Ciekły hel
Ciekły hel – hel 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]
-
Ciekły, wolno wrzący hel w wyewakuowanym naczyniu pod ciśnieniem 1 atm, w temperaturze 4,2 K
-
Ciekły hel w punkcie lambda
-
Nadciekły hel w temperaturze poniżej 2,17 K
Zobacz też[edytuj]
Przypisy
- ↑ 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.
|
|||||||||||||||||||||||
