ჰელიუმი მიეკუთვნება კეთილშობილური აირების ჯგუფს. თხევადი ჰელიუმი ყველაზე ცივი სითხეა მსოფლიოში. ამ აგრეგატურ მდგომარეობაში მას აქვს მრავალი უნიკალური თვისება, როგორიცაა ზესთხევადობა და ზეგამტარობა. მის თვისებებზე მეტს მოგვიანებით გავიგებთ.
ჰელიუმის გაზი
ჰელიუმი არის მარტივი ნივთიერება, რომელიც ფართოდ არის გავრცელებული სამყაროში აირისებრ მდგომარეობაში. მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ის მეორეა და წყალბადის შემდეგ დაუყოვნებლივ. ეს ეხება ინერტულ ან კეთილშობილ გაზებს.
ელემენტი მითითებულია როგორც "ის". ძველი ბერძნულიდან მისი სახელი ნიშნავს "მზეს". თავიდან ვარაუდობდნენ, რომ ეს მეტალი იყო. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ ეს არის ერთატომური გაზი. ჰელიუმი არის მეორე მსუბუქი ქიმიური ნივთიერება და არის უგემოვნო, უფერო და უსუნო. აქვს ყველაზე დაბალი დუღილის წერტილი.
ნორმალურ პირობებში იდეალური აირია. გარდა აირისა, მას შეუძლია იყოს მყარ და თხევად მდგომარეობაში. მისი ინერტულობა ვლინდება სხვა ნივთიერებებთან არააქტიური ურთიერთქმედებით. იგი პრაქტიკულად არ იხსნება წყალში. სამრეწველო მიზნებისთვის, იგი მოიპოვება ბუნებრივი აირისგან, გამოყოფს მას მინარევებისაგანძლიერი გაგრილების გამოყენებით.
გაზი შეიძლება საშიში იყოს ადამიანისთვის. ჰაერში მისი კონცენტრაციის მატება იწვევს სისხლში ჟანგბადის ნაკლებობას, რასაც მედიცინაში ჟანგბადის შიმშილს უწოდებენ. დიდი რაოდენობით მიღებისას იწვევს ღებინებას, გონების დაკარგვას და ზოგჯერ სიკვდილს.
ჰელიუმის გათხევადება
ნებისმიერი აირი შეიძლება გადავიდეს აგრეგაციის თხევად მდგომარეობაში გარკვეულ პირობებში. გათხევადება ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც ინდუსტრიაში, ასევე სამეცნიერო კვლევებში. ზოგიერთი ნივთიერებისთვის საკმარისია უბრალოდ წნევის გაზრდა. სხვები, როგორიცაა ჰელიუმი, მხოლოდ გაცივების შემდეგ ხდება თხევადი.
თუ გაზის ტემპერატურა კრიტიკულ წერტილზე მაღლა დგას, ის არ კონდენსდება, როგორი წნევაც არ უნდა იყოს. ჰელიუმისთვის კრიტიკული წერტილია 5,19 კელვინი, მისი 3He იზოტოპისთვის არის 3,35 კ.
თხევადი ჰელიუმი თითქმის სრულყოფილი სითხეა. ახასიათებს ზედაპირული დაძაბულობის არარსებობა, სიბლანტე. წნევისა და ტემპერატურის შეცვლის შემდეგ მისი მოცულობა იგივე რჩება. თხევად ჰელიუმს აქვს ძალიან დაბალი დაძაბულობა. ნივთიერება არის უფერო და ძალიან თხევადი.
თხევადი ჰელიუმის თვისებები
თხევად მდგომარეობაში ჰელიუმი ცუდად გამოირჩევა, რადგან ის სუსტად არღვევს სინათლის სხივებს. გარკვეულ პირობებში მას აქვს კვანტური სითხის თვისებები. ამის გამო ნორმალურ წნევაზე ის არ კრისტალდება −273,15 ცელსიუს ტემპერატურაზეც (აბსოლუტური ნული). ყველა სხვა ცნობილი ნივთიერება მყარდება ამ პირობებში.
ტემპერატურა, რომლის დროსაც თხევადი ჰელიუმი იწყებს ადუღებას, არის -268,9 გრადუსი ცელსიუსი. მისი იზოტოპების ფიზიკური თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდება. მაგალითად, ჰელიუმ-4 ადუღდება 4,215 კ.
ეს არის ბოზის სითხე, რომელიც ხასიათდება ფაზური გადასვლებით 2, 172 კელვინი და ქვემოთ ტემპერატურაზე. He II ფაზას ახასიათებს ზესთხევადობა და ზეთერმული გამტარობა. ფაზის დაბალ ტემპერატურაზე He I და He II ერთდროულად წარმოიქმნება, რის გამოც სითხეში ხმის ორი სიჩქარე ჩნდება.
ჰელიუმ-3 არის ფერმის სითხე. ადუღებს 3,19 კელვინზე. იზოტოპს შეუძლია ზესთხევადობის მიღწევა მხოლოდ ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე (რამდენიმე მილიკელვინი), როდესაც მის ნაწილაკებს შორის საკმარისი მიზიდულობაა.
ჰელიუმის ზესთხევადობა
მეცნიერება ზესთხევადობის კონცეფციის შესწავლას ევალება აკადემიკოსებს S. P. Kapitsa-სა და L. D. Landau-ს.
აკადემიკოსმა დაასკვნა, რომ მას შემდეგ, რაც ჰელიუმის ტემპერატურა დაეცემა 2,172 K-ზე დაბლა, ნივთიერება ნორმალური მდგომარეობის ფაზიდან გადადის სრულიად ახალში, რომელსაც ჰელიუმ-II ეწოდება. ამ ფაზაში ნივთიერება გადის კაპილარებსა და ვიწრო ხვრელებს ოდნავი ხახუნის გარეშე. ამ მდგომარეობას ჰქვია "ზესთხევადობა".
1941 წელს Landau L. D.-მ განაგრძო თხევადი ჰელიუმის თვისებების შესწავლა და შეიმუშავა ზესთხევადობის თეორია. ახსენიმან აიღო იგი კვანტური მეთოდებით, გამოიყენა აგზნების ენერგეტიკული სპექტრის კონცეფცია.
ჰელიუმის აპლიკაციები
ელემენტი ჰელიუმი აღმოაჩინეს მზის სპექტრში 1868 წელს. დედამიწაზე იგი 1895 წელს აღმოაჩინა უილიამ რამსემ, რის შემდეგაც იგი დიდი ხნის განმავლობაში შეისწავლა და არ გამოიყენებოდა ეკონომიკურ სფეროში. სამრეწველო საქმიანობაში მისი გამოყენება დაიწყო საჰაერო ხომალდებისთვის საწვავად პირველი მსოფლიო ომის დროს.
გაზი აქტიურად გამოიყენება კვების მრეწველობაში შესაფუთად, ლითონების დნობისას. გეოლოგები მას იყენებენ დედამიწის ქერქში არსებული ხარვეზების გამოსავლენად. თხევადი ჰელიუმი ძირითადად გამოიყენება როგორც მაცივარი, რომელსაც შეუძლია შეინარჩუნოს ულტრა დაბალი ტემპერატურა. ეს თვისება აუცილებელია სამეცნიერო კვლევისთვის.
გამაგრილებელი სითხე გამოიყენება კრიოგენულ ელექტრო მანქანებში, გვირაბების სკანირების მიკროსკოპებში, სამედიცინო NMR ტომოგრაფების მოწყობილობებში, დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლებში.
დასკვნა
ჰელიუმი არის ინერტული ან კეთილშობილი გაზი, რომელიც ავლენს დაბალ აქტივობას სხვა ნივთიერებებთან ურთიერთქმედებისას. ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში ის მეორე ადგილზეა წყალბადის უკან. ბუნებაში მატერია აირისებრ მდგომარეობაშია. გარკვეულ პირობებში, მას შეუძლია გადავიდეს აგრეგაციის სხვა მდგომარეობებში.
თხევადი ჰელიუმის მთავარი მახასიათებელია მისი ზესთხევადობა და ნორმალური წნევის დროს კრისტალიზაციის შეუძლებლობა, მაშინაც კი, თუ ტემპერატურა აბსოლუტურ ნულს მიაღწევს. ნივთიერების იზოტოპების თვისებები არ არის იგივე. მათი კრიტიკულიტემპერატურა, მათი დუღილის პირობები და მათი ნაწილაკების ტრიალი.
