Ciekły hel

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ciekły hel w szklanej łyżeczce

Ciekły helhel pierwiastkowy w stanie ciekłym.

Hel występuje w stanie ciekłym tylko w ekstremalnie niskich temperaturach. Temperatura wrzenia i punkt krytyczny zależą od składu izotopowego (patrz tabela poniżej). Gęstość ciekłego helu przy ciśnieniu 1 atm wynosi w przybliżeniu 0,125 g/cm3.

Izotop helu 4He po raz pierwszy skroplił Kamerlingh Onnes 10 lipca 1908 roku. Ciekły 4He jest stosowany w kriogenice; jest używany do chłodzenia nadprzewodzących magnesów stosowanych w spektroskopii MRI i NMR, a także w akceleratorach cząstek naładowanych w celu zmiany kierunku ich ruchu.

Temperatura skraplania helu jest bardzo niska ze względu na małą masę atomową tego pierwiastka oraz słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, wynikające z pełnego obsadzenia powłoki walencyjnej elektronami, podobnie jak w przypadku innych gazów szlachetnych. Mała masa atomowa powoduje, że energia kwantowych drgań zerowych wokół położenia równowagi osiąga relatywnie znaczne wartości. Energia ta wzrasta wraz z upakowaniem przestrzennym atomów helu, zatem faza stała jest nietrwała w stosunku do cieczy. Pod ciśnieniem atmosferycznym hel pozostałby ciekły nawet w temperaturze zera bezwzględnego. W wystarczająco niskiej temperaturze, zarówno 3He jak i 4He przechodzą w stan nadciekły (zobacz tabelę poniżej). Wyraźne efekty kwantowe powodują również bardzo niewielką różnicę między temperaturą wrzenia a temperaturą krytyczną.

Ciekły 3He i 4He nie są całkowicie rozdzielone w temperaturze 0,9 K (-272 °C) pod ciśnieniem pary nasyconej. Poniżej tej temperatury mieszanina podlega rozdzieleniu na dwa izotopy, w której 3He jest w stanie ciekłym, a 4He w stanie nadciekłym (dzieje się tak, ponieważ może zajść spadek entalpii powodujący rozdział). W niskiej temperaturze, faza nadciekła bogata w 4He może zawierać do 6% 3He, umożliwia to otrzymywanie temperatur rzędu kilku mK powyżej zera bezwzględnego[1].

Właściwość ciekłego helu 4He 3He
Temperatura krytyczna 5,2 K (-267,95 °C) 3,3 K (-269,85 °C)
Temperatura wrzenia przy ciśnieniu 1 atm 4,2 K (-268,95 °C) 3,2 K (-269,95 °C)
Minimalne ciśnienie potrzebne do skroplenia 25 atm 29 atm przy 0,3 K
Temperatura przemiany w nadciecz przy ciśnieniu pary nasyconej
(przemiana lambda)
2,17 K (-270,98 °C) 1 mK przy braku pola magnetycznego

Galeria[edytuj | edytuj kod]

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. D.O. Edwards, D.F. Brewer, P. Seligman, M. Skertic, M. Yaqub. Solubility of He3 in Liquid He4 at 0°K. „Phys. Rev. Lett.”. 15 (20), s. 773–775, 1965. doi:10.1103/PhysRevLett.15.773.