L'heli pertany al grup dels gasos nobles. L'heli líquid és el líquid més fred del món. En aquest estat agregat, té una sèrie de característiques úniques, com ara la superfluidesa i la superconductivitat. Més endavant aprendrem més sobre les seves propietats.
Gas heli
L'heli és una substància simple àmpliament distribuïda a l'Univers en estat gasós. A la taula periòdica de Mendeleiev, és el segon i està immediatament després de l'hidrogen. Es refereix a gasos inerts o nobles.
L'element es designa com a "Ell". Del grec antic, el seu nom significa "Sol". Al principi es va suposar que era metall. No obstant això, va resultar que es tracta d'un gas monoatòmic. L'heli és el segon producte químic més lleuger i és insípid, incolor i inodor. Té el punt d'ebullició més baix.
En condicions normals, és un gas ideal. A més de gasosa, és capaç d'estar en estat sòlid i líquid. La seva inercia es manifesta en la interacció inactiva amb altres substàncies. És pràcticament insoluble en aigua. Amb finalitats industrials, s'extreu del gas natural, separant-lo de les impureses ambutilitzant una refrigeració forta.
El gas pot ser perillós per als humans. Un augment de la seva concentració a l'aire provoca una manca d'oxigen a la sang, que en medicina s'anomena inanició d'oxigen. Quan s'ingereix en grans quantitats, provoca vòmits, pèrdua de consciència i, de vegades, la mort.
Liqüefacció d'heli
Qualsevol gas pot passar a un estat líquid d'agregació en determinades condicions. La liqüefacció s'utilitza habitualment tant a la indústria com a la investigació científica. Per a algunes substàncies, n'hi ha prou amb augmentar la pressió. Altres, com l'heli, només es tornen líquids quan es refreden.
Si la temperatura del gas està per sobre del punt crític, no es condensarà, sigui quina sigui la pressió. Per a l'heli, el punt crític és de 5,19 Kelvin, per al seu isòtop 3He és de 3,35 K.
L'heli líquid és un líquid gairebé perfecte. Es caracteritza per l'absència de tensió superficial, viscositat. Després de canviar la pressió i la temperatura, el seu volum continua sent el mateix. L'heli líquid té una tensió extremadament baixa. La substància és incolora i molt fluida.
Propietats de l'heli líquid
En estat líquid, l'heli és poc distingible, perquè refracta dèbilment els raigs de llum. En determinades condicions, té les propietats d'un líquid quàntic. A causa d'això, a pressió normal, no cristal·litza fins i tot a una temperatura de -273,15 Celsius (zero absolut). Totes les altres substàncies conegudes es solidifiquen en aquestes condicions.
La temperatura a la qual l'heli líquid comença a bullir és de -268,9 graus centígrads. Les propietats físiques dels seus isòtops varien considerablement. Per exemple, l'heli-4 bull a 4,215 K.
És un líquid Bose, que es caracteritza per transicions de fase a temperatures de 2, 172 Kelvin i per sota. La fase He II es caracteritza per la superfluidesa i la conductivitat supertèrmica. A temperatures per sota de la fase, He I i He II es produeixen simultàniament, de manera que apareixen dues velocitats de so al líquid.
Heli-3 és un líquid de Fermi. Bulli a 3,19 Kelvin. Un isòtop només pot assolir la superfluidesa a temperatures molt baixes (uns quants milikelvins) quan hi ha prou atracció entre les seves partícules.
Superfluidesa de l'heli
La ciència deu l'estudi del concepte de superfluidesa als acadèmics S. P. Kapitsa i L. D. Landau.
L'acadèmic va concloure que després que la temperatura de l'heli cau per sota dels 2.172 K, la substància passa de la fase de l'estat normal a una de completament nova, anomenada heli-II. En aquesta fase, la substància passa pels capil·lars i els forats estrets sense la mínima fricció. Aquest estat s'anomena "superfluidesa".
L'any 1941 Landau L. D. va continuar estudiant les propietats de l'heli líquid i va desenvolupar la teoria de la superfluidesa. Explicael va prendre per mètodes quàntics, aplicant el concepte de l'espectre energètic de les excitacions.
Aplicacions d'heli
L'element heli va ser descobert a l'espectre del Sol el 1868. A la Terra, va ser descobert per William Ramsay l'any 1895, després del qual va ser estudiat durant molt de temps i no va ser utilitzat en l'àmbit econòmic. En l'activitat industrial, va començar a utilitzar-se com a combustible per als dirigibles durant la Primera Guerra Mundial.
El gas s'utilitza activament per a l'envasament a la indústria alimentària, en la fosa de metalls. Els geòlegs l'utilitzen per detectar falles a l'escorça terrestre. L'heli líquid s'utilitza principalment com a refrigerant capaç de mantenir temperatures molt baixes. Aquesta propietat és necessària per a la investigació científica.
El líquid refrigerant s'utilitza en màquines elèctriques criogèniques, en microscopis d'exploració de túnels, en dispositius de tomògrafs RMN mèdics, en acceleradors de partícules carregades.
Conclusió
L'heli és un gas inert o noble que presenta poca activitat en interacció amb altres substàncies. A la taula periòdica dels elements químics, ocupa el segon lloc, darrere de l'hidrogen. A la natura, la matèria es troba en estat gasós. En determinades condicions, pot passar a altres estats d'agregació.
La característica principal de l'heli líquid és la seva superfluidesa i la seva incapacitat per cristal·litzar a pressió normal, fins i tot si la temperatura arriba al zero absolut. Les propietats dels isòtops d'una substància no són les mateixes. La seva críticatemperatures, les seves condicions d'ebullició i els girs de les seves partícules.
