Любые вещества могут находиться в одном из трех состояний – твердом, жидком и газообразном, при этом не является исключением гелий, который в естественном состоянии представляет собой легкий инертный газ. Но по-настоящему уникальными химическими и физическими свойствами обладает жидкий гелий, который долгое время не удавалось получить даже несмотря на многочисленные попытки ученых и исследователей.

 

Основная сложность при его получении заключалась в том, что для сжижения газов использовалось явление Джоуля-Томпсона, суть которого состоит в том, что если провести интенсивное расширение находящегося под давлением газа, то его температура будет снижаться. В то же время значение температуры, при которой газообразное вещество обретает жидкую форму, зависит от его плотности и веса. То есть чем оно легче, тем ниже должна быть его температура, чтобы оно стало жидкостью.

 

Поэтому ученые рассчитывали, что из всех газов сложнее всего будет сделать жидким водород из-за его особой легкости. Это отчасти оказалось правдой, ведь газ H удалось перевести в жидкое состояние только при экстремально низкой температуре, составляющей минус 253 градуса по Цельсию. Но даже при столь сильном охлаждении He, у ученых не получалось добиться то же эффекта. Поэтому долгое время существование жидкого гелия было лишь теорией, которую не удавалось реализовать на практике.

 

Когда впервые был получен жидкий гелий и что он собой представляет?

Это произошло в 1908 году, когда голландский химик и физик Хейке Камерлинг-Оннес смог получить гелий в жидком виде с использованием технологии дросселирования. Для этого ему потребовалось провести сложный эксперимент, в процессе которого газообразное вещество было охлаждено в доведенном до кипения водороде, находящимся в среде вакуума.

 

Интенсивно испаряясь, превращенный в жидкость водород выступал в качестве дополнительного источника холода. В итоге это и позволило добиться рекордно низкого на тот момент температурного показателя, близкого по своему значению к абсолютному нулю по шкале Кельвина. В 1913 году за свой эксперимент голландский ученый получил одну из наиболее престижных наград в области науки – Нобелевскую премию по физике.

 

 

При нормальном давлении температура жидкого гелия составляет менее минус 269 градусов по Цельсию, а плотность – 0,13 грамма на кубический сантиметр. Визуально он представляет собой прозрачную жидкость, лишенную цвета. Она отличается очень низкой способностью преломлять свет, поэтому ее сложно увидеть. А вот кипеть доведенный до жидкообразной формы газ начинает при отрицательных 268,95 градусах по Цельсию.

 

явление сверхтекучести

сверхтекучесть веществ

 

Еще одна сложность при проведении экспериментов по трансформации He в жидкость заключалась в том, что сам по себе этот благородный газ содержится в земной атмосфере в очень малых количествах. Вы можете узнать о том, где сосредоточены его основные запасы и как именно он добывается в промышленных целях, прочитав наш материал на тему «Источники гелия».

 

Где используется He?

Доведенный до состояния жидкости гелий применяется в качестве высокоэффективного холодильного агента, позволяющего получить ультранизкую температуру. Чаще всего он используется:

  • при проведении научных исследований и экспериментов;
  • для охлаждения магнитов, обладающих свойством сверхпроводимости (такие магниты используются в различных видах высокотехнологичного оборудования);
  • в электрических машинах криогенного типа.

 

 

Если говорить о наиболее известных случаях применения сжиженного He, то в качестве примера можно привести Большой адронный коллайдер. В нем используется несколько десятков тонн такого вещества для охлаждения большого числа сверхпроводящих магнитов.

 

жидкий гелий применяется в большом адронном коллайдере

 

Какими особыми качествами обладает He в виде жидкости?

Жидкий гелий является квантовой жидкостью, а это означает, что ее свойства определяются квантовыми эффектами. По этой причине долгое время не удавалось добиться его отвердения, ведь из-за своих особых свойств она не становится твердой даже при достижении абсолютного нуля (является точкой отсчета по шкале Кельвина и составляет минус 273,15 градусов по Цельсию).

 

Кроме того, при достижении определенной температуры вещество претерпевает так называемый фазовый переход. Одна из фаз, которая получала название Гелий-2, обладает свойством, известным как сверхтекучесть жидкого гелия. Его суть заключается в том, что жидкость способна протекать через узкие щели и капилляры без трения.

 

сверхтекучесть жидкого гелия

явление сверхтекучести у He

 

Чем еще примечателен гелий?

В отличие от своей жидкообразной формы сам по себе технический газ He является очень востребованным и применяется в различных сферах деятельности человека. Ведь пройдя путь глубокой очистки от примесей и добавок, он обретает действительно уникальные свойства. К примеру, вы можете узнать о том, как применяется газ ОСЧ для лазеров.

 

Если вас заинтересовала возможность приобретения гелия для использования в промышленных целях, то вы можете посетить сайт компании «ПРОМТЕХГАЗ», проследовав по ссылке http://www.propangaz.ru/.

 

Отдельно рекомендуем к прочтению наш материал, посвященный тому, как менялись цены на гелий в последнее время.