Elju: proprjetajiet, il-karatteristiċi, l-applikazzjoni

Elju - gass inert tal-grupp 18 tat-tabella perjodika. Dan huwa l-element tieni eħfef wara idroġenu. Elju - gass mingħajr kulur, riħa u t-togħma li ssir likwidu f'temperatura ta '-268.9 ° C. boiling point u l-punt friża tagħha aktar baxx minn dak ta 'kull sustanza oħra magħrufa. Huwa l-uniku element li ma tissolidifika ma tkessiħ fi pressjoni atmosferika normali. Huwa mar l-istat solidu għandu tkun 25 atmosferi, f'temperatura ta '1 K.

Storja ta 'skoperta

Elju instab fl-atmosfera gass madwar ix-xemx, il-astronomu Franċiż Pierre Zhansenom li fl-1868 matul eklissi sabet linja isfar jgħajjat fl-ispettru ta 'l-chromosphere solari. Inizjalment wieħed assuma li din il-linja jirrappreżenta l sodju element. Fl-istess sena, astronomu Ingliż Dzhozef Norman Lockyer osservat linja isfar fl-ispettru solari, li ma kinitx tikkorrispondi għal linji tas-sodju magħrufa D ₁ u D _2, u għalhekk huwa jismu dan linja D _3. Lockyer kkonkludiet li kien ikkawżat minn sustanza fil-mhux magħruf Xemx fid-Dinja. Huwa u kimiku Edward Frankland fl-element titolu jintuża l-isem Grieg "Helios" Sun.

Fl-1895, il-ispiżjar Brittaniċi Sinjur Uilyam Ramzay wera l-eżistenza ta 'elju fid-Dinja. Huwa rċieva minerali kampjun li jġorru uranju cleveite, u wara li teżamina l-gassijiet iffurmati waqt it-tisħin, jinstab dik il-linja isfar jgħajjat fl-ispettru jikkoinċidi mal-linja D _3, osservati fl-ispettru solari. Għalhekk, element ġdid kien finalment installat. Fl-1903 Ramsay u Frederick Soddy sabet li elju huwa prodott ta 'l-tħassir spontanju ta' sustanzi radjuattivi.

Distribuzzjoni natura

Il-massa ta 'elju hija ta' madwar 23% tal-massa totali tal-univers, u l-element huwa l-tieni l-aktar komuni fl-ispazju. Huwa kkonċentrat fi stilla, fejn idroġenu hija ffurmata mill-fużjoni li tirriżulta. Għalkemm il-elju fl-atmosfera huwa f'konċentrazzjoni ta 1 parti għal 200 th. (5 ppm) u jinsab f'ammonti żgħar ta 'minerali radjoattivi, glandola meteorite, kif ukoll sorsi minerali, ammonti kbar ta' l-element misjuba fl-Istati Uniti (speċjalment fil Texas, New Belt tal-Messiku, Kansas, Oklahoma, Utah, u Arizona) bħala komponent (sa 7.6%) tal-gass naturali. Żgħar u riżervi tagħha ġew skoperti fl-Awstralja, l-Alġerija, il-Polonja, il-Qatar u r-Russja. Fil-konċentrazzjoni elju qoxra hija biss madwar 8 ppb.

iżotopi

Il-qalba ta 'kull tal-atomu elju fiha żewġ protoni, iżda, bħal ma' elementi oħra, hija għandha isotopi. Huma fihom minn xahar sa sitt newtroni, hekk numri massa tagħhom li jvarjaw 3-8. Stabbli ta 'dawn huma l-elementi li l-piż huwa determinat mill-elju numru atomiku 3 ⁽³ He) u 4 ⁽⁴ He). Kollha radjuattiv ieħor u malajr tmermir f'sustanzi oħra. elju Dinja mhijiex parti oriġinali tal-pjaneta, li ġiet iffurmata b'riżultat ta 'tħassir radjoattiv. partiċelli alpha emessi mill nuklei ta 'sustanzi tqal radjuattivi huma isotopu ⁴ Huwa nukleu. Elju ma jakkumulaw fi kwantitajiet kbar fl-atmosfera, minħabba gravità tad-Dinja mhijiex biżżejjed biex ma jħalluhx milli progressivament jnixxu fl-ispazju. Traċċi ta ^'3 Huwa fid-dinja huma spjegati idroġenu negattivi beta tħassir rari 3-element (tritju). ⁴ Huwa l-aktar komuni ta 'isotopi stabbli: ⁴ proporzjon ta' Hu atomi lejn ^il-3 Huwa madwar 700 elf sa 1 atmosfera u madwar 7 miljun sa 1 minn kull xi minerali b'ħafna elju ..

Il-proprjetajiet fiżiċi tal elju

boiling point u tidwib ta 'din il-partita huma aktar baxxi. Għal din ir-raġuni, elju jeżisti bħala gass ħlief fil-kundizzjonijiet estremi. Huwa gass maħlul fl-ilma inqas minn dak ta 'kwalunkwe gass oħra, u r-rata ta' diffużjoni permezz tal-korp solidu huwa tliet darbiet akbar minn dik ta 'l-arja. indiċi refrattiv tiegħu tal-eqreb approċċi 1.

Il-konduttività termali tal-elju hija t-tieni biss għall-idroġenu konduttività termali, sħana speċifika u straordinarjament għolja tagħha. F'temperaturi ordinarji huwa msaħħan waqt espansjoni, u inqas minn 40 K - mkessaħ. Għalhekk, fi T <40 K elju jistgħu jiġu kkonvertiti likwidu billi tespandi.

Element huwa iżolatur, jekk ma jkunx fl-istat dejonizzat. Bħal gassijiet nobbli oħra, elju għandha l-livelli ta 'enerġija metastable li jippermettu li jiġi jonizzat permezz ta' skariku elettriku meta vultaġġ huwa taħt l-potenzjal jonizzazzjoni.

-Elju 4 huwa uniku fis-sens li għandha żewġ forom likwidi. Soltu msejħa elju I u teżisti f'temperaturi li jvarjaw mill-punt tat-togħlija ta '4.21 K (-268,9 ° C) għal madwar 2,18 K (-271 ° C). konduttività termali t'isfel tal 2,18 K ⁴ Huwa isir 1000 darbiet akbar minn dik ta 'ram. Din il-formola hija msejħa elju II biex jiġi distint mill-ordinarju. Hija superfluid: viskożità huwa tant baxx li ma jistax jitkejjel. Elju II tinfirex fis film irqiq fuq il-wiċċ ta 'kull sustanza li hija kkonċernata, u dan il-film huwa flowing mingħajr frizzjoni anke kontra l-gravità.

Inqas abbundanti elju-3 jifforma tliet fażijiet likwidi differenti, li tnejn minnhom huma superfluid. Superfluidity ^f'4 Huwa kien skopert mill-fiżiċista Sovjetika Petrom Leonidovichem Kapitsey f'nofs is-snin 1930, u l-istess fenomenu ^fil-3 Hu kien l-ewwel innutat mill Douglas D. Osheroff, David M. Lee, u Robert C. Richardson ta 'l-Istati Uniti fl-1972.

Taħlita likwida ta 'żewġ isotopi ta' elju-3 u -4 f'temperaturi taħt 0.8 K (-272.4 ° C) huwa maqsum f'żewġ saffi - l essenzjalment puri ³ Hu u ⁴ Hu taħlita ma '6% tal-elju-3. Xoljiment ta ^'3 Hu ^f'4 Huwa akkumpanjat mill-effett tat-tkessiħ li huwa użat fi strutturi Krijostatu fejn it-temperatura elju hija taħt 0.01 K (-273,14 ° C) u miżmum għal ftit jiem.

konnessjonijiet

Taħt kondizzjonijiet normali, elju huwa kimikament inerti. Fil estremi jistgħu joħolqu element kompost li fil indikaturi normali temperatura u pressjoni mhumiex stabbli. Per eżempju, elju jistgħu jiffurmaw komposti mal jodju, tungstenu, fluworin, fosfru u kubrit, meta soġġett għal kwittanza tiddix elettriku jew minn bumbardament elettroni fl-istat plażma. Għalhekk kien maħluq HeNe, HgHe _10, WHE ₂ u jonji molekulari Hu ₂ ⁺ ₂ Mhux ^++, heh ⁺ u HED ^+. Din it-teknika kienet ukoll molekula newtrali Huwa ₂ u HgHe.

plażma

Fl-univers mqassma b'vantaġġ elju dejonizzat, li l-proprjetajiet jvarjaw sostanzjalment mill-molekulari. L-elettroni u protoni ma kellu xejn x'jaqsam, u għandu konduttività elettrika għolja ħafna anke fi stat parzjalment dejonizzat. Fuq partiċelli ċċarġjati hu influwenzat ħafna minn kampijiet manjetiċi u elettriċi. Per eżempju, fil-riħ solari b'joni elju jinteraġixxu ma 'l-art magnetosphere idroġenu dejonizzat, jikkawżaw l-borealis Aurora.

L-iskoperta ta 'depożiti fl-Istati Uniti

Wara tħaffir fl-1903 fl Dexter, Kansas, kien akkwistat permezz ta 'gass mhux fjammabbli. Inizjalment, ma kienx magħruf li fih elju. L-gass instab, l-istat identifikati Erasmus Haworth geologist, li jkun ġabar kampjuni tiegħu u l-Università ta 'Kansas permezz kimiċi Kedi Gamiltona u David MCFARLAND sabet li fih 72% nitroġenu, 15% metanu, 1% idroġenu u 12% ma kienx identifikat. Wara l-infiq l-analiżi sussegwenti, ir-riċerkaturi sabu li 1.84% tal-kampjun ta 'elju. Allura aħna nafu li dan l-element kimiku ikun preżenti fi kwantitajiet kbar fil-fond tal-Great Plains, fejn jista 'jiġi estratt mill-gass naturali.

produzzjoni industrijali

Din għamlet l-Istati Uniti tal-produzzjoni fid-dinja ta 'mexxej elju. Fuq suġġeriment minn Sir Richard Threlfall, l-Navy Istati Uniti ffinanzjat tliet impjant pilota żgħar biex jipproduċu din is-sustanza matul l-Ewwel Gwerra Dinjija biex jiżguraw il-blalen ilqugħ tal-gass irfigħ ħfief mhux fjammabbli. Skond dan il-programm kienu prodotti fit-total tal 5700 ^m3 92 fil-mija Huwa, għalkemm dan kien akkwistat biss mill-inqas 100 litru ta 'gass. Parti minn dan l-ammont kien użat fid-dinja ewwel diriġibbli elju -Istati Uniti Navy C-7, li għamlet vjaġġ ta 'xebba tagħha mill Hampton Toroq (Virginia) fil BOLLING Qasam (Washington, DC) 7 Diċembru, 1921.

Għalkemm il-proċess ta 'gass likwidu f'temperatura baxxa dak iż-żmien ma kinitx żviluppata biżżejjed biex ikun sinifikanti matul l-Ewwel Gwerra Dinjija, il-produzzjoni kontinwa. Elju huwa ġeneralment użat bħala gass lift ajruplani. Domanda għaliha żdied matul it-Tieni Gwerra Dinjija meta kien użat ma 'wweldjar bl-ark protett. L-element għandha wkoll importanza kbira fil-ħolqien tal-bomba atomika "Manhattan".

riżerva Nazzjonali Amerikan

Fl-1925, il-gvern Istati Uniti ħolqu l-Riżerva nazzjonali tad elju fil Amarillo, Texas, biex jipprovdu airships militari fi żmien ta 'gwerra u airships kummerċjali żminijiet ta' paċi. L-użu tal-gass waqgħet wara t-Tieni Dinjija, iżda l-istokk żdied fl-1950 biex jipprovdu, fost affarijiet oħra, hija tipprovdi bħala likwidu li jkessaħ użat fil-produzzjoni ta 'propellant ossiġenu-idroġenu matul il tiġrija fl-ispazju u l-Gwerra Bierda. L-użu ta 'elju fl-Istati Uniti fl-1965, tmien darbiet ogħla mill-konsum quċċata fil-gwerra.

Wara l-adozzjoni tal-liġi dwar elju 1960 Minjieri Bureau Mexxi 5 kumpaniji privati biex jiġi estratt l-element mill-gass naturali. Dan il-programm kien mibni pipeline 425 km għall-konnessjoni dawn l-impjanti ma 'l-kamp tal-gass gvern parzjalment eżawriti qrib Amarillo, Texas. taħlita elju-nitroġenu ppumpjat fil-ħażna taħt l-art, u baqa 'hemm sakemm ikun hemm l-ebda ħtieġa fiha.

Mill-1995, il-volum tal-istokk kien jiġi mmuntat biljun metru kubu, filwaqt d-dejn tal-Riżerva nazzjonali ta '1.4 biljun dollaru, li wassal lill-Kungress Amerikan fl-1996 għat-tneħħija gradwali ta' dan. Wara l-adozzjoni fl-1996 tal-liġi dwar il-privatizzazzjoni ta 'elju Ministeru tar-Riżorsi Naturali nediet maħżen likwidazzjoni fl-2005.

Nadif u l-produzzjoni

Elju prodotta sa 1,945 sena kellhom purità ta 'madwar 98%, oħrajn 2% kienu fil-nitroġenu li huwa biżżejjed għall-airships. Fl-1945, hija pproduċiet ammont żgħir ta '99.9 fil-mija tal-gass għall-użu fl-iwweldjar bl-ark. Mill-1949, il-purità tal-element li jirriżulta laħaq 99.995%.

Għal ħafna snin l-Istati Uniti prodotti aktar minn 90% ta 'elju kummerċjali tad-dinja. Mill-2004, kull sena Inħadmet 140 miljun ^m3, 85% minnhom iseħħu fl-Istati Uniti, 10% sar fl-Alġerija, u l-bqija - fir-Russja u l-Polonja. Is-sorsi ewlenin ta 'elju fid-dinja huma oqsma tal-gass naturali ta' Texas, Oklahoma u Kansas.

Il-proċess biex jinkiseb

Elju (purità 98.2%) jiġi rkuprat mill-likwifikazzjoni ta 'gass naturali minn komponenti oħra f'temperaturi baxxi u fi pressjonijiet għolja. L-adsorbiment ta 'gassijiet oħra mkessħa karbonju attivat jistgħu jiksbu l-purità ta' 99.995%. Ammont żgħir ta 'elju prodott matul likwefazzjoni arja fuq skala kbira. Ta 'l-900 tunnellata ta' arja jistgħu jiksbu madwar 3.17 metru kubu. gass m.

Oqsma ta 'applikazzjoni

gass nobbli ġie applikat fl-oqsma varji.

• Elju, li proprjetajiet jippermettu li tinkiseb temperatura baxxa ħafna, huwa użat bħala aġent tat-tkessiħ fil-LHC, MRI apparati kalamita superconducting u spettrometri nukleari reżonanza manjetika, tagħmir bis-satellita, kif ukoll għal-likwifikazzjoni ta 'ossiġnu u l-idroġenu fil-qasam ballistiku "Apollo".
• Peress li l-gass inerti għall iwweldjar aluminju u oħrajn. Metalli fil-manifattura ta 'semikondutturi u fibri ottiċi.
• .. Biex jinħoloq pressjoni fit-tankijiet tal-karburant ta 'magni rokit, partikolarment dawk li joperaw bl-idroġenu likwidu, t biss gass elju tippreżerva istat ta' aggregazzjoni meta idroġenu jibqa likwidu);
• He-Ne lasers gass huma użati biex skennjati l-barcode fuq l-uffiċċju kaxxa fis-supermarkets.
• mikroskopju elju-jone jippermettilek li tikseb l-aħjar immaġni milli elettronika.
• Minħabba l-permeabilità għolja tas-gass nobbli jintuża sabiex jiġu ttestjati tnixxijiet, per eżempju f'sistemi karozzi ta 'arja kondizzjonata, kif ukoll mili rapida l-airbag fuq ħabta.
• densità baxxa tippermetti blalen dekorattivi mimlija bil-elju. Il-gass inerti huwa sostitwit gass idroġenu splussiva fil diriġibbli u blalen. Per eżempju, fil-metereoloġija, blalen elju huma użati biex tneħħi l-istrument tal-kejl.
• -Likwidu li jkessaħ krijoġeniċi huwa użat, peress li t-temperatura tal-element kimiku fl-istat minimu possibbli likwidu.
• Elju, liema proprjetajiet jipprovdiha ta 'reattività baxx u solubbiltà fl-ilma (u d-demm), f'taħlita bl-ossiġnu sabet applikazzjoni fil-formulazzjonijiet respiratorji għall scuba diving u ż-żamma tax-xogħol caisson.
• Meteorites u blat huma analizzati għall-kontenut ta 'din l-element li jiddetermina l-età tagħhom.

Elju: il-proprjetajiet ta 'l-element

Huwa proprjetajiet fiżiċi ewlenin huma kif ġej:

• numru atomiku: 2.
• Il-massa relattiva ta 'l-atomu elju: 4.0026.
• punt tidwib: le.
• Punt tat-togħlija: -268,9 ° C.
• Densità (1 atm, 0 ° Ċ): 0,1785 g / n.
• istat ta 'ossidazzjoni 0.