हीलियम उत्कृष्ट गैसों के समूह से संबंधित है। तरल हीलियम दुनिया का सबसे ठंडा तरल है। इस समग्र स्थिति में, इसमें कई अनूठी विशेषताएं हैं, जैसे कि अतिप्रवाह और अतिचालकता। हम इसके गुणों के बारे में बाद में जानेंगे।
हीलियम गैस
हीलियम एक साधारण पदार्थ है जो ब्रह्मांड में गैसीय अवस्था में व्यापक रूप से वितरित होता है। मेंडलीफ की आवर्त सारणी में वह दूसरे स्थान पर है और हाइड्रोजन के ठीक बाद है। यह अक्रिय या उत्कृष्ट गैसों को संदर्भित करता है।
तत्व को "वह" के रूप में नामित किया गया है। प्राचीन ग्रीक से, इसके नाम का अर्थ है "सूर्य"। पहले तो यह माना गया कि यह धातु है। हालांकि, यह पता चला कि यह एक मोनोएटोमिक गैस है। हीलियम दूसरा सबसे हल्का रसायन है और बेस्वाद, रंगहीन और गंधहीन है। सबसे कम क्वथनांक है।
सामान्य परिस्थितियों में यह एक आदर्श गैस है। गैसीय के अलावा, यह ठोस और तरल अवस्था में रहने में सक्षम है। इसकी जड़ता अन्य पदार्थों के साथ निष्क्रिय बातचीत में प्रकट होती है। यह पानी में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील है। औद्योगिक उद्देश्यों के लिए, इसे प्राकृतिक गैस से निकाला जाता है, इसे अशुद्धियों से अलग करता हैमजबूत शीतलन का उपयोग करना।
गैस इंसानों के लिए खतरनाक हो सकती है। हवा में इसकी सांद्रता में वृद्धि से रक्त में ऑक्सीजन की कमी हो जाती है, जिसे चिकित्सा में ऑक्सीजन भुखमरी कहा जाता है। बड़ी मात्रा में सेवन करने पर, यह उल्टी, चेतना की हानि और कभी-कभी मृत्यु का कारण बनता है।
हीलियम का द्रवीकरण
कोई भी गैस कुछ शर्तों के तहत एकत्रीकरण की तरल अवस्था में जा सकती है। द्रवीकरण का उपयोग आमतौर पर उद्योग के साथ-साथ वैज्ञानिक अनुसंधान में भी किया जाता है। कुछ पदार्थों के लिए, यह केवल दबाव बढ़ाने के लिए पर्याप्त है। अन्य, जैसे हीलियम, ठंडा होने पर ही तरल हो जाते हैं।
यदि गैस का तापमान महत्वपूर्ण बिंदु से ऊपर है, तो यह संघनित नहीं होगा, चाहे कितना भी दबाव क्यों न हो। हीलियम के लिए, क्रांतिक बिंदु 5.19 केल्विन है, इसके 3He समस्थानिक के लिए यह 3.35 K है।
तरल हीलियम लगभग पूर्ण तरल है। यह सतह तनाव, चिपचिपाहट की अनुपस्थिति की विशेषता है। दबाव और तापमान बदलने के बाद भी इसका आयतन समान रहता है। द्रव हीलियम का तनाव अत्यंत कम होता है। पदार्थ रंगहीन और अत्यधिक तरल होता है।
तरल हीलियम के गुण
तरल अवस्था में, हीलियम खराब रूप से पहचाना जा सकता है, क्योंकि यह प्रकाश किरणों को कमजोर रूप से अपवर्तित करता है। कुछ शर्तों के तहत, इसमें क्वांटम तरल के गुण होते हैं। इसके कारण सामान्य दाब पर यह −273.15 सेल्सियस (पूर्ण शून्य) के तापमान पर भी क्रिस्टलीकृत नहीं होता है। अन्य सभी ज्ञात पदार्थ इन परिस्थितियों में जम जाते हैं।
जिस तापमान पर तरल हीलियम उबलने लगता है वह -268.9 डिग्री सेल्सियस होता है। इसके समस्थानिकों के भौतिक गुण काफी भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, हीलियम-4 4.215 K पर उबलता है।
यह एक बोस तरल है, जो 2, 172 केल्विन और उससे नीचे के तापमान पर चरण संक्रमण की विशेषता है। He II चरण को सुपरफ्लुइडिटी और सुपरथर्मल कंडक्टिविटी की विशेषता है। चरण के नीचे के तापमान पर, He I और He II एक साथ होते हैं, जिसके कारण तरल में ध्वनि की दो गति दिखाई देती है।
हीलियम-3 एक फर्मी द्रव है। यह 3.19 केल्विन पर उबलता है। एक आइसोटोप केवल बहुत कम तापमान (कुछ मिलीकेल्विन) पर सुपरफ्लुइडिटी प्राप्त कर सकता है जब उसके कणों के बीच पर्याप्त आकर्षण हो।
हीलियम सुपरफ्लुइडिटी
शिक्षाविदों एस पी कपित्सा और एल डी लांडौ के लिए विज्ञान अतिप्रवाह की अवधारणा के अध्ययन का श्रेय देता है।
शिक्षाविद ने निष्कर्ष निकाला कि हीलियम का तापमान 2, 172 K से नीचे गिरने के बाद, पदार्थ सामान्य अवस्था से पूरी तरह से नई अवस्था में चला जाता है, जिसे हीलियम- II कहा जाता है। इस चरण में, पदार्थ बिना किसी मामूली घर्षण के केशिकाओं और संकीर्ण छिद्रों से होकर गुजरता है। इस अवस्था को "अति तरलता" कहा जाता है।
1941 में लांडौ एल.डी. ने तरल हीलियम के गुणों का अध्ययन जारी रखा और सुपरफ्लुइडिटी के सिद्धांत को विकसित किया। समझानाउन्होंने इसे क्वांटम विधियों द्वारा लिया, उत्तेजनाओं के ऊर्जा स्पेक्ट्रम की अवधारणा को लागू करते हुए।
हीलियम अनुप्रयोग
हीलियम तत्व की खोज सन 1868 में सूर्य के स्पेक्ट्रम में हुई थी। पृथ्वी पर इसकी खोज विलियम रामसे ने 1895 में की थी, जिसके बाद लंबे समय तक इसका अध्ययन किया गया और आर्थिक क्षेत्र में इसका उपयोग नहीं किया गया। औद्योगिक गतिविधि में, प्रथम विश्व युद्ध के दौरान इसे हवाई जहाजों के लिए ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जाने लगा।
धातुओं के गलाने में, खाद्य उद्योग में पैकेजिंग के लिए गैस का सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। भूवैज्ञानिक इसका उपयोग पृथ्वी की पपड़ी में दोषों का पता लगाने के लिए करते हैं। तरल हीलियम का उपयोग मुख्य रूप से अति-निम्न तापमान को बनाए रखने में सक्षम रेफ्रिजरेंट के रूप में किया जाता है। यह गुण वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए आवश्यक है।
शीतलक तरल का उपयोग क्रायोजेनिक इलेक्ट्रिक मशीनों में, टनलिंग माइक्रोस्कोप को स्कैन करने में, मेडिकल एनएमआर टोमोग्राफ के उपकरणों में, आवेशित कण त्वरक में किया जाता है।
निष्कर्ष
हीलियम एक अक्रिय या उत्कृष्ट गैस है जो अन्य पदार्थों के साथ बातचीत में कम गतिविधि प्रदर्शित करती है। रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में यह हाइड्रोजन के बाद दूसरे स्थान पर है। प्रकृति में पदार्थ गैसीय अवस्था में होता है। कुछ शर्तों के तहत, यह एकत्रीकरण के अन्य राज्यों में जा सकता है।
तरल हीलियम की मुख्य विशेषता इसकी अति-तरलता और सामान्य दबाव में क्रिस्टलीकरण करने में असमर्थता है, भले ही तापमान पूर्ण शून्य तक पहुंच जाए। किसी पदार्थ के समस्थानिकों के गुण समान नहीं होते हैं। उनकी आलोचनात्मकतापमान, उनके क्वथनांक और उनके कणों के चक्रण।
