Kapalné helium

supratekutiny Při standardním tlaku existuje chemický prvek helium v tekuté podobě pouze při extrémně nízkých teplotách pod -269 °C (cca 4 K nebo -452,2 °F). Jeho bod varu a kritický bod závisí na tom, který izotop helia je přítomen, zda nejběžnější izotop helium-4 nebo vzácnější izotop helium-3. Toto jsou jediné dva stabilní izotopy helia. Hustota kapalného hélia-4 při jeho bodu varu a tlaku jedné atmosféry (101,3 kpa) je asi 0.125 g na cm3, nebo přibližně 1/8 hustoty kapalné vody.

Zkapalňování

Helium bylo poprvé zkapalněno 10. července 1908, nizozemským fyzikem Heike Kamerlinghem Onnesem na univerzitě v Leidenu v Nizozemsku. +more V té době bylo ještě helium-3 neznámé, protože hmotnostní spektrometr ještě nebyl vynalezen. V několika posledních desetiletích se kapalné helium používá jako kryogenní chladivo a kapalné helium se vyrábí komerčně pro použití v supravodivých magnetech, jako jsou ty používané v magnetické rezonanci (MRI), nukleární magnetické rezonance (NMR), magnetoencefalografii (MEG) a experimentech ve fyzice jako je nízkoteplotní Mössbauerova spektroskopie.

Vlastnosti

Teploty nutné k výrobě tekutého hélia jsou velmi nízké, protože mezi atomy helia jsou slabé vazby. Tyto molekulové interakce jsou u helia slabé, protože helium je ušlechtilý plyn, ale jsou dále zeslabeny i jevy kvantové mechaniky, které jsou pro helium významné, protože má nízkou atomovou hmotnost asi čtyř atomových hmotnostních jednotek. +more Energie základního stavu kapalného helia je menší, pokud jsou jeho atomy méně omezeny jejich sousedy. Proto se u kapalného helia může snížit základní stav energie o přirozeně se vyskytující zvýšení jeho průměru meziatomární vzdálenosti. Nicméně na větší vzdálenosti jsou účinky meziatomových sil v heliu ještě slabší.

Kvůli velmi slabým meziatomovým silám u helia by zůstal tento prvek kapalinou při atmosférickém tlaku až do teploty absolutní nuly. Kapalné helium tuhne pouze za velmi nízkých teplot a velkých tlaků. +more Při teplotách pod jejich teplotu tání podstupují oba izotopy helium-4 i helium-3 přechody do supratekutiny.

Kapalné helium-4 a vzácné helium-3 nejsou úplně mísitelné. Pro teploty nižší než 0,9 kelvinu prochází směs dvou izotopů fází separace v normální tekutině (většinou helium-3), která plave na hustší supratekutině skládající se převážně z helia-4. +more Tato fáze separace nastane, protože celková hmotnost kapalného helia může snížit jeho termodynamickou entalpii.

Při extrémně nízkých teplotách může supratekutá fáze bohatá na helium-4 obsahovat až 6 % helia-3 v roztoku. To umožňuje používání v malém měřítku pro ředení na nižší teploty, čímž je možné dosáhnout teploty několika milikelvinů.

Data

Supratekuté helium-4 má výrazně odlišné vlastnosti od běžného kapalného helia.

Reference

Související články

Supratekutost

Externí odkazy

[url=http://ltl. tkk. +morefi/research/theory/helium. html]Fázové diagramy He-3 a He-4[/url] * [url=http://boojum. hut. fi/research/theory/he3. html]Fázový diagram He 3[/url] * [url=http://hyperphysics. phy-astr. gsu. edu/hbase/lhel. html]Onnesovo zkapalnění helia[/url] * Kamerlingh Onnesův článek z roku 1908 [url=https://www. bibnum. education. fr/physique/thermodynamique/l-helium-liquide]BibNum[/url] [for English analysis, click 'à télécharger'].

Kategorie:Chladicí média Kategorie:Helium Kategorie:Vzácné plyny Kategorie:Věda a technika v Nizozemsku