Hélio pertence ao grupo dos gases nobres. O hélio líquido é o líquido mais frio do mundo. Nesse estado agregado, ele possui vários recursos exclusivos, como superfluidez e supercondutividade. Aprenderemos mais sobre suas propriedades mais tarde.
Gás Hélio
Hélio é uma substância simples amplamente distribuída no Universo em estado gasoso. Na tabela periódica de Mendeleev, ele é o segundo e está imediatamente após o hidrogênio. Refere-se a gases inertes ou nobres.
O elemento é designado como "He". Do grego antigo, seu nome significa "Sol". No início, assumiu-se que era de metal. No entanto, descobriu-se que este é um gás monoatômico. O hélio é o segundo produto químico mais leve e é insípido, incolor e inodoro. Tem o ponto de ebulição mais baixo.
Em condições normais, é um gás ideal. Além de gasoso, é capaz de estar no estado sólido e líquido. Sua inércia se manifesta na interação inativa com outras substâncias. É praticamente insolúvel em água. Para fins industriais, é extraído do gás natural, separando-o das impurezas comusando resfriamento forte.
O gás pode ser perigoso para os humanos. Um aumento em sua concentração no ar leva à f alta de oxigênio no sangue, o que na medicina é chamado de fome de oxigênio. Quando ingerido em grandes quantidades, causa vômitos, perda de consciência e, às vezes, morte.
Liquefação do hélio
Qualquer gás pode entrar em estado líquido de agregação sob certas condições. A liquefação é comumente usada na indústria, bem como na pesquisa científica. Para algumas substâncias, basta simplesmente aumentar a pressão. Outros, como o hélio, só se tornam líquidos quando resfriados.
Se a temperatura do gás estiver acima do ponto crítico, ele não condensará, não importa qual seja a pressão. Para o hélio, o ponto crítico é 5,19 Kelvin, para seu isótopo 3He é 3,35 K.
Hélio líquido é um líquido quase perfeito. É caracterizada pela ausência de tensão superficial, viscosidade. Depois de mudar a pressão e a temperatura, seu volume permanece o mesmo. O hélio líquido tem tensão extremamente baixa. A substância é incolor e altamente fluida.
Propriedades do hélio líquido
No estado líquido, o hélio é pouco distinguível, pois refrata fracamente os raios de luz. Sob certas condições, tem as propriedades de um líquido quântico. Devido a isso, à pressão normal, não cristaliza mesmo a uma temperatura de -273,15 Celsius (zero absoluto). Todas as outras substâncias conhecidas solidificam nestas condições.
A temperatura na qual o hélio líquido começa a ferver é -268,9 graus Celsius. As propriedades físicas de seus isótopos variam consideravelmente. Por exemplo, o hélio-4 ferve a 4,215 K.
É um líquido Bose, que se caracteriza por transições de fase em temperaturas de 2, 172 Kelvin e abaixo. A fase He II é caracterizada por superfluidez e condutividade supertérmica. Em temperaturas abaixo da fase, He I e He II ocorrem simultaneamente, devido a que duas velocidades do som aparecem no líquido.
Hélio-3 é um líquido de Fermi. Ele ferve a 3,19 Kelvin. Um isótopo só pode atingir superfluidez em temperaturas muito baixas (alguns milikelvins) quando há atração suficiente entre suas partículas.
Superfluidez do hélio
A ciência deve o estudo do conceito de superfluidez aos acadêmicos S. P. Kapitsa e L. D. Landau.
O acadêmico concluiu que após a temperatura do hélio cair abaixo de 2.172 K, a substância passa da fase do estado normal para uma completamente nova, chamada hélio-II. Nesta fase, a substância passa pelos capilares e orifícios estreitos sem o menor atrito. Este estado é chamado de "superfluidez".
Em 1941 Landau L. D. continuou a estudar as propriedades do hélio líquido e desenvolveu a teoria da superfluidez. Expliqueele tomou por métodos quânticos, aplicando o conceito de espectro de energia de excitações.
Aplicações de Hélio
O elemento hélio foi descoberto no espectro do Sol em 1868. Na Terra, foi descoberto por William Ramsay em 1895, após o que foi estudado por um longo tempo e não foi usado na esfera econômica. Na atividade industrial, começou a ser usado como combustível para aeronaves durante a Primeira Guerra Mundial.
O gás é usado ativamente para embalagens na indústria alimentícia, na fundição de metais. Os geólogos o usam para detectar falhas na crosta terrestre. O hélio líquido é usado principalmente como refrigerante capaz de manter temperaturas ultrabaixas. Esta propriedade é necessária para pesquisas científicas.
O líquido refrigerante é utilizado em máquinas elétricas criogênicas, em microscópios de tunelamento de varredura, em aparelhos de tomógrafos médicos de RMN, em aceleradores de partículas carregadas.
Conclusão
Hélio é um gás inerte ou nobre que apresenta baixa atividade em interação com outras substâncias. Na tabela periódica dos elementos químicos, está em segundo lugar, atrás do hidrogênio. Na natureza, a matéria está no estado gasoso. Sob certas condições, pode entrar em outros estados de agregação.
A principal característica do hélio líquido é sua superfluidez e incapacidade de cristalizar em pressão normal, mesmo que a temperatura atinja zero absoluto. As propriedades dos isótopos de uma substância não são as mesmas. Seus críticostemperaturas, suas condições de ebulição e os spins de suas partículas.
