21 K (-268,9 ° C) dan taxminan 2,18 K (-271 ° C) gacha bo'lgan haroratlarda mavjud. 2,18 K dan past bo'lsa, issiqlik o'tkazuvchanligi 4 U misdan 1000 marta oshadi. Oddiy shakldan farqlash uchun bu shakl geliy II deb ataladi. U ortiqcha suyuqlikdir: yopishqoqlik shunchalik pastki, uni o'lchash mumkin emas. Geliy II tegib turgan narsaning yuzasida yupqa plyonka bo'lib tarqaladi va bu plyonka hatto tortishish kuchiga qarshi ham ishqalanishsiz oqadi.

Koʻproq boʻlgan geliy-3 uchta suyuqlik fazasini hosil qiladi, ulardan ikkitasi oʻta suyuqlikdir. ⁴da ortiqcha suyuqlik uni 1930-yillarning oʻrtalarida sovet fizigi Pyotr Leonidovich Kapitsa tomonidan kashf etilgan va xuddi shu hodisani ^{3da birinchi marta payqagan. Duglas D Osherov, Devid M. Li va AQSHdan Robert S. Richardson 1972 yilda.}

Geliy-3 va -4 ning ikki izotopining 0,8 K (-272,4 °C) dan past haroratdagi suyuq aralashmasi ikki qatlamga bo'linadi - deyarli toza ³He va⁴He 6% geliy-3 bilan aralashmasi. ³He ning ^{4 ga erishi sovutish effekti bilan birga keladi, bu geliy harorati pasayadigan kriostatlarni loyihalashda qo'llaniladi.0,01 K (-273,14 °C) dan past va u yerda bir necha kun saqlanadi.}

Ulanishlar

Oddiy sharoitda geliy kimyoviy jihatdan inertdir. Haddan tashqari sharoitlarda siz oddiy harorat va bosimlarda barqaror bo'lmagan elementli ulanishlarni yaratishingiz mumkin. Masalan, geliy elektronlar bilan bombardimon qilinganda yoki plazma holatida yod, volfram, ftor, fosfor va oltingugurt bilan birikmalar hosil qilishi mumkin. Shunday qilib, HeNe, HgHe₁₀, WHe₂ va He₂ molekulyar ionlari yaratilgan+^{, Not}2++^{, HeH}+ ^{va HeD+}. Bu usul neytral He² va HgHe molekulalarini ham olish imkonini berdi.

Plazma

Olamda asosan ionlangan geliy tarqalgan bo'lib, uning xossalari molekulyardan sezilarli darajada farq qiladi. Uning elektronlari va protonlari bog'lanmagan va qisman ionlangan holatda ham juda yuqori elektr o'tkazuvchanligiga ega. Zaryadlangan zarralar magnit va elektr maydonlari tomonidan kuchli ta'sir qiladi. Masalan, quyosh shamolida geliy ionlari ionlangan vodorod bilan birgalikda Yer magnitosferasi bilan oʻzaro taʼsirlashib, auroralarni hosil qiladi.

AQSh kashfiyoti

1903 yilda quduq burg'ilashdan so'ng Kanzas shtatining Dekster shahrida yonmaydigan gaz olindi. Dastlab uning tarkibida geliy borligi ma'lum emas edi. Qaysi gaz topilganligini shtat geologi Erazmus Xovort aniqlaganuning namunalarini to'pladi va Kanzas universitetida kimyogarlar Kedi Xemilton va Devid Makfarlend yordamida uning tarkibida 72% azot, 15% metan, 1% vodorod borligi aniqlandi va 12% aniqlanmagan. Keyingi tahlildan so'ng olimlar namunaning 1,84 foizi geliy ekanligini aniqladilar. Shunday qilib, ular bu kimyoviy element Buyuk tekisliklar ichagida juda ko'p miqdorda mavjudligini, uni tabiiy gazdan olish mumkinligini bilib oldilar.

Sanoat ishlab chiqarishi

Bu Qo'shma Shtatlarni geliy ishlab chiqarish bo'yicha jahon yetakchisiga aylantirdi. Ser Richard Threlfallning taklifiga ko'ra, AQSh harbiy-dengiz kuchlari Birinchi Jahon urushi paytida ushbu moddani ishlab chiqarish uchun uchta kichik tajriba zavodini moliyalashtirdi va to'siqlar sharlarini engil, yonmaydigan ko'taruvchi gaz bilan ta'minladi. Dastur jami 5700 m3 92% He ishlab chiqardi, garchi ilgari 100 litrdan kam gaz ishlab chiqarilgan bo'lsa-da. Bu hajmning bir qismi dunyodagi birinchi geliy dirijablida, 1921-yil 7-dekabrda Virjiniya shtatining Hampton Roads shahridan Bolling Fieldga (Vashington, Kolumbiya okrugi) ilk sayohatini amalga oshirgan AQSh Harbiy-dengiz kuchlari C-7da ishlatilgan.

Birinchi jahon urushi davrida past haroratli gazni suyultirish jarayoni yetarli darajada rivojlangan boʻlmasa-da, ishlab chiqarish davom etdi. Geliy asosan samolyotlarda ko'taruvchi gaz sifatida ishlatilgan. Ikkinchi jahon urushi davrida, himoyalangan boshq payvandlashda foydalanilganda, unga talab ortdi. Element atom bombasi loyihasida ham muhim edi. Manhetten.

AQSh milliy aksiyasi

1925 yilda Amerika Qo'shma Shtatlari hukumati urush paytida harbiy havo kemalari va tinchlik davrida tijorat havo kemalari bilan ta'minlash maqsadida Texasning Amarillo shahrida Milliy geliy qo'riqxonasini tashkil qildi. Ikkinchi jahon urushidan keyin gazdan foydalanish pasayib ketdi, ammo 1950-yillarda uni kosmik poyga va Sovuq urush davrida kislorodli vodorod raketa yoqilg'isini ishlab chiqarishda ishlatiladigan sovutish suvi sifatida ta'minlash uchun etkazib berish ko'paytirildi. 1965 yilda AQShda geliydan foydalanish urush davridagi eng yuqori iste'moldan sakkiz baravar ko'p edi.

1960 yilgi geliy qonuniga binoan, konlar byurosi tabiiy gazdan elementni olish uchun 5 ta xususiy kompaniya bilan shartnoma tuzdi. Ushbu dastur uchun ushbu zavodlarni Amarillo, Texas shtati yaqinidagi qisman tugatilgan hukumat gaz koniga bog'laydigan 425 kilometrlik gaz quvuri qurildi. Geliy-azot aralashmasi er osti omboriga quyildi va kerak bo'lguncha u erda qoldi.

1995 yilga kelib bir milliard kubometr zaxira yig'ildi va Milliy rezerv 1,4 milliard dollar qarzga ega bo'lib, AQSh Kongressini 1996 yilda uni bosqichma-bosqich bekor qilishga undadi. 1996 yilda geliyni xususiylashtirish to'g'risidagi qonun qabul qilingandan so'ng, Tabiiy resurslar vazirligi 2005 yilda omborni tugatishni boshladi.

Soflik va ishlab chiqarish hajmi

1945 yilgacha ishlab chiqarilgan geliyning tozaligi taxminan 98%, qolganlari esa 2% edi.havo kemalari uchun etarli bo'lgan azotni tashkil etdi. 1945 yilda boshq payvandlashda foydalanish uchun oz miqdorda 99,9 foiz gaz ishlab chiqarilgan. 1949 yilga kelib, hosil bo'lgan elementning tozaligi 99,995% ga yetdi.

Koʻp yillar davomida Qoʻshma Shtatlar dunyodagi tijoriy geliyning 90% dan ortigʻini ishlab chiqargan. 2004 yildan beri u har yili 140 million m3 ishlab chiqargan, shundan 85% AQSH, 10% Jazoir, qolgani esa Rossiya va Polshadan keladi. Dunyodagi geliyning asosiy manbalari Texas, Oklaxoma va Kanzasdagi gaz konlaridir.

Qabul qilish jarayoni

Geliy (98,2% toza) tabiiy gazdan boshqa komponentlarni past harorat va yuqori bosimlarda suyultirish orqali olinadi. Sovutilgan faol uglerod bilan boshqa gazlarning adsorbsiyasi 99,995% tozalikka erishadi. Havoni keng miqyosda suyultirish natijasida oz miqdorda geliy hosil bo'ladi. 900 tonna havodan taxminan 3,17 kubometrni olish mumkin. m gaz.

Ilova joylari

Asl gaz turli sohalarda ishlatilgan.

Xususiyatlari juda past haroratlarni olish imkonini beradigan geliy Katta adron kollayderida sovutish agenti, MRI apparatlarida va yadro magnit-rezonans spektrometrlarida, sun'iy yo'ldosh uskunalarida o'ta o'tkazuvchi magnitlar, shuningdek kislorodni suyultirish uchun ishlatiladi. va Apollon raketalarida vodorod.
Alyuminiy va boshqa metallarni payvandlashda, optik tolalar va yarimoʻtkazgichlar ishlab chiqarishda inert gaz sifatida.
Yaratish uchunraketa dvigatellarining yonilg'i baklaridagi bosim, ayniqsa suyuq vodorod bilan ishlaydiganlar, chunki vodorod suyuq holatda qolganda faqat gazsimon geliy o'zining agregat holatini saqlab qoladi);
He-Ne gaz lazerlari supermarket kassalarida shtrix-kodlarni skanerlash uchun ishlatiladi.
Geliy-ion mikroskopi elektron mikroskopga qaraganda yaxshiroq tasvirlar chiqaradi.
Oʻzining yuqori oʻtkazuvchanligi tufayli asil gaz, masalan, avtomobil konditsioner tizimlarida sizib chiqish yoʻqligini tekshirish va avariya sodir boʻlganda xavfsizlik yostiqchalarini tezda puflash uchun ishlatiladi.
Kam zichlik dekorativ sharlarni geliy bilan to'ldirish imkonini beradi. Inert gaz havo kemalari va havo sharlarida portlovchi vodorod o‘rnini egalladi. Misol uchun, meteorologiyada geliy sharlari o'lchash asboblarini ko'tarish uchun ishlatiladi.
Kriogen texnologiyada u sovutuvchi sifatida xizmat qiladi, chunki suyuqlik holatidagi bu kimyoviy elementning harorati mumkin boʻlgan eng past haroratdir.
Xususiyatlari kislorod bilan aralashtirilgan suvda (va qonda) past reaktivlik va eruvchanlikni ta'minlaydigan geliy suvga sho'ng'in va kesson ishlari uchun nafas olish kompozitsiyalarida qo'llanilishini topdi.
Meteoritlar va jinslar yoshini aniqlash uchun ushbu element uchun tahlil qilinadi.