Helium termasuk dalam kelompok gas mulia. Helium cair adalah cairan terdingin di dunia. Dalam keadaan agregat ini, ia memiliki sejumlah fitur unik, seperti superfluiditas dan superkonduktivitas. Kita akan mempelajari lebih lanjut tentang propertinya nanti.
gas Helium
Helium adalah zat sederhana yang tersebar luas di Alam Semesta dalam bentuk gas. Dalam tabel periodik Mendeleev, dia adalah yang kedua dan segera setelah hidrogen. Ini mengacu pada gas inert atau mulia.
Elemen ditetapkan sebagai "Dia". Dari bahasa Yunani kuno, namanya berarti "Matahari". Pada awalnya diasumsikan bahwa itu adalah logam. Namun, ternyata ini adalah gas monoatomik. Helium adalah bahan kimia paling ringan kedua dan tidak berasa, tidak berwarna dan tidak berbau. Memiliki titik didih terendah.
Dalam kondisi normal, ini adalah gas ideal. Selain gas, ia mampu berada dalam keadaan padat dan cair. Kelembamannya dimanifestasikan dalam interaksi tidak aktif dengan zat lain. Ini praktis tidak larut dalam air. Untuk keperluan industri, itu diekstraksi dari gas alam, memisahkannya dari kotoran dengan:menggunakan pendinginan yang kuat.
Gas bisa berbahaya bagi manusia. Peningkatan konsentrasinya di udara menyebabkan kekurangan oksigen dalam darah, yang dalam kedokteran disebut kelaparan oksigen. Jika tertelan dalam jumlah banyak, dapat menyebabkan muntah, kehilangan kesadaran, dan terkadang kematian.
Pencairan helium
Gas apa pun dapat menjadi agregasi cair dalam kondisi tertentu. Pencairan umumnya digunakan dalam industri maupun dalam penelitian ilmiah. Untuk beberapa zat, cukup hanya meningkatkan tekanan. Lainnya, seperti helium, hanya menjadi cair ketika didinginkan.
Jika suhu gas di atas titik kritis, gas tidak akan mengembun, berapa pun tekanannya. Untuk helium, titik kritisnya adalah 5,19 Kelvin, untuk isotop 3He-nya adalah 3,35 K.
Helium cair adalah cairan yang hampir sempurna. Hal ini ditandai dengan tidak adanya tegangan permukaan, viskositas. Setelah mengubah tekanan dan suhu, volumenya tetap sama. Helium cair memiliki tegangan yang sangat rendah. Zat ini tidak berwarna dan sangat cair.
Sifat helium cair
Dalam keadaan cair, helium sulit dibedakan, karena ia membiaskan sinar cahaya dengan lemah. Dalam kondisi tertentu, ia memiliki sifat cairan kuantum. Karena itu, pada tekanan normal, ia tidak mengkristal bahkan pada suhu 273,15 Celcius (nol mutlak). Semua zat lain yang diketahui membeku di bawah kondisi ini.
Suhu saat helium cair mulai mendidih adalah -268,9 derajat Celcius. Sifat fisik isotopnya sangat bervariasi. Misalnya, helium-4 mendidih pada 4,215 K.
Ini adalah cairan Bose, yang ditandai dengan transisi fase pada suhu 2, 172 Kelvin ke bawah. Fase He II dicirikan oleh superfluiditas dan konduktivitas supertermal. Pada suhu di bawah fase, He I dan He II terjadi secara bersamaan, yang menyebabkan dua kecepatan suara muncul dalam cairan.
Helium-3 adalah cairan Fermi. Mendidih pada 3,19 Kelvin. Isotop hanya dapat mencapai superfluiditas pada suhu yang sangat rendah (beberapa milikelvin) jika ada daya tarik yang cukup antara partikelnya.
Superfluiditas Helium
Sains berutang studi tentang konsep superfluiditas kepada Akademisi S. P. Kapitsa dan L. D. Landau.
Akademisi menyimpulkan bahwa setelah suhu helium turun di bawah 2, 172 K, zat berpindah dari fase keadaan normal ke fase yang sama sekali baru, yang disebut helium-II. Pada fase ini, zat melewati kapiler dan lubang sempit tanpa gesekan sedikit pun. Keadaan ini disebut "superfluiditas".
Pada tahun 1941 Landau L. D. terus mempelajari sifat-sifat helium cair dan mengembangkan teori superfluiditas. Menjelaskandia mengambilnya dengan metode kuantum, menerapkan konsep spektrum energi eksitasi.
Aplikasi Helium
Unsur helium ditemukan dalam spektrum Matahari pada tahun 1868. Di Bumi, ditemukan oleh William Ramsay pada tahun 1895, setelah itu dipelajari untuk waktu yang lama dan tidak digunakan dalam bidang ekonomi. Dalam kegiatan industri, mulai digunakan sebagai bahan bakar kapal udara selama Perang Dunia Pertama.
Gas secara aktif digunakan untuk kemasan dalam industri makanan, dalam peleburan logam. Ahli geologi menggunakannya untuk mendeteksi kesalahan di kerak bumi. Helium cair terutama digunakan sebagai zat pendingin yang mampu mempertahankan suhu sangat rendah. Properti ini diperlukan untuk penelitian ilmiah.
Cairan pendingin digunakan dalam mesin listrik kriogenik, dalam pemindaian mikroskop terowongan, dalam perangkat tomografi NMR medis, dalam akselerator partikel bermuatan.
Kesimpulan
Helium adalah gas inert atau gas mulia yang menunjukkan aktivitas rendah dalam interaksinya dengan zat lain. Dalam tabel periodik unsur kimia, ia berada di tempat kedua, di belakang hidrogen. Di alam, materi berada dalam keadaan gas. Dalam kondisi tertentu, ia bisa masuk ke status agregasi lain.
Fitur utama helium cair adalah superfluiditas dan ketidakmampuannya untuk mengkristal pada tekanan normal, bahkan jika suhunya mencapai nol mutlak. Sifat-sifat isotop suatu zat tidak sama. kritis merekasuhu, kondisi didihnya, dan putaran partikelnya.
