Wikipedia

Helium: Forskelle mellem versioner

Gennemse historikken interaktivt
← Gå til forrige forskelGå til næste forskel →
Content deleted Content added
VisueltWikitekst
m Gendannelse til seneste version ved KnudW, fjerner ændringer fra 95.166.236.122 (diskussion | bidrag)
Tag: Tilbagerulning
retter fejl i cite-skabelon
Linje 94:
Helium II er [[superflydende]]; en særlig kvantemekanisk tilstand som stoffet kan indtage, hvorunder det udviser sære egenskaber: For eksempel kan det "sive" igennem sprækker helt ned mellem 0,1 og 0,01 [[mikrometer]] helt uden målelig viskositet ("modstand").<ref name="nbb"/> Til gengæld, da man målte viskositeten for helium II mellem to roterende skiver, registreredes en viskositet svarende til gasformig helium. De aktuelle teorier forsøger at forklare dette med den såkaldte ''to-væske-model'' for helium II, hvor en del af væsken befinder sig under lambdapunktet i en [[grundtilstand]], og udviser helt præcist nul viskositet, mens resten af væsken ligger over lambdapunktet i en exciteret tilstand, og udviser mere "normale" væske-egenskaber.<ref>{{cite web |author = Yuan, Sidney. |url = http://www.yutopian.com/Yuan/TFM.html |title = The Two Fluid Model of Superfluid Helium (He II, Superfluidity). |publisher = Yutiopian.com. |accessdate = 2008-07-23}}</ref>
 
Helium II har en særlig evne til at "krybe" langs overflader; hvis helium II-væsken møder en overflade der strækker sig længere end væsken, dannes en 30 [[nanometer]] tyk "film" af væske (uanset hvilket materiale overfladen er lavet af), som bevæger sig langs overfladen. Denne væskefilm kan endda "kravle op" ad lodrette flader, og hvis den finder en åbning i beholderen, forlader væsken beholderen ad den vej. Denne væskefilm kaldes for [[Rollin-film]], opkaldt efter Bernard V. Rollin, som var den første der beskrev denne sære egenskab.<ref name="Encyc 263">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 263</ref><ref>{{cite journal |doi = 10.1103/PhysRev.76.1209 |title = Rollin Film Rates in Liquid Helium |journal = Physical Review |volume = 76 |issue = 8 |year = 1949 |month = October |pages = 1209–1211 |date = Octoberoktober 1949 |author = Fairbank H.A.; Lane C.T.}}</ref><ref>{{cite journal |doi = 10.1016/S0031-8914(39)80013-1 |title = On the “film” phenomenon of liquid helium II |journal = Physica |volume = 6 |issue = 2 |year = 1949 |pages = 219–230 |date = 19391949 |author = B.V. Rollin and F. Simon}}</ref> Helium II's evne til at "krybe" og trænge igennem ganske smalle sprækker gør det svært at "holde" på stoffet; det stiller særlige krav til de anvendte beholdere hvis ikke heliumet skal sive ud og fordampe.
 
Ligesom man kan lave bølger i overfladen af vand der står i et tyndt lag i et flad fad eller lignende, kan man lave overfladebølger i den Rollin-film som helium II danner, men hvor bølgerne i vand-"filmen" styres af [[tyngdekraft]]en, er det [[Van der Waals-kraft|Van der Waals-kræfter]] der står bag tilsvarende bølger i en Rollin-film af helium II.<ref>{{cite web |author = Ellis, Fred M. |url = http://fellis.web.wesleyan.edu/research/thrdsnd.html |title = Third sounds |publisher = Wesleyan Quantum Fluids Laboratory |accessdate = 2008-07-23}}</ref> Disse bølger omtales som den ''tredje lyd''.<ref>{{cite journal |doi = 10.1103/PhysRev.188.370 |title = Hydrodynamics and Third Sound in Thin He II Films |journal = Physical Review |volume = 188 |issue = 1 |year = 1969 |month = October |pages = 370–384 |date = Octoberoktober 1949 |author = D. Bergman}}</ref>
 
Et andet specielt fænomen ved det superflydende helium II er den såkaldte ''fontæne-effekt'', hvor en beholder står i forbindelse med et reservoir af helium&nbsp;II gennem en porøs barriere: Det superflydende helium II trænger let gennem barrierens porer, mens ikke-superflydende helium holdes tilbage. Hvis beholderens indre varmes op, skifter det superflydende helium tilstand og mister dets superflydende egenskab. Men da der stadig trænger superflydende helium ind, stiger trykket og presser helium-væsken ud af beholderen i en fontæne.<ref>{{cite web |author=Warner, Brent|url=https://web.archive.org/web/20050924053710/http://cryowwwebber.gsfc.nasa.gov/introduction/liquid_helium.html |title=Introduction to Liquid Helium |publisher=NASA|accessdate=2007-01-05 |archiveurl=http://web.archive.org/web/20050901062951/http://cryowwwebber.gsfc.nasa.gov/introduction/liquid_helium.html |archivedate=2005-09-01}}</ref>
Linje 110:
 
=== Helium som åndingsgas ===
Ved [[dykning]] på store dybde indånder dykkerne ofte specielle luftblandinger som [[Trimix (åndingsgas)|trimix]], [[heliox]] og [[heliair]], der indeholder helium som "stedfortræder" for det [[kvælstof]] der ved det høje tryk ellers ville føre til [[nitrogennarkose]].<ref>{{cite journal |lastlast1=Fowler |firstfirst1=B |coauthorslast2=Ackles |first2=KN, |last3=Porlier |first3=G |yeardate=1985 |title=Effects of inert gas narcosis on behavior--a critical review |journal=Undersea Biomedical Research Journal |pmid=4082343 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/3019 |accessdate=2008-06-27}}</ref><ref name=thomas>{{cite journal |last=Thomas |first=JR |year=1976 |month= |title=Reversal of nitrogen narcosis in rats by helium pressure |journal=Undersea Biomed Res. |volume=3 |issue=3 |pages=249–59 |pmid=969027 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/969027 |accessdate=2008-06-27}}</ref> Ved dybder på mere end 150 [[meter]] bruger man en ilt-helium-blanding tilsat små mængder brint for at modvirke HPNS ([[high pressure nervous syndrome]]) <ref>{{cite journal |lastlast1=Rostain |firstfirst1=J. C. |coauthorslast2=M. C. Gardette-Chauffour; |first2=M. C. |last3=Lemaire; R |first3= C. |last4=Naquet | first4=R. |title=Effects of a H2-He-O2 mixture on the HPNS up to 450 msw. |journal=Undersea Biomed. Res. |volume=15 |issue=4 |pages=257–70 |date=[[1988]] |issn=0093-5387 |oclc=2068005 |pmid=3212843 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/2487 |accessdate=2008-06-24 }}</ref>. Ved disse dyber har man opdaget, at heliumets lave massefylde letter vejrtrækningen betydeligt.<ref>{{cite journal| lastlast1 = Butcher| firstfirst1 = Scott J.| coauthorslast2 = Jones |first2 = Richard L. Jones,|last3 = Mayne |first3 = Jonathan R. Mayne,|last4 =Hartley |first4= Timothy C. Hartley,|last5 =Petersen |first5 = Stewart R. Petersen| title = Impaired exercise ventilatory mechanics with the self-contained breathing apparatus are improved with heliox| journal = European Journal of Applied Physiology| volume = 101| issue = 6| pages = 659(11)| publisher = Springer| location = Netherlands| date = Decemberdecember 2007| doi = http://dx.doi.org/10.1007/s00421-007-0541-5| accessdate = }}</ref>
 
=== Helium som kølemiddel ===
Linje 123:
 
Til [[gaskromatografi]] benyttes det kemisk ureaktive helium som "bæregas" til at føre den analyserede prøve gennem gaskromatografens kolonne: Modsat prøvens bestanddele påvirker heliumet ikke de sensorer der skal registrere bestanddelene. Helium er desuden egnet til brug som beskyttende atmosfære omkring gamle historiske dokumenter, da det modsat atmosfærisk luft ikke får papir til at gulne.<ref>{{cite journal
| authors = I E Beckwith, and ­ C G Miller, III
| title = Aerothermodynamics and Transition in High-Speed Wind Tunnels at Nasa Langley
| journal = Annual Review of Fluid Mechanics
Linje 131:
| publisher =
| location =
| yeardate= 1990
| doi = 10.1146/annurev.fl.22.010190.002223
| accessdate = }}</ref>
Linje 158:
| accessdate = }}</ref>
 
Da helium er lettere end den atmosfæriske luft, udbredes lyden også hurtigere i denne gas. Det bevirker, at når man indånder helium, ændres klangen (ikke tonehøjden<ref name="Wolfe">[http://www.phys.unsw.edu.au/PHYSICS_!/SPEECH_HELIUM/speech.html Physics in speech], phys.unsw.edu.au. RetrievedHentet on [[5. January]]januar [[2007]]. </ref>) af ens [[Stemmeleje|stemme]]. Det bør dog frarådes at gøre dette med "industriel" helium, da dette kan indeholde spor af andre gasser samt dråber af smøreolie. Og selv det pureste helium fortrænger stadig den livsnødvendige ilt, med risiko for kvælning til følge.
 
== Historie ==
Linje 181:
Ved en lovændring i 1960 indførte USA et ''helium conservation''-program, hvorunder fem private fabrikker udvandt helium af naturgas, og sendte det via en 684 [[kilometer]] lang til formålet anlagt rørledning, til det statsejede og delvis udtømte gasfelt Cliffside nær Amarillo i Texas. Den udvundne helium/kvælstofblanding blev pumpet ind og opbevaret i Cliffside, og skulle så separeres i rene gasser når der var brug for det.
 
I [[1995]] havde man på denne måde opmagasineret en millard kubikmeter gas, men anlægget stod med en gæld på 1,4 milliarder [[amerikanske dollar]], hvorfor [[Kongressen (USA)|USAs Kongres]] i [[1996]] vedtog at udfase heliumreserve-projektet.<ref name="nbb"/><ref name="stwertka">''Guide to the Elements: Revised Edition'', by Albert Stwertka (New York; Oxford University Press; 1998; page 24) ISBN 0-19-512708-0</ref> Ifølge den vedtagne "Helium Privatization Act of 1996"<ref>{{cite web |title=Helium Privatization Act of 1996|url=http://www7.nationalacademies.org/ocga/Laws/PL104_273.asp|accessdate=2007-01-05}}</ref> skal USAs indenrigsministerium likvidere anlægget og reserven i 2005.<ref>[http://www.nap.edu/openbook/0309070384/html/index.html Executive Summary], nap.edu. RetrievedHentet on [[5. January]]januar [[2007]].</ref>
 
Helium fremstillet før [[1945]] havde en renhed på cirka 98% (mens de sidste 2% udgjordes af kvælstof), hvilket var tilstrækkelig rent til brug i luftskibe. På den tid fremstilledes små mængder 99.9% ren helium til svejseformål, men i [[1949]] fremstillede man 99,995% ren "grade A" helium i kommerciel skala.{{kilde mangler|dato=Uge 36, 2009}}<!--for the whole paragraph -->
Linje 204:
Der findes otte kendte [[Isotop|isotoper]] af helium, men kun [[helium-3]] og [[helium-4]] er [[stabile isotoper|stabile]]. I [[jordens atmosfære]], er der et He-3-atom for hver en million He-4-atommer.<ref name="nbb">{{cite book| last = Emsley| first = John| title = Nature's Building Blocks| publisher = Oxford University Press| date = 2001| location = Oxford| pages = 175-179| isbn = 0-19-850341-5 }}</ref> Til forskel fra de fleste grundstoffer varierer heliums isotopiske indhold meget efter oprindelse, på grund af de forskellige dannelsesprocesser. Den mest almindelige isotop, helium-4, bliver produceret på jorden ved [[alfastråling]] fra meget radioaktive grundstoffer; alfastrålingen består af fuldt ioniseret helium-4 kerner. Helium-4 er en usædvanlig stabil kerne, fordi dens [[nukleon]]er er arranceret i [[Elektronskal|komplette skaller]]. Det blev også formet i enorme mængder under [[Big Bang-nukleosyntese]].<ref name=bigbang/>
 
Helium-3 findes kun i ganske små men sporbare mængder på Jorden: Det meste har været der siden Jordens dannelse, men dertil modtager vores planet også en smule helium-3 der er bundet i det kosmiske støv der til stadighed falder ind i atmosfæren.<ref name="heliumfundamentals">{{cite web |url = http://www.mantleplumes.org/HeliumFundamentals.html |title = Helium Fundamentals |author = Don L. Anderson, G. R. Foulger & Anders Meibom |accessdate = 2008-07-23 |publisher = mantleplumes.org}}</ref> Dertil skabes der små mængder ved [[betahenfald]] af [[tritium]].<ref>[http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Li-pg2.html Periodic Table of Elements: Li – Lithium (EnvironmentalChemistry.com)<!-- Bot generated title -->]</ref> I klippemateriale fra Jordens skorpe varierer heliumisotop-sammensætningen med op mod faktor 10, og disse variationer kan bruges til at undersøge klippematerialets oprindelsessted og jordskorpens sammensætning.<ref name="heliumfundamentals"/> I stjerner findes langt større mængder helium-3, fordi det her skabes som et produkt af fusionsprocesser. Af den grund er forekomsten af helium-3 i det interstellare gas cirka hundrede gange højere end på Jorden.<ref>{{cite journal | title=Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements| journal=Astrophysics| volume=45| issue=2| date=Aprilapril 2002| pages=131–142| url=http://www.ingentaconnect.com/content/klu/asys/2002/00000045/00000002/00378626| accessdate=2007-01-05 |author=Zastenker G.N.; Salerno E.; Buehler F.; Bochsler P.; Bassi M.; Agafonov Y.N.; Eismont N.A.; Khrapchenkov V.V.; Busemann H. | doi=10.1023/A:1016057812964 }}</ref> "Udenjordiske" materiale, som for eksempel stenprøver fra [[Månen]] og fra [[asteroide]]r, indeholder helium-3 der er dannet ved at materialet er blevet "bombarderet" af [[solvind]]ens partikler. I Månens overflademateriale er koncentrationen af helium-3 af størrelsesordenen 0.01 parts per million.<ref>[http://fti.neep.wisc.edu/Research/he3_pubs.html FTI Research Projects :: 3He Lunar Mining<!-- Bot generated title -->]</ref><ref>{{ cite web | url= http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf | title = The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith| author= E. N. Slyuta and A. M. Abdrakhimov, and E. M. Galimov| work= Lunar and Planetary Science XXXVIII| year=2007}}</ref> Forskellige personer, med [[Gerald Kulcinski]] som den første i [[1986]],<ref>{{cite news | url = http://www.thespacereview.com/article/536/1 | title = A fascinating hour with [[Gerald Kulcinski]] | author=Eric R. Hedman | date = 16. januar 2006 | work = The Space Review}}</ref> har foreslået at udforske Månens forekomster af helium-3, med henblik på at udvinde stoffet og anvende det som "brændstof" i [[fusionsenergi]]-produktion.
 
Flydende helium-4 kan køles ned til cirka 1 kelvin ved [[fordampningskøling]], mens helium-3, med dets lavere kogepunkt, kan nå ned på cirka 0,2 kelvin. En ligelig blanding af helium-3 og -4 vil skille ud til to ikke-blandbare væsker når temperaturen når ned under 0,8 kelvin: De to væsker følger hver deres kvantestatistik (helium-4-atomer er bosoner mens helium-3-atoms er [[fermion]]er), og det giver dem forskellige egenskaber, at de "skyer hinanden" omtrent som vand og olie.<ref name = "zxqubv">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 264</ref> Den såkaldte [[fortyndingskøling]] udnytter denne "uforlignelighed" til at nå ned på temperaturer på nogle få tusindedele kelvin.
Linje 211:
 
== Helium i biologien ==
Neutral helium ved standardatmosfæriske forhold er ugiftigt, og spiller ingen rolle for levende organismer, men findes dog i små mængder i menneskeligt blod. Ved højt tryk (over cirka 20 atmosfære eller 2 [[Mega-|M]][[Pa]]) giver en blanding af helium og ilt ([[heliox]]) anledning til HPNS ([[high pressure nervous syndrome]]), en slags "omvendt anæstesi"-effekt. Dette problem kan afhjælpes ved at tilsætte små mængder kvælstof i luftblandingen.<ref>[http://www.scuba-doc.com/HPNS.html HPNS], scuba-doc.com. RetrievedHentet on [[5. January]]januar [[2007]]. </ref> Beholdere med gasformig helium ved mellem 5 og 10 kelvin bør håndteres som om de indeholdt flydende helium, på grund af den kraftige [[Termisk ekspansion|termiske ekspansion]] der optræder, når helium ved under 10 K varmes op til [[stuetemperatur]].<ref name="LANL.gov"/>
 
Stemmen hos en person der har indåndet helium vil for en kort periode have en ændret klang: Det skyldes at [[lydens hastighed]] i helium er næsten tre gange højere end i atmosfærisk luft, og da grundfrekvensen for et gasfyld hulrum er proportional med lydhastigheden, påvirker tilstedeværelsen af helium stemmens klang.<ref name="nbb"/> (Den modsatte effekt, dybere stemmeklang, kan opnås ved at indhalere [[svovlhexafluorid]])
Linje 218:
 
== Heliumforbindelser ==
Undtagen under ekstreme betingelser er helium helt ureaktivt, og har valenstal 0.<ref>{{cite web|url=http://periodic.lanl.gov/elements/2.html|title=Helium - Valency|accessdate=14. maj May|accessyear=2008}}</ref> Gassen er en [[elektrisk isolator]] med mindre den ioniseres. Som de øvrige ædelgasser har helium et metastabilt energiniveau, som tillader det at forblive ioniseret i en elektrisk udladning ved [[Elektrisk spænding|spændinger]] under dets [[ioniseringspotentiale]].<ref name="ECE"/><!-- side 261 --> Helium kan danne ustabile kemiske forbindelser med [[wolfram]], [[jod]], [[fluor]], [[svovl]] og [[fosfor]] når stofferne forefindes som et [[plasma]]. På denne måde er det lykkedes at skabe HeNe, HgHe<sub>10</sub>, WHe<sub>2</sub> samt de molekylære ioner He<sub>2</sub><sup>+</sup>, He<sub>2</sub><sup>2+</sup>, [[Hydrohelium(1+) ion|HeH<sup>+</sup>]], and HeD<sup>+</sup>.<ref>{{cite journal |title = Massenspektrographische Untersuchungen an Wasserstoff- und Heliumkanalstrahlen (H3+, H2-, HeH+, HeD+, He-) |author = Hiby, Julius W. |journal = [[Annalen der Physik]] |volume = 426 |issue = 5 |pages = 473–487 |year = 1939 |doi = 10.1002/andp.19394260506 }}</ref> Man har også skabt det neutrale helium-molekyle He<sub>2</sub>, som har et stort antal [[spektralbånd]], samt HgHe, der tilsyneladende kun holdes sammen af polarisationskræfter.<ref name="Encyc 261"/> I teorien skulle også andre kemiske forbindelser være muligt, herunder heliumfluorhydrid (HHeF), analogt til det [[Argonfluorhydrid|HArF]] der blev opdaget i [[2000]].<ref>{{cite journal |title = Prediction of a Metastable Helium Compound: HHeF |author = Ming Wah Wong |journal = [[Journal of the American Chemical Society]] |volume = 122 |issue = 26 |pages = 6289–6290 |year = 2000 |doi = 10.1021/ja9938175}}</ref>
 
Under højt tryk og temperatur er der lykkedes at "presse" heliumatomer ind i [[Buckminsterfulleren]]; et rundt "bur" opbygget af 60 [[kulstof]]-atomer: Disse kulstofmolekyler er i stand til at fastholde heliumatomet, selv ved høje temperaturer, og selv om kulstofmolekylet danner kemiske derivater.<ref>{{cite journal |title = Stable Compounds of Helium and Neon: He@C<sub>60</sub> and Ne@C<sub>60</sub> |author = Martin Saunders, Hugo A. Jiménez-Vázquez, R. James Cross, and Robert J. Poreda |journal = Science |volume = 259 |issue = 5100 |pages = 1428–1430 |year = 1993 |doi = 10.1126/science.259.5100.1428 |pmid = 17801275}}</ref> Er heliumatomet af isotopen helium-3, kan det nemt "afsløres" ved NMR-spectroscopy.<ref>{{cite journal |title = Probing the interior of fullerenes by <sup>3</sup>He NMR spectroscopy of endohedral <sup>3</sup>He@C<sub>60</sub> and <sup>3</sup>He@C<sub>70</sub> |author = Saunders, M., Jiménez-Vázquez, H. A.; Cross, R. J.; Mroczkowski, S.; Freedberg, D. I.; Anet, F. A. L. |journal = Nature |volume = 367 |issue = |pages = 256–258 |year = 1994 |doi = 10.1038/367256a0 }}</ref> Man har påvist mange sådanne fullerener med "indespærrede" helium-3-atomer: Selv om heliumatomerne ikke er bundet hverken kovalent eller ved ionbindinger til de omgivende atomer, har sådanne fullerener med helium deres egne distinkte egenskaber, og en utvetydig sammensætning som alle andre støkiometriske kemiske forbindelser.
Linje 239:
;Tabeller
* ''[http://chartofthenuclides.com/default.html Nuclides and Isotopes] Fourteenth Edition: Chart of the Nuclides'', General Electric Company, 1989
* WebElements.com and EnvironmentalChemistry.com per the guidelines at [[:en:Wikipedia:WikiProject_Elements|Wikipedia's WikiProject Elements]] (hentet [[10. october]]oktober [[2002]])
</div>
 
Hentet fra "https://da.wikipedia.org/wiki/Helium"