El helio pertenece al grupo de los gases nobles. El helio líquido es el líquido más frío del mundo. En este estado agregado, tiene una serie de características únicas, como la superfluidez y la superconductividad. Aprenderemos más sobre sus propiedades más adelante.
Gas helio
El helio es una sustancia simple ampliamente distribuida en el Universo en estado gaseoso. En la tabla periódica de Mendeleev, es el segundo y está inmediatamente después del hidrógeno. Se refiere a gases inertes o nobles.
El elemento se designa como "Él". Del griego antiguo, su nombre significa "Sol". Al principio se supuso que era de metal. Sin embargo, resultó que este es un gas monoatómico. El helio es el segundo químico más liviano y es insípido, incoloro e inodoro. Tiene el punto de ebullición más bajo.
En condiciones normales, es un gas ideal. Además de gaseoso, es capaz de estar en estado sólido y líquido. Su inercia se manifiesta en la interacción inactiva con otras sustancias. Es practicamente insoluble en agua. Para fines industriales, se extrae del gas natural, separándolo de las impurezas conusando un enfriamiento fuerte.
El gas puede ser peligroso para los humanos. Un aumento en su concentración en el aire conduce a la f alta de oxígeno en la sangre, lo que en medicina se denomina f alta de oxígeno. Cuando se ingiere en grandes cantidades, provoca vómitos, pérdida del conocimiento y, a veces, la muerte.
Licuefacción de helio
Cualquier gas puede pasar a un estado líquido de agregación bajo ciertas condiciones. La licuefacción se usa comúnmente en la industria, así como en la investigación científica. Para algunas sustancias, es suficiente simplemente aumentar la presión. Otros, como el helio, solo se vuelven líquidos cuando se enfrían.
Si la temperatura del gas está por encima del punto crítico, no se condensará, sin importar la presión. Para el helio, el punto crítico es 5,19 Kelvin, para su isótopo 3He es 3,35 K.
El helio líquido es un líquido casi perfecto. Se caracteriza por la ausencia de tensión superficial, viscosidad. Después de cambiar la presión y la temperatura, su volumen sigue siendo el mismo. El helio líquido tiene una tensión extremadamente baja. La sustancia es incolora y muy fluida.
Propiedades del helio líquido
En estado líquido, el helio se distingue poco porque refracta débilmente los rayos de luz. Bajo ciertas condiciones, tiene las propiedades de un líquido cuántico. Debido a esto, a presión normal, no cristaliza ni siquiera a una temperatura de −273,15 Celsius (cero absoluto). Todas las demás sustancias conocidas se solidifican en estas condiciones.
La temperatura a la que el helio líquido comienza a hervir es -268,9 grados centígrados. Las propiedades físicas de sus isótopos varían considerablemente. Por ejemplo, el helio-4 hierve a 4,215 K.
Es un líquido Bose, que se caracteriza por transiciones de fase a temperaturas de 2, 172 Kelvin e inferiores. La fase He II se caracteriza por superfluidez y conductividad supertérmica. A temperaturas por debajo de la fase, He I y He II ocurren simultáneamente, por lo que aparecen dos velocidades de sonido en el líquido.
Helio-3 es un líquido de Fermi. Hierve a 3,19 Kelvin. Un isótopo solo puede alcanzar la superfluidez a temperaturas muy bajas (unos pocos milikelvin) cuando hay suficiente atracción entre sus partículas.
Superfluidez de helio
La ciencia debe el estudio del concepto de superfluidez a los académicos S. P. Kapitsa y L. D. Landau.
El académico concluyó que después de que la temperatura del helio cae por debajo de 2, 172 K, la sustancia pasa de la fase del estado normal a una completamente nueva, llamada helio-II. En esta fase, la sustancia pasa a través de los capilares y los orificios estrechos sin la menor fricción. Este estado se llama "superfluidez".
En 1941, Landau L. D. continuó estudiando las propiedades del helio líquido y desarrolló la teoría de la superfluidez. Expliquelo tomó por métodos cuánticos, aplicando el concepto del espectro energético de las excitaciones.
Aplicaciones de helio
El elemento helio fue descubierto en el espectro del Sol en 1868. En la Tierra, fue descubierta por William Ramsay en 1895, luego de lo cual fue estudiada durante mucho tiempo y no fue utilizada en el ámbito económico. En la actividad industrial, comenzó a utilizarse como combustible para aeronaves durante la Primera Guerra Mundial.
El gas se utiliza activamente para el envasado en la industria alimentaria, en la fundición de metales. Los geólogos lo usan para detectar fallas en la corteza terrestre. El helio líquido se utiliza principalmente como refrigerante capaz de mantener temperaturas ultrabajas. Esta propiedad es necesaria para la investigación científica.
El líquido refrigerante se utiliza en máquinas eléctricas criogénicas, en microscopios de túnel de barrido, en dispositivos de tomógrafos médicos de RMN, en aceleradores de partículas cargadas.
Conclusión
El helio es un gas inerte o noble que exhibe baja actividad en interacción con otras sustancias. En la tabla periódica de elementos químicos, se encuentra en segundo lugar, detrás del hidrógeno. En la naturaleza, la materia se encuentra en estado gaseoso. Bajo ciertas condiciones, puede pasar a otros estados de agregación.
La característica principal del helio líquido es su superfluidez y su incapacidad para cristalizar a presión normal, incluso si la temperatura alcanza el cero absoluto. Las propiedades de los isótopos de una sustancia no son las mismas. su críticatemperaturas, sus condiciones de ebullición y los espines de sus partículas.
