ฮีเลียมอยู่ในกลุ่มก๊าซมีตระกูล ฮีเลียมเหลวเป็นของเหลวที่เย็นที่สุดในโลก ในสถานะรวมนี้ มีคุณลักษณะเฉพาะหลายอย่าง เช่น ความลื่นไหลยิ่งยวดและความเป็นตัวนำยิ่งยวด เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของมันในภายหลัง
ก๊าซฮีเลียม
ฮีเลียมเป็นสารธรรมดาที่กระจายอย่างกว้างขวางในจักรวาลในสถานะก๊าซ ในตารางธาตุของ Mendeleev เขาเป็นคนที่สองและอยู่หลังไฮโดรเจนทันที หมายถึงก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซมีตระกูล
องค์ประกอบถูกกำหนดให้เป็น "เขา" มาจากภาษากรีกโบราณ ชื่อของมันหมายถึง "ดวงอาทิตย์" ตอนแรกสันนิษฐานว่าเป็นโลหะ อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่านี่เป็นก๊าซโมโนโทมิก ฮีเลียมเป็นสารเคมีที่เบาที่สุดเป็นอันดับสอง และไม่มีรส ไม่มีสี และไม่มีกลิ่น มีจุดเดือดต่ำสุด
ภายใต้สภาวะปกติมันเป็นก๊าซในอุดมคติ นอกจากจะเป็นก๊าซแล้ว ยังสามารถอยู่ในสถานะของแข็งและของเหลวได้อีกด้วย ความเฉื่อยปรากฏในปฏิกิริยาที่ไม่ใช้งานกับสารอื่น ๆ มันไม่ละลายในน้ำ สำหรับวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม มันถูกสกัดจากก๊าซธรรมชาติ แยกมันออกจากสิ่งสกปรกด้วยใช้ความเย็นจัด
แก๊สเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นในอากาศทำให้ขาดออกซิเจนในเลือด ซึ่งในทางการแพทย์เรียกว่าภาวะขาดออกซิเจน เมื่อกลืนเข้าไปในปริมาณมากจะทำให้อาเจียน หมดสติ และบางครั้งอาจเสียชีวิตได้
การทำให้เหลวของฮีเลียม
ก๊าซใด ๆ สามารถเข้าสู่สถานะการรวมตัวของของเหลวได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ การทำให้เหลวเป็นของเหลวมักใช้ในอุตสาหกรรมและในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ สำหรับสารบางชนิด แค่เพิ่มแรงดันก็เพียงพอแล้ว อื่นๆ เช่น ฮีเลียม จะกลายเป็นของเหลวเมื่อถูกทำให้เย็นลงเท่านั้น
ถ้าอุณหภูมิของแก๊สอยู่เหนือจุดวิกฤต มันจะไม่ควบแน่น ไม่ว่าความดันจะเป็นเช่นไร สำหรับฮีเลียม จุดวิกฤตคือ 5.19 เคลวิน สำหรับไอโซโทป 3He ของมันคือ 3.35 K.
ฮีเลียมเหลวเป็นของเหลวที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ เป็นลักษณะที่ไม่มีแรงตึงผิวความหนืด หลังจากเปลี่ยนความดันและอุณหภูมิ ปริมาตรจะยังคงเท่าเดิม ฮีเลียมเหลวมีแรงตึงต่ำมาก สารนี้ไม่มีสีและเป็นของเหลวมาก
คุณสมบัติของฮีเลียมเหลว
ในสถานะของเหลว ฮีเลียมจะแยกแยะได้ไม่ดี เพราะมันหักเหแสงได้น้อย ภายใต้เงื่อนไขบางประการ จะมีคุณสมบัติของของเหลวควอนตัม ด้วยเหตุนี้ ที่ความดันปกติจะไม่ตกผลึกแม้ที่อุณหภูมิ −273.15 องศาเซลเซียส (ศูนย์สัมบูรณ์) สารอื่นๆ ที่ทราบทั้งหมดจะแข็งตัวภายใต้สภาวะเหล่านี้
อุณหภูมิที่ฮีเลียมเหลวเริ่มเดือดคือ -268.9 องศาเซลเซียส คุณสมบัติทางกายภาพของไอโซโทปแตกต่างกันมาก ตัวอย่างเช่น ฮีเลียม-4 เดือดที่ 4.215 K.
เป็นของเหลว Bose ซึ่งมีลักษณะการเปลี่ยนเฟสที่อุณหภูมิ 2, 172 เคลวินหรือต่ำกว่า เฟส He II มีลักษณะเป็นของเหลวยิ่งยวดและการนำความร้อนยิ่งยวด ที่อุณหภูมิต่ำกว่าเฟส He I และ He II เกิดขึ้นพร้อมๆ กัน เนื่องจากมีความเร็วเสียงสองระดับปรากฏในของเหลว
ฮีเลียม-3 เป็นของเหลวเฟอร์มี เดือดที่ 3.19 เคลวิน ไอโซโทปสามารถบรรลุความไหลยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น (ไม่กี่มิลลิเคลวิน) เมื่อมีแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคเพียงพอ
ของเหลวยิ่งยวดฮีเลียม
วิทยาศาสตร์เป็นหนี้การศึกษาแนวคิดเรื่องความลื่นไหลของนักวิชาการ S. P. Kapitsa และ L. D. Landau
นักวิชาการสรุปว่าหลังจากอุณหภูมิของฮีเลียมลดลงต่ำกว่า 2, 172 K สารจะผ่านจากเฟสของสภาวะปกติไปสู่สถานะใหม่ที่เรียกว่า helium-II ในระยะนี้ สารจะผ่านเส้นเลือดฝอยและรูแคบๆ โดยไม่มีแรงเสียดทานแม้แต่น้อย สถานะนี้เรียกว่า "superfluidity"
ในปี 1941 Landau L. D. ยังคงศึกษาคุณสมบัติของฮีเลียมเหลวและพัฒนาทฤษฎีของ superfluidity อธิบายเขาใช้วิธีควอนตัมโดยใช้แนวคิดของสเปกตรัมพลังงานของการกระตุ้น
แอพพลิเคชั่นฮีเลียม
ธาตุฮีเลียมถูกค้นพบในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ในปี พ.ศ. 2411 บนโลก วิลเลียม แรมเซย์ค้นพบสิ่งนี้ในปี พ.ศ. 2438 หลังจากนั้นก็ศึกษามาเป็นเวลานานและไม่ได้ใช้ในด้านเศรษฐกิจ ในกิจกรรมทางอุตสาหกรรม เริ่มใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเรือบินในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง
ก๊าซถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันสำหรับบรรจุภัณฑ์ในอุตสาหกรรมอาหาร ในการถลุงโลหะ นักธรณีวิทยาใช้เพื่อตรวจจับความผิดปกติในเปลือกโลก ฮีเลียมเหลวส่วนใหญ่ใช้เป็นสารทำความเย็นที่สามารถรักษาอุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษได้ คุณสมบัตินี้จำเป็นสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
น้ำยาหล่อเย็นใช้ในเครื่องจักรไฟฟ้าแช่แข็ง ในการสแกนกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ ในอุปกรณ์ของเอกซ์เรย์ NMR ทางการแพทย์ ในเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ
สรุป
ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซมีตระกูลที่แสดงปฏิกิริยาต่ำในการปฏิสัมพันธ์กับสารอื่นๆ ในตารางธาตุเคมี อยู่ในอันดับที่สอง รองจากไฮโดรเจน ในธรรมชาติสสารอยู่ในสถานะก๊าซ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ มันสามารถเข้าสู่สถานะการรวมตัวอื่นได้
คุณสมบัติหลักของฮีเลียมเหลวคือความไหลล้นเกินและไม่สามารถตกผลึกที่ความดันปกติได้ แม้ว่าอุณหภูมิจะถึงศูนย์สัมบูรณ์ก็ตาม คุณสมบัติของไอโซโทปของสารไม่เหมือนกัน ที่สำคัญของพวกเขาอุณหภูมิ สภาพการเดือด และการหมุนของอนุภาค