Heli

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Heli
HiđrôHeliLiti
-
  Hexagonal.png
 
2
He
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
He
Ne
Bảng tiêu chuẩn
Hình dạng
Khí không màu, phát sáng với ánh sáng tím khi ở thể plasma


Quang phổ vạch của Heli
Tính chất chung
Tên, Ký hiệu, Số Heli, He, 2
Phiên âm /ˈhliəm/ HEE-lee-əm
Phân loại Khí hiếm
Nhóm, Chu kỳ, Phân lớp 181, s
Khối lượng nguyên tử 4,002602(2)
Cấu hình electron 1s2
Số electron trên vỏ điện tử 2
Electron shell 002 Helium.svg
Tính chất vật lý
Màu Không màu
Trạng thái vật chất Chất khí
Mật độ
(0 °C, 101,325 kPa)
0,1786 g/L
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ nóng chảy 0,145 g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy (với 2,5 MPa) 0,95 K, −272,20 °C, −457,96 °F
Nhiệt độ sôi 4,22 K, −268,93 °C, −452,07 °F
Điểm tới hạn 5,19 K, 0,227 MPa
Nhiệt lượng nóng chảy 0,0138 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi 0.0829 kJ·mol−1
Nhiệt dung 5R/2 = 20,786 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi  (defined by ITS-90)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K)     1,23 1,67 2,48 4,21
Tính chất nguyên tử
Độ âm điện Không có dữ liệu (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 2372,3 kJ·mol−1
Thứ hai: 5250,5 kJ·mol−1
Độ dài liên kết cộng hóa trị 28 pm
Bán kính van der Waals 140 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lục phương kết chặt
Trạng thái trật tự từ Nghịch từ[1]
Độ dẫn nhiệt 0,1513 W·m−1·K−1
Tốc độ truyền âm thanh 972 m·s−1
Số đăng ký CAS 7440-59-7
Đồng vị ổn định nhất
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
3He 0.000137%* 3He ổn định với 1 nơtron
4He 99.999863%* 4He ổn định với 2 nơtron
*Theo tiêu chuẩn khí quyển, có thể thay đổi theo vị trí.

Heli (hay Hêli) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu He và số hiệu nguyên tử bằng hai. Tên của nguyên tố này bắt nguồn từ Helios, tên của thần Mặt Trời trong thần thoại Hy Lạp, do nguồn gốc nguyên tố này được tìm thấy trong quang phổ trên Mặt Trời.

Thuộc tính[sửa | sửa mã nguồn]

Heli có điểm sôi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố và chỉ có thể đông đặc dưới áp suất rất cao. Nguyên tố này thường thường là khí đơn nguyên tử và về mặt hoá học nó là trơ.

Sự phổ biến[sửa | sửa mã nguồn]

Heli là nguyên tố nhiều thứ hai trong vũ trụ, sau hyđrô. Trong khí quyển Trái Đất mật độ heli theo thể tích là 5,2 x 10−6 tại mực nước biển và tăng dần đến độ cao 24 km, chủ yếu là do phần lớn heli trong bầu khí quyển Trái Đất đã thoát ra ngoài khoảng không gian vũ trụ vì tỷ trọng thấp và tính trơ của nó. Có một lớp trong bầu khí quyển Trái Đất ở độ cao khoảng 1.000 km mà ở đó heli là chất khí chủ yếu (mặc dù tổng áp suất gây ra là rất nhỏ).

Heli là nguyên tố phổ biến thứ 71 trong vỏ Trái Đất, chiếm tỷ lệ 8 x 10−9, còn trong nước biển chỉ có 4 x 10−12. Nói chung, nó hình thành từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố, do vậy người ta có thể tìm thấy heli trong các mỏ khoáng chất chứa urani, thori v.v và trong vài loại nước khoáng cũng như khí phun trào núi lửa. Heli tồn tại trong nhiều loại khí tự nhiên.

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Đồng vị của heli

Có 8 đồng vị của heli, nhưng chỉ heli-3heli-4bền. Trong khí quyển Trái Đất, trong một triệu nguyên tử 4He có một nguyên tử 3He.[2] Không giống như các nguyên tử khác, sự phổ biến của các đồng vị heli thay đổi tùy theo nguồn gốc, do các quá trình hình thành khác nhau. Đồng vị phổ biến nhất, heli-4, được tạo ra trên Trái Đất từ phân rã anpha của các nguyên tố phóng xạ nặng hơn; các hạt anpha sinh ra bị ion hóa hoàn toàn hạt nhân heli-4. Heli-4 là hạt nhân ổn định bất thường do các nucleon được sắp xếp vào lớp vỏ đầy đủ. Nó cũng được tạo ra với số lượng lớn trong tổng hợp hạt nhân Big Bang.[3]

Heli-3 có chỉ có mặt trên Trái Đất ở dạng vết; đa số trong đó có từ lúc hình thành Trái Đất, mặc dù một số rơi vào Trái Đất trong bụi vũ trụ.[4] Một lượng vết cũng được tạo ra từ phân rã beta của triti.[5] Các đá trong vỏ Trái Đất có các tỉ lệ đồng vị thay đổi khoảng 1/10, và các tỉ lệ này có thể được dùng để khảo sát nguồn gốc của các đá và thành phần lớp phủ của Trái Đất.[4] 3He phổ biến hơn trong các ngôi sao ở dạng sản phẩm của phản ứng tổng hợp hạt nhân. Do đó trong môi trường liên sao, tỉ lệ 3He so với 4He cao khoảng 100 lần so với trên Trái Đất.[6] Các vật liệu ngoài hành tinh như tầng phong hóa của Mặt Trăng và tiểu hành tinh có heli-3 ở dạng vết, chúng được hình thành từ sự bắn phá của gió Mặt Trời. Bề mặt Mặt Trăng chứa heli-3 với nồng độ 0.01 ppm.[7][8] Một số người, đầu tiên là Gerald Kulcinski năm 1986,[9] đã đề xuất thám hiểm Mặt Trăng, khai thác lớp phong hóa Mặt Trăng và sử dụng heli-3 trong phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Heli-4 hóa lỏng có thể được làm lạnh ở khoảng 1 kelvin bằng làm lạnh bay hơi trong 1-K pot. Cách làm lạnh tương tự cũng áp dụng cho heli-3, đồng vị này có điểm sôi thấp hơn nên có thể lạnh ở 0,2 kelvin trong helium-3 refrigerator. Hỗn hợp cân bằng của 3He4He lỏng dưới 0,8 K tách thành hai pha không trộn lẫn do sự khác biệt của chúng (chúng tuên theo các thống kê lượng tử khác nhau: các nguyên tử heli-4 tuên theo boson trong khi heli-3 tuân theo fermion).[10] Dilution refrigerators use this immiscibility to achieve temperatures of a few millikelvins.

Nó có thể tạo ra các đồng vị heli ngoại lai, mà chúng có thể phân rã nhanh chóng thành các chất khác. Đồng vị heli nặng tồn tại ngắn nhất là heli-5 có chu kỳ bán rã 7,6×10–22 giây. Heli-6 phân rã bằng cách phát ra hạt beta và có chu kỳ bán rã 0,8 giây. Heli-7 cũng phát ra hạt beta cũng như tia gamma. Heli- và heli-8 được tạo ra trong các phản ứng hạt nhân nhất định.[10] Heli-6 và heli-8 thể hiện là một nuclear halo. Heli-2 (2 proton, không có neutron) là một đồng vị phóng xạ phân rã bằng phát xạ proton thành proti (hydro), có chu kỳ bán rã 3×10–27 giây.[10]

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Heli được dùng để đẩy các bóng thám khôngkhí cầu nhỏ do tỷ trọng riêng nhỏ hơn tỷ trọng của không khí và như chất lỏng làm lạnh cho nam châm siêu dẫn.

Đồng vị Heli 3 có nhiều trong gió mặt trời nhưng mà phần lớn chúng bị từ trường của Trái Đất đẩy ra. Người ta đang nghiên cứu khai thác Heli-3 trên Mặt Trăng để sử dụng như một nguồn năng lượng rất tiềm năng.[11] Làm cho giọng nói trở nên thay đổi (trở nên cao hơn). Do heli nhẹ hơn không khí rất nhiều nên trong khí heli, tốc độ của âm thanh nhanh hơn tới 3 lần trong không khí, lên tới 927 m/s.Khi hít khí heli, trong vòm họng bạn tràn ngập khí ấy. Do đó, tần số giọng nói sẽ biến đổi, tăng lên rất nhiều và tất yếu khiến giọng bạn cao và trong hơn. Tuy nhiên, do hàm lượng khí heli trong bóng bay thấp nên “giọng nói chipmunk” chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn, rồi trở về bình thường.[12]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. tr. 175–179. ISBN 0-19-850341-5. 
  3. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên bigbang
  4. ^ a ă Anderson, Don L.; Foulger, G. R.; Meibom, A. (2 tháng 9 năm 2006). “Helium Fundamentals”. MantlePlumes.org. Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008. 
  5. ^ Novick, Aaron (1947). “Half-Life of Tritium”. Physical Review 72: 972–972. doi:10.1103/PhysRev.72.972.2. 
  6. ^ Zastenker G. N. et al. (2002). “Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements”. Astrophysics 45 (2): 131–142. doi:10.1023/A:1016057812964. Bản gốc lưu trữ 1 tháng 10 năm 2007. Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008. 
  7. ^ “Lunar Mining of Helium-3”. Fusion Technology Institute of the University of Wisconsin-Madison. 19 tháng 10 năm 2007. Truy cập ngày 9 tháng 7 năm 2008. 
  8. ^ Slyuta, E. N.; Abdrakhimov, A. M.; Galimov, E. M. (2007). “The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith” (PDF). Lunar and Planetary Science XXXVIII. Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008. 
  9. ^ Hedman, Eric R. (16 tháng 1 năm 2006). “A fascinating hour with Gerald Kulcinski”. The Space Review. Truy cập ngày 20 tháng 7 năm 2008. 
  10. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên enc
  11. ^ [1]
  12. ^ [2]

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]