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ヘリウム：性質、特性、アプリケーション

ヘリウム - 周期表のグループ18の不活性ガス。これは、水素後の第二軽い要素です。ヘリウム - -268.9℃の温度で液体になる色、香りと味なしにガス沸点と凝固点の任意の他の既知の物質よりも低いです。これは、通常の大気圧下で冷却して固化しない唯一の要素です。彼は1 Kの温度で、25気圧でなければならない固体状態に移行しました

発見の歴史

ヘリウムは、1868年に日食時太陽彩のスペクトルに明るい黄色のラインを発見したこと太陽を取り囲むガス雰囲気、フランス天文学者ピエールZhansenomで発見されました。当初は、このラインは、要素ナトリウムを表すと仮定しました。同じ年に、英国の天文学者Dzhozefノーマン・ラックラー既知のナトリウム線D ₁及びD ₂に対応していなかった太陽スペクトル中の黄色の線を観察し_、そのためには、それラインD ₃と命名されています_。ロッキャーは、それが地球上のSunの未知の中の物質によって引き起こされたと結論付けました。彼とギリシャ語の名前「ヘリオス」日を使用してtitle要素での化学者エドワード・フランクランド

1895年、イギリスの化学者サーUilyam Ramzayは、地球上のヘリウムの存在を証明しています。彼は、サンプルcleveiteウラン担持鉱物を受け、加熱中に形成されたガスを調べた後、スペクトルにおける明るい黄色の線は、太陽スペクトルで観察されたラインD _3と一致することが分かります。このように、新しい要素は最終的にインストールされました。 1903年ラムゼイとフレデリック・ソディヘリウムが放射性物質の自然崩壊の生成物であることを見出しました。

自然の中での配布

ヘリウムの質量は、宇宙の全質量の約23％であり、要素は、空間内の最も第2共通です。これは、水素が得られた融合から形成されている星に集中しています。大気中のヘリウム（5 ppm）で200番目に1部の濃度であり、特にテキサス州、ニュー中の放射性鉱物、隕石腺、並びにミネラル源、米国で見つかった要素の大量（少量の中に含まれているがメキシコシティの天然ガスの成分である（7.6％へ、カンザス州、オクラホマ州、ユタ州、アリゾナ））。小型とその埋蔵量は、オーストラリア、アルジェリア、ポーランド、カタール、ロシアで発見されています。クラストヘリウム濃度でのみ約8 ppbです。

同位体

ヘリウム原子の各々のコアは、他の要素と同様に、同位体を有し、2個のプロトンを含むが、。彼らは、1〜6個の中性子から含まれているので、その質量数が3から8までの範囲。これらの安定は、その重量ヘリウム原子数^3（3 He）の及び^4（彼）によって決定される要素です。急速に他のすべての放射性とは、他の物質に崩壊します。地球のヘリウムは、それが放射性崩壊の結果として形成された、地球の元の一部ではありません。放射性物質の大量の核によって放出されるアルファ粒子は^4つの彼の核を同位体されています。地球の重力が徐々に空間に漏れることを防止するのに十分ではないので、ヘリウムは、大気中に大量に蓄積しません。世界で³彼の痕跡が負のベータ崩壊の水素珍しい-3要素（トリチウム）で説明されています。 ⁴彼は、安定同位体の最も一般的である：彼の⁴比は、彼は約70万1気圧の約7百万1いくつかのヘリウムに富む鉱物である³に向け原子..

ヘリウムの物性

この項目の沸点と融点が最も低いです。この理由のため、ヘリウムは、極端な条件を除いガスとして存在します。 Heガスは、以下の任意の他のガスよりも水に溶解し、そして固体本体を通る拡散速度は、空気よりも3倍大きいです。最も近いの屈折率が1に近づきます。

ヘリウムの熱伝導率は、水素、熱伝導率、比熱およびその非常に高い第2です。冷却 - 常温でそれが膨張中、およびK 40の下に加熱されます。したがって、Tで<40 Kヘリウムが拡大することによって液体に変換することができます。

イオン化した状態でない場合、要素は、絶縁体です。他の希ガスと同様に、ヘリウムは、電圧がイオン化ポテンシャル以下であるとき、それは放電によりイオン化されることを可能にする準安定エネルギー準位を有します。

ヘリウム-4は、2つの液体のフォームを持っているという点で独特です。通常はヘリウムIと呼ばれ、4.21 Kの沸点から（-268,9°C）約2,18 K（-271℃）の範囲の温度で存在します。 2,18 K ⁴の低い熱伝導率は、彼は銅のそれよりも1000倍大きくなります。この形式は、通常のからそれを区別するために、ヘリウムIIと呼ばれています。これは、超流動ました：粘度は、それが測定できないほど低いです。ヘリウムIIが懸念される任意の物質の表面上に薄膜状に広がり、このフィルムも、重力に抗して摩擦なしに流れます。

あまり豊富ヘリウム3は、超二つれる3つの異なる液相を形成します。彼はソ連の物理学者によって発見された⁴で超流動 Petrom Leonidovichem Kapitsey 1930年代半ばに、彼は最初1972年に米国のダグラス・D・オシェロフ、デイビット・M・リー、ロバート・C.・リチャードソンで注目された³で同じ現象。

本質的に純粋な³ Heおよびヘリウム-3の6％と⁴彼の混合物-二つのヘリウム3の同位体および-4 0.8 K（-272.4℃）以下の温度での液体混合物を2層に分割されています。 ³ Heの溶解は⁴で彼は（℃-273,14）ヘリウム温度以下に0.01 Kであるクライオスタット構造で使用される冷却効果を伴い、数日間維持しました。

接続

通常の条件下では、ヘリウムは化学的に不活性です。極端に常温常圧の指標で安定でない化合物の要素を作成することができます。電気的なグロー放電又はプラズマ状態の電子衝撃により受けたとき、例えば、ヘリウム、ヨウ素、タングステン、フッ素、リンおよび硫黄を有する化合物を形成することができます。したがって、それがヘリウムネオン、HgHe _10、WHE ₂及び分子イオン彼₂ ⁺ ₂未^++、あわや⁺とHED ^+を作成しました^。この技術はまた、中性分子彼₂とHgHeてきました。

プラズマ

宇宙で有利その特性の分子と実質的に異なるイオン化ヘリウム、分散。電子と陽子はリンクされていないし、それがあっても部分的にイオン化された状態で、非常に高い導電性を有します。荷電粒子に非常に磁界と電界の影響を受けています。例えば、ヘリウムイオンと太陽風でオーロラを引き起こし、イオン化水素磁気圏土と相互作用します。

米国における預金の発見

デクスター、カンザス州で1903年に掘削した後、それは非可燃性ガスによって得られました。最初は、それはヘリウムが含まれていることは知られていませんでした。見つかったガス、彼のサンプルや化学者Kedi Gamiltonaとデビッド・マクファーランド経由でカンザス大学を収集した識別状態イラスマス・ハワース地質学者は、それが72％の窒素、15％のメタン、1％の水素を含有し、12％が同定されなかったことがわかりました。その後の分析を過ごした後、研究者は、ヘリウムの試料の1.84パーセントを発見しました。だから我々は、この化学元素は、それが天然ガスから抽出することができグレートプレーンズの奥に大量に存在していることを知っています。

工業生産

これは、ヘリウムのリーダーの米国、世界の生産を行っています。サー・リチャード・スレルフォールの提案では、米海軍は弾幕風船に軽量の非可燃性のリフティングガスを確保するために、第一次世界大戦中にこの物質を生成するために、3つの小さなパイロットプラントに資金を提供しました。これはガスの唯一少なくとも100リットルを得たが、このプログラムによれば、5700メートル³ 92パーセント彼の合計で製造しました。この金額の一部は、世界初のヘリウム飛行船に使用された米海軍ハンプトンローズからその処女航海製C-7、（バージニア州）ボリング場で（ワシントンD.C.） 1921年12月7日。

その時点での低温液体ガスのプロセスが十分に第一次世界大戦の間に有意であることが開発されていなかったものの、生産は続けました。ヘリウムは、一般に航空機に揚力ガスとして使用されます。それはシールドアーク溶接で使用した場合、それに対する需要は、第二次世界大戦中に増加しています。要素は、原子爆弾「マンハッタン」の創造に大きな重要性を持っています。

米国国立保護区

1925年、米国政府は、平時の戦争や商業飛行船の時に軍の飛行船を提供するために、アマリロ、テキサス州のヘリウムの国立保護区を作成しました。ガスの使用は、第二次世界後に下落したが、株価はとりわけ、それは宇宙開発競争と冷戦中に酸素 - 水素推進剤の製造に用いられる冷媒として供給し、提供するために、1950年に増加しました。 1965年に米国でのヘリウムの使用、戦時中のピーク消費量の8倍高いです。

ヘリウム1960鉱山局のストリークに関する法律の採択後5つの民間企業が天然ガスから要素を抽出します。このプログラムは、アマリロ、テキサス州の近くに政府の部分空乏型ガス田で、これらの植物を接続するために425キロのパイプラインを構築しました。ヘリウム - 窒素混合物地下貯蔵に圧送し、その中に必要がないまでそこに残りました。

1995年までに、株式のボリュームはそれを段階的に廃止し、1996年に米国議会を促した14億ドルの国立保護区の債務ながら、億立方メートルを組み立てました。天然資源のヘリウム省の民営化に関する法律の1996年に採択に続いて、2005年に清算ストアを立ち上げました。

クリーン生産

1945年まで生産さヘリウムは約98％、2％は、飛行船のために十分である窒素にあった他人の純度を有していました。 1945年には、アーク溶接で使用するためのガスの99.9パーセントの少量を生成しました。 1949によって、得られた元素の純度は99.995パーセントに達しています。

長年にわたり、米国は世界の商業ヘリウムの90％以上を生産しました。 2004年以来、毎年は、それは1.4億メートル^3、米国で発生したのは85％が、10％はアルジェリアで行われた、残りを働いた-ロシアとポーランドで。世界でヘリウムの主な発生源は、テキサス、オクラホマ、カンザスの天然ガスフィールドです。

得るための方法

ヘリウム（純度98.2％）は、低温で他の成分によって、および高圧で天然ガスの液化から回収されます。他のガスの吸着は、活性炭が99.995パーセントの純度を達成することができる冷却しました。ヘリウム少量の大規模空気液化中に生成します。空気の900トンの約3.17立方メートルを得ることができます。メートルガス。

アプリケーションのフィールド

希ガスは、様々な分野で応用されています。

特性は非常に低い温度を得ることができるように、ヘリウムは、MRI用超電導磁石装置および核磁気共鳴分光計、衛星機器、ならびにミサイル中の酸素と水素の液化のためには、「アポロ」、LHCの冷却剤として使用されます。
不活性ガスとしてアルミニウム等を溶接する。半導体や光ファイバの製造における金属。
水素は液体のままとき..ロケットエンジンの燃料タンク内の圧力を作成するには、特にのみヘリウムガスに対するT、液体水素で動作するもの）は、凝集の状態を保存します;
He-Ne ガスレーザーは、スーパーマーケットでの興行上のバーコードをスキャンするために使用されています。
ヘリウムイオン顕微鏡では、電子よりも最高の画像を取得することができます。
希ガスの高透磁率をカーエアコンシステム、例えば、リークをテストするために使用されるだけでなく、迅速な衝突の際にエアバッグを充填します。
低密度は、ヘリウムで満たされた装飾的なボールを可能にします。不活性ガスは、飛行船や気球に爆発的な水素ガスを交換されます。例えば、気象学において、ヘリウムバルーンは、測定器具を持ち上げるために使用されます。
極低温冷却剤は可能な最小液体状態の化学元素の温度が、使用されています。
特性は酸素との混合物中の低反応性と水溶性（及び血液）は、スキューバダイビング用呼吸製剤中のアプリケーションとケーソンのワークを保持するを発見したことを提供ヘリウム、。
隕石や岩は、自分の年齢を決定するために、この要素の内容を分析しています。

ヘリウム：要素のプロパティ

次のように彼の主な物性は以下のとおりです。

原子番号：2。
ヘリウム原子の相対質量：4.0026。
融点：なし。
・沸点：-268,9℃、
密度（1気圧、0℃）：0,1785 G / N。
酸化状態0。