Helium tergolong dalam kumpulan gas mulia. Cecair helium adalah cecair paling sejuk di dunia. Dalam keadaan agregat ini, ia mempunyai beberapa ciri unik, seperti superfluiditi dan superkonduktiviti. Kami akan mengetahui lebih lanjut tentang sifatnya kemudian.
Gas helium
Helium ialah bahan ringkas yang diedarkan secara meluas di Alam Semesta dalam keadaan gas. Dalam jadual berkala Mendeleev, dia adalah yang kedua dan sejurus selepas hidrogen. Ia merujuk kepada gas lengai atau mulia.
Unsur ditetapkan sebagai "Dia". Dari bahasa Yunani kuno, namanya bermaksud "Matahari". Pada mulanya ia diandaikan bahawa ia adalah logam. Walau bagaimanapun, ternyata ini adalah gas monatomik. Helium ialah bahan kimia kedua paling ringan dan tidak berasa, tidak berwarna dan tidak berbau. Mempunyai takat didih paling rendah.
Dalam keadaan biasa, ia adalah gas ideal. Selain gas, ia mampu berada dalam keadaan pepejal dan cair. Lengainya ditunjukkan dalam interaksi tidak aktif dengan bahan lain. Ia boleh dikatakan tidak larut dalam air. Untuk tujuan perindustrian, ia diekstrak daripada gas asli, memisahkannya daripada kekotoran denganmenggunakan penyejukan yang kuat.
Gas boleh berbahaya kepada manusia. Peningkatan kepekatannya di udara membawa kepada kekurangan oksigen dalam darah, yang dalam perubatan dipanggil kebuluran oksigen. Apabila ditelan dalam kuantiti yang banyak, ia menyebabkan muntah, tidak sedarkan diri, dan kadangkala kematian.
Pencairan helium
Sebarang gas boleh masuk ke dalam keadaan cair terkumpul di bawah keadaan tertentu. Pencairan biasanya digunakan dalam industri dan juga dalam penyelidikan saintifik. Untuk sesetengah bahan, cukup dengan hanya meningkatkan tekanan. Lain-lain, seperti helium, hanya menjadi cecair apabila disejukkan.
Jika suhu gas melebihi takat kritikal, ia tidak akan terkondensasi, tidak kira apa tekanannya. Untuk helium, titik kritikal ialah 5.19 Kelvin, untuk isotop 3Henya ialah 3.35 K.
Helium cecair ialah cecair yang hampir sempurna. Ia dicirikan oleh ketiadaan ketegangan permukaan, kelikatan. Selepas menukar tekanan dan suhu, isipadunya kekal sama. Helium cecair mempunyai tegangan yang sangat rendah. Bahannya tidak berwarna dan sangat cair.
Sifat helium cecair
Dalam keadaan cecair, helium kurang dapat dibezakan, kerana ia membiaskan sinar cahaya dengan lemah. Dalam keadaan tertentu, ia mempunyai sifat cecair kuantum. Disebabkan ini, pada tekanan biasa, ia tidak mengkristal walaupun pada suhu -273.15 Celsius (sifar mutlak). Semua bahan lain yang diketahui menjadi pejal di bawah keadaan ini.
Suhu di mana cecair helium mula mendidih ialah -268.9 darjah Celsius. Sifat fizikal isotopnya berbeza dengan ketara. Contohnya, helium-4 mendidih pada 4.215 K.
Ia ialah cecair Bose, yang dicirikan oleh peralihan fasa pada suhu 2, 172 Kelvin dan ke bawah. Fasa He II dicirikan oleh superfluiditi dan kekonduksian superterma. Pada suhu di bawah fasa, He I dan He II berlaku serentak, yang menyebabkan dua kelajuan bunyi muncul dalam cecair.
Helium-3 ialah cecair Fermi. Ia mendidih pada 3.19 Kelvin. Isotop hanya boleh mencapai cecair superbendalir pada suhu yang sangat rendah (beberapa millikelvin) apabila terdapat daya tarikan yang mencukupi antara zarahnya.
Kebendalir helium
Sains berhutang kajian tentang konsep superfluiditi kepada Ahli Akademik S. P. Kapitsa dan L. D. Landau.
Ahli akademik membuat kesimpulan bahawa selepas suhu helium jatuh di bawah 2, 172 K, bahan itu berpindah dari fasa keadaan normal kepada yang baru sepenuhnya, dipanggil helium-II. Dalam fasa ini, bahan melalui kapilari dan lubang sempit tanpa sedikit pun geseran. Keadaan ini dipanggil "superfluidity".
Pada tahun 1941 Landau L. D. terus mengkaji sifat-sifat cecair helium dan membangunkan teori superfluid. Terangkandia mengambilnya dengan kaedah kuantum, menggunakan konsep spektrum tenaga pengujaan.
Aplikasi helium
Unsur helium ditemui dalam spektrum Matahari pada tahun 1868. Di Bumi, ia ditemui oleh William Ramsay pada tahun 1895, selepas itu ia dikaji untuk masa yang lama dan tidak digunakan dalam bidang ekonomi. Dalam aktiviti perindustrian, ia mula digunakan sebagai bahan api untuk kapal udara semasa Perang Dunia Pertama.
Gas digunakan secara aktif untuk pembungkusan dalam industri makanan, dalam peleburan logam. Ahli geologi menggunakannya untuk mengesan sesar di kerak bumi. Helium cecair digunakan terutamanya sebagai penyejuk yang mampu mengekalkan suhu ultra-rendah. Harta ini diperlukan untuk penyelidikan saintifik.
Cecair penyejuk digunakan dalam mesin elektrik kriogenik, dalam mengimbas mikroskop terowong, dalam peranti tomograf NMR perubatan, dalam pemecut zarah bercas.
Kesimpulan
Helium ialah gas lengai atau mulia yang menunjukkan aktiviti rendah dalam interaksi dengan bahan lain. Dalam jadual berkala unsur kimia, ia berada di tempat kedua, di belakang hidrogen. Secara semula jadi, jirim berada dalam keadaan gas. Dalam keadaan tertentu, ia boleh pergi ke keadaan pengagregatan lain.
Ciri utama cecair helium ialah keterlebihan dan ketidakupayaan untuk menghablur pada tekanan normal, walaupun suhu mencecah sifar mutlak. Sifat isotop sesuatu bahan tidak sama. Kritikan merekasuhu, keadaan mendidihnya dan putaran zarahnya.
