Ciekły hel
Z Wikipedii
Ciekły hel - hel pierwiastkowy w stanie ciekłym.
Hel występuje w stanie ciekłym tylko w bardzo niskich temperaturach. Temperatura wrzenia i punkt krytyczny zależą od składu izotopowego (patrz tabela poniżej). Gęstość ciekłego helu przy ciśnieniu 1 atm wynosi w przybliżeniu 0,125 g/cm3.
Izotop helu 4He po raz pierwszy skroplił Kamerlingh Onnes 10 lipca 1908 roku. Ciekły 4He jest stosowany w kriogenice; jest używany do chłodzenia nadprzewodzących magnesów stosowanych w spektroskopii MRI i NMR, a także w akceleratorach cząstek naładowanych w celu zmiany kierunku ich ruchu.
Temperatura skraplania helu jest bardzo niska ze względu na małą masę atomową tego pierwiastka oraz słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, wynikające z pełnego obsadzenia powłoki walencyjnej elektronami, podobnie jak to jest też dla innych gazów szlachetnych. Mała masa atomowa powoduje, że energia kwantowych drgań zerowych wokół położenia równowagi osiąga relatywnie znaczne wartości. Energia ta wzrasta wraz z upakowaniem przestrzennym atomów helu, zatem faza stała jest nietrwała w stosunku do cieczy. Pod ciśnieniem atmosferycznym hel pozostałby ciekły nawet w temperaturze zera bezwzględnego. W wystarczająco niskiej temperaturze, zarówno 3He jak i 4He przechodzą w stan nadciekły (zobacz tabelę poniżej). Wyraźne efekty kwantowe powodują również bardzo niewielką różnicę między temperaturą wrzenia a temperaturą krytyczną.
Ciekły 3He i 4He nie są całkowicie rozdzielone w temperaturze 0,9 K (-272 °C) pod ciśnieniem pary nasyconej. Poniżej tej temperatury mieszanina podlega rozdzieleniu na dwa izotopy, w której 3He jest w stanie ciekłym, a 4He w stanie nadciekłym (dzieje się tak, ponieważ może zajść spadek entalpii powodujący rozdział). W niskiej temperaturze, 4He zawiera nieco ponad 6% 3He, które można rozdzielić przy pomocy specjalnego urządzenia, które może osiągnąć temperaturę rzędu kilku mK powyżej zera bezwględnego.
| Właściwość ciekłego helu | 4He | 3He |
|---|---|---|
| Temperatura krytyczna | 5,2 K (-267,95 °C) | 3,3 K (-269,85 °C) |
| Temperatura wrzenia przy ciśnieniu 1 atm | 4,2 K (-268,95 °C) | 3,2 K (-269,95 °C) |
| Minimalne ciśnienie potrzebne do skroplenia | 25 atm | 29 atm przy 0,3 K |
| Temperatura przemiany w nadciecz przy ciśnieniu pary nasyconej | 2,17 K (-270,98 °C) | 1 mK przy braku pola magnetycznego |
