Av Matt Williams, Universet I Dag

små helium hvite dverger kan være forårsaket av en binær partner. Kreditt: NASA

Forskere har forstått i noen tid at De mest tallrike elementene I Universet er enkle gasser som hydrogen og helium. Disse utgjør det store flertallet av sin observerbare masse, dwarfing alle tyngre elementer kombinert (og med en bred margin). Og mellom de to er helium det nest letteste og nest mest vanlige grunnstoffet, og finnes i omtrent 24% Av Det observerbare Universets elementmasse.mens vi har en tendens til å tenke på helium som den morsomme gassen som gjør merkelige ting til stemmen din og lar ballonger flyte, er det faktisk en viktig del av vår eksistens. I tillegg til å være en nøkkelkomponent i stjerner, er helium også en viktig bestanddel i gassgiganter. Dette skyldes delvis sin meget høye kjernefysiske bindingsenergi, pluss det faktum som produseres av både kjernefysisk fusjon og radioaktivt henfall. Og likevel har forskere bare vært klar over eksistensen siden slutten av det 19.århundre.Det første beviset på helium ble oppnådd 18. August 1868 av den franske astronomen Jules Janssen. Mens Han var I Guntur i India, observerte Janssen en solformørkelse gjennom et prisme, hvorpå han la merke til en lys gul spektrallinje (ved 587,49 nanometer) som kommer fra solens kromosfære. På den tiden trodde han at det var natrium, siden Det var nært Til d1 og D2 fraunhofer linjene.Den 20. oktober samme år observerte Den engelske astronomen Norman Lockyer en gul linje i solspekteret (som han kalte d3 fraunhofer-linjen) som han konkluderte med var forårsaket av et ukjent element i Solen. Lockyer og Engelsk kjemiker Edward Frankland heter elementet helios, etter det greske ordet For Solen.Helium Er det nest enkleste atomet når Det gjelder atommodellen, etter hydrogen. Den består av en kjerne av to protoner og nøytroner, og to elektroner i atombaner. Den vanligste formen er helium-4, som antas å være produktet Av Big Bang nukleosyntese. Denne hendelsen, som varte fra 10 sekunder til 20 minutter etter Big Bang, ble preget av produksjon av andre kjerner enn den letteste isotopen av hydrogen (dvs.hydrogen-1. som har en enkelt proton og kjerne).denne hendelsen antas å ha produsert størstedelen av helium-4, sammen med små mengder av hydrogen -, helium-og litiumisotoper. Alle andre tyngre elementer ble opprettet mye senere, som et resultat av stjernens nukleosyntese. Store mengder nytt helium blir skapt hele tiden gjennom den samme prosessen, hvor varmen og trykket i kjernen av stjerner forårsaker hydrogenatomer å smelte.kjernen til helium – 4-atomet er identisk med en alfa-partikkel, to bundet protoner og nøytroner som produseres i prosessen med alfa-forfall (hvor et element faller, frigjør masse og blir noe annet). Inertiteten til helium skyldes stabiliteten og lav energi av det er elektronskystat, hvor alle dets elektroner fullt ut opptar 1s orbitaler i par, ingen har vinkelmoment og hver avbryter den andres indre spinn.denne stabiliteten står også for mangelen på samspill av heliumatomer med hverandre, noe som fører til et av de laveste smeltepunktene og kokepunktene av alle elementene.

Brukshistorie:

for en tid ble helium antatt å eksistere bare i Solen. Men i 1882 oppdaget den italienske fysikeren Luigi Palmieri helium på Jorden da han analyserte lava fra Vesuv etter at den brøt ut i det året. Og i 1895, mens du søkte etter argon, Klarte Skotsk kjemiker Sir William Ramsay å isolere helium ved å behandle en prøve av cleveitt med mineralsyrer. Etter å ha behandlet elementet med svovelsyre, la han merke til den samme d3 absorpsjonslinjen.Ramsey sendte prøver av gassen til Sir William Crookes og Sir Norman Lockyer, som bekreftet at det var helium. Det ble uavhengig isolert fra cleveite samme år av kjemikere Per Teodor Cleve og Abraham Langlet I Uppsala, Sverige, som var i stand til å nøyaktig bestemme sin atomvekt. I løpet av de neste årene ga lignende eksperimenter de samme resultatene.

Flere interessante egenskaper av helium ble oppdaget i de påfølgende årene. I 1907 viste Ernest Rutherford Og Thomas Royds at en alfapartikkel faktisk er en heliumkjerne. I 1908 ble helium først flytende av den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes ved å kjøle gassen til mindre enn en kelvin. Elementet ble til slutt størknet i 1926 Av Sin student Willem Hendrik Keesom, som underkastet elementet til 25 atmosfærer av trykk.Helium Var et Av de første grunnstoffene som ble funnet å ha superfluiditet. I 1938 oppdaget Den russiske fysikeren Pyotr Leonidovich Kapitsa at helium-4 har nesten ingen viskositet ved temperaturer nær absolutt null (superfluiditet). I 1972 ble det samme fenomenet observert i helium-3 Av Amerikanske fysikere Douglas D. Osheroff, David M. Lee og Robert C. Richardson.

Moderne Bruk:i Dag brukes heliumgass i et bredt spekter av industrielle, kommersielle og rekreasjonsapplikasjoner. Den mest kjente er kanskje fly, hvor heliumgass (som er lettere enn luft) naturlig gir oppdrift for luftskip og ballonger. Sammenlignet med hydrogen, som også ble brukt i luftskip, har helium den ekstra fordelen av å være brennbar og brannhemmende.på grunn av sine unike egenskaper – som inkluderer lavt kokepunkt, lav tetthet, lav oppløselighet, høy termisk ledningsevne og inertitet – brukes helium til et bredt spekter av vitenskapelige og medisinske applikasjoner. Den største bruken er i kryogene applikasjoner, hvor flytende helium fungerer som kjølevæske for superledende magneter I MR-skannere og spektrometre.en Annen bruk er i rakett, hvor helium brukes som en buffer for å fortrenge drivstoff og oksidasjonsmidler i lagertanker. Det brukes også til å kondensere hydrogen og oksygen til rakettbrensel og forkjølt flytende hydrogen i romfartøy. Large Hadron Collider ved CERN er også avhengig av flytende helium for å opprettholde en konstant temperatur på 1,9 kelvin.takket være den ekstremt lave brytningsindeksen og måten den reduserer de forvrengende effektene av temperaturvariasjon, brukes helium også i solteleskoper, gasskromatografi og i » heliumdatering – – dvs. å bestemme alderen på bergarter som inneholder radioaktive stoffer (som uran og thorium). I tillegg til sin inertitet, dens termiske egenskaper, høy lydhastighet og den høye verdien av varmekapasitetsrasjonen, brukes den også i supersoniske vindtunneler og aerodynamiske testanlegg. Den brukes også i buesveising og for industriell lekkasjedeteksjon.