- Konu Yazar
- #1
helyum nedir - helyumun özellikleri - helyum gazı - helyumun kullanım alanları - helyum gazı nerelerde kullanılır - güneş ve helyum
Adı: Helyum
Sembol: He
Atom Numarası: 2
Atomik yığın: 4.002602 amu
Erime Noktası: -272.0 °C (1.15 °K, -457.6 °F)
Kaynama Noktası: -268.6 °C (4.549994 °K, -451.48 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 2
Nötron sayısı: 2
Sınıfı: Soygazlar
Kristal Yapısı: Hekzagonal
Yoğunluk: 0.1785 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1895
Buluşu Yapan: Sir William Ramsey
HELYUM
Helyum doğal gaz kaynaklarından elde edilir. Yeryüzünde Helyum'ca zengin doğal gaz kaynakları sınırlı sayıda ülkede mevcut olup, bunlar ABD, Polonya, Cezayir ve Rusya'dır. Çok değerli bir gaz olan Helyum, bu değeri nedeni ile uluslararası işletme ve ticareti yapılan tek endüstriyel gazdır. Sadece Hidrojen Helyum'dan daha hafif bir gazdır, ancak Hidrojene göre çok önemli olan farkı Hidrojen gibi yanıcı olmayıp, asal bir gaz olmasıdır. Bu nedenle en soğuk kriyojen olarak tercih edilir, ayrıca her tür balonun şişirilmesi için en doğal ve emniyetli gazdır.
ÖZELLİKLERİ
Tamamen asal, havadan hafif, küçük moleküler yapısı olan ancak yüksek moleküler enerjisi olan, sıvılarda çözünmeyen ve sıvı hali bilinen en soğuk madde olan bir gazdır.
KULLANIM ALANLARI
• Kaynak alanında koruyucu gaz olarak
• Balon gazı
• Kaçak kontrol gazı
• Dalış gazları
• Astım vb. hastalığı olanlarda solunum gazı karışımlarında
• Manyetik Rezonans (MR) cihazlarında
• Lazer gazı ve analitik cihazlarda
• Roket itici gaz sistemlerinde
• Süper iletkenlerde
BÜYÜLEYİCİ İKİ SÜPERAKIŞKAN
En hafif nadir gaz olan helium doğada iki formda daha doğrusu iki izotop halinde bulunur. Alışılmış formu 4He dür. Buradaki 4 sayısı helyum atomu çekirdeğindeki nükleonların sayısını gösterir(2 proton ve 2 nötron). Helyumun alışılmamış formu ise 3He olup bunun atomunun çekirdeği tek bir nötron içerir ve bu yüzden daha hafiftir.
Ağır olan helium izotopuna doğada hafif olana göre yaklaşık 10 milyon kat daha sık rastlanır. Ancak son 50 yıldır nükleer santrallarda büyük miktarlada 3He üretilmesi olanaklı hale gelmiştir. Bu iki gaz izotopu normal sıcaklıklarda sadece atom ağılıkları yönünden birbirinden farklıdır.
Eğer helium gazı, mutlak sıfırın (-273.15°C) 4 derece üstüne kadar düşük sıcaklıklara soğutulacak olursa yoğunlaşarak sıvı hale geçer. Bu olay buharın su haline dönüştüğü gibi aynı yolla olur. Sıcaklık çok düşük olmamak koşuluyla iki Helyum izotopunun sıvı hali benzer özelliklere sahiptir. Sıvı helyum süperiletken mıknatıslarda olduğu gibi yaygın bir şekilde soğutucu olarak kullanılır. Soğutucu olarak kullanılan daha ucuz ve doğada daha bol bulunan olan 4He dür.
Sıvı helium daha da düşük sıcaklıklara soğutulacak olursa iki izotopunun davranışları arasında önemli farklar ortaya çıkar. İçsel hareketlere karşı tüm dirençlerini yitirirler yani süperakışkan olurlar. Ancak bu olay her iki süperakışkan için oldukça farklı sıcaklıkta oluşur ve içine konuldukları kabın ağzından serbestçe akmaları gibi gizemli özellikler gösterirler. Bu olay yalnızca kuantum fiziği vasıtasıyla açıklanabilir.
Süperakışkanlıkla İlgili Keşiflerin Tarihçesi
4He ün süperakışkanlık özelliği diğerlerinden çok önce 1930 ların sonunda Pyotr Kapitsa tarafından keşfedilmişti. Olayın fiziksel açıklaması hemen arkasından genç teorisyen Lev Landau tarafından yapıldı. Bu çalışması nedeniyle Landau’ya 1962 Nobel Fizik Ödülü verildi. Kapitsa’ya ise Nobel Fizik Ödülü ancak 1978 de verildi.
4He de mutlak sıfırın yaklaşık 2 derece üzerinde meydana gelen normal halden süperiletken hale geçiş Bose-Einstein yoğunlaşmasına bir örnek oluşturur. Süreç çok daha sonraları gazlarda da gözlenmiş ve bu nedenle Eric Cornell, Wolfgang Ketterle ve Carl Wieman’a 2001 Nobel Fizik Ödülü verilmiştir.
3He izotopunun süperakışkan hale geçişi ise ancak 1970’ lerin başlarında David Lee, Douglas Osheroff ve Robert Richardson tarafından keşfedilmiş olup üçlüye 1996 Nobel fizik Ödülü verilmiştir. Bu keşfin oldukça geç olmasının bir nedeni 3He deki süperakışkanlık dönüşümünün 4He ‘e göre 1000 kez daha düşük bir sıcaklıkta meydana gelmesidir. 3He ün kuantum fiziksel olarak 4He den farklılık göstermesine ve doğrudan Bose-Einstein yoğunlaşması geçirememesine rağmen bu keşif beklenmiyor değildi. Bardeen, Cooper ve Schrieffer tarafından 1950 lerde kurulan mikroskopik süperiletkenlik teorisindeki Cooper çifti oluşum mekanizması 3He de farklı bir şekilde ortaya çıkıyordu.
Yeni süperakışkanın özelliklerinin açıklanmasında başarı sağlayan ilk teorisyen 1970'lerde İngiltere Sussex Üniversitesinde çalışan Anthony Leggett oldu. Leggett’nin teorisi deneycilere, sonuçlarını sistematik bir şekilde açıklayabilecekleri bir çerçeve sağladı. 3He deki süperakışkanlık için formüle edilen Leggett teorisinin parçacık fiziği ve kozmoloji gibi fiziğin diğer alanlarında da yararlı olduğu gösterildi.
Süperakışkan haldeki 3He atom çiftlerinden oluşur ve bunun özellikleri süperakışkan haldeki 4He ‘ün özelliklerinden çok daha karmaşıktır. Süperakışkanı oluşturan atom çiftleri manyetik özelliklere sahiptir. Bunun anlamı akışkanın anizotropik olması ve farklı yönlerde farklı özellikler göstermesi demektir. Yapılan manyetik ölçümler süperakışkanın, üç farklı fazın karışımını sergileyecek şekilde, oldukça kompleks özelliklere sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu üç faz farklı özelliklere sahiptir ve karışımdaki oranları sıcaklığa, basınca ve dış manyetik alana bağlıdır.
Süperakışkan 3He aynı zamanda araştırmacıların başka olayları incelemek için laboratuvarlarda kullanabildikleri uygun bir araç oluşturmaktadır. Özellikle süperakışkanlardaki türbülans oluşumu, son zamanlarda düzenin nasıl kaosa dönüştürülebileceğini araştırmakta kullanılmıştır. Bu araştırma klasik fiziğin çözülmemiş en son problemlerinden biri olan türbülans oluşum sürecinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir.
GÜNEŞ VE HELYUM
Güneş katı bir cisim değil, dev bir gaz topudur. Çok büyük oranda (% 92,1) hidrojenden; daha az oranda
(% 7,8) helyum ve çok daha az oranlarda öteki elementlerden oluşmuştur. Bu elementlerin büyük çoğunluğu Güneşi oluşturan bulutsudan kaynaklanır.Peki, Güneş nasıl parlıyor? Güneşin çekirdeği çok sıcaktır (yaklaşık 15 milyon derece)ş Ayrıca,Güneş çok büyük bir gaz kütlesi olduğu için, merkezindeki basınç çok yüksektir. Çekirdekteki gazın 1 cm 3'ünün kütlesi yaklaşık 150 gramdır. Bu, aynı hacimdeki suyun kütlesinin yaklaşık 150 katıdır. Güneş’in merkezindeki basınç ve sıcaklık, hidrojen atomlarının çarpışması ve birleşmesi için yeterlidir.
Hidrojenin helyuma dönüşmesi gibi ısı gerektiren tepkimelere termonükleer tepkime denir. Bu tepkimeler, Güneş’in çok sıcak olan çekirdeğinde kendiliğinden gerçekleşir. Güneş’i bu haliyle, kendi kendine oluşmuş dev bir nükleer reaktöre benzetebiliriz. Termonükleer tepkimeler sayesinde, çok büyük enerjiler ortaya çıkar. Ancak, tepkimeyi başlatmak için gereken ve tepkimeden sonra ortaya çıkan sıcaklıklar çok yüksek olduğundan, henüz Dünya’da bu enerjiden yararlanılamıyor. Bu sıcaklıklara dayanabilecek bir madde henüz keşfedilmiş değil.
alıntı
Adı: Helyum
Sembol: He
Atom Numarası: 2
Atomik yığın: 4.002602 amu
Erime Noktası: -272.0 °C (1.15 °K, -457.6 °F)
Kaynama Noktası: -268.6 °C (4.549994 °K, -451.48 °F)
Proton ve Elektron Sayısı: 2
Nötron sayısı: 2
Sınıfı: Soygazlar
Kristal Yapısı: Hekzagonal
Yoğunluk: 0.1785 g/cm3
Bulunuş Tarihi: 1895
Buluşu Yapan: Sir William Ramsey
HELYUM
Helyum doğal gaz kaynaklarından elde edilir. Yeryüzünde Helyum'ca zengin doğal gaz kaynakları sınırlı sayıda ülkede mevcut olup, bunlar ABD, Polonya, Cezayir ve Rusya'dır. Çok değerli bir gaz olan Helyum, bu değeri nedeni ile uluslararası işletme ve ticareti yapılan tek endüstriyel gazdır. Sadece Hidrojen Helyum'dan daha hafif bir gazdır, ancak Hidrojene göre çok önemli olan farkı Hidrojen gibi yanıcı olmayıp, asal bir gaz olmasıdır. Bu nedenle en soğuk kriyojen olarak tercih edilir, ayrıca her tür balonun şişirilmesi için en doğal ve emniyetli gazdır.
ÖZELLİKLERİ
Tamamen asal, havadan hafif, küçük moleküler yapısı olan ancak yüksek moleküler enerjisi olan, sıvılarda çözünmeyen ve sıvı hali bilinen en soğuk madde olan bir gazdır.
KULLANIM ALANLARI
• Kaynak alanında koruyucu gaz olarak
• Balon gazı
• Kaçak kontrol gazı
• Dalış gazları
• Astım vb. hastalığı olanlarda solunum gazı karışımlarında
• Manyetik Rezonans (MR) cihazlarında
• Lazer gazı ve analitik cihazlarda
• Roket itici gaz sistemlerinde
• Süper iletkenlerde
BÜYÜLEYİCİ İKİ SÜPERAKIŞKAN
En hafif nadir gaz olan helium doğada iki formda daha doğrusu iki izotop halinde bulunur. Alışılmış formu 4He dür. Buradaki 4 sayısı helyum atomu çekirdeğindeki nükleonların sayısını gösterir(2 proton ve 2 nötron). Helyumun alışılmamış formu ise 3He olup bunun atomunun çekirdeği tek bir nötron içerir ve bu yüzden daha hafiftir.
Ağır olan helium izotopuna doğada hafif olana göre yaklaşık 10 milyon kat daha sık rastlanır. Ancak son 50 yıldır nükleer santrallarda büyük miktarlada 3He üretilmesi olanaklı hale gelmiştir. Bu iki gaz izotopu normal sıcaklıklarda sadece atom ağılıkları yönünden birbirinden farklıdır.
Eğer helium gazı, mutlak sıfırın (-273.15°C) 4 derece üstüne kadar düşük sıcaklıklara soğutulacak olursa yoğunlaşarak sıvı hale geçer. Bu olay buharın su haline dönüştüğü gibi aynı yolla olur. Sıcaklık çok düşük olmamak koşuluyla iki Helyum izotopunun sıvı hali benzer özelliklere sahiptir. Sıvı helyum süperiletken mıknatıslarda olduğu gibi yaygın bir şekilde soğutucu olarak kullanılır. Soğutucu olarak kullanılan daha ucuz ve doğada daha bol bulunan olan 4He dür.
Sıvı helium daha da düşük sıcaklıklara soğutulacak olursa iki izotopunun davranışları arasında önemli farklar ortaya çıkar. İçsel hareketlere karşı tüm dirençlerini yitirirler yani süperakışkan olurlar. Ancak bu olay her iki süperakışkan için oldukça farklı sıcaklıkta oluşur ve içine konuldukları kabın ağzından serbestçe akmaları gibi gizemli özellikler gösterirler. Bu olay yalnızca kuantum fiziği vasıtasıyla açıklanabilir.
Süperakışkanlıkla İlgili Keşiflerin Tarihçesi
4He ün süperakışkanlık özelliği diğerlerinden çok önce 1930 ların sonunda Pyotr Kapitsa tarafından keşfedilmişti. Olayın fiziksel açıklaması hemen arkasından genç teorisyen Lev Landau tarafından yapıldı. Bu çalışması nedeniyle Landau’ya 1962 Nobel Fizik Ödülü verildi. Kapitsa’ya ise Nobel Fizik Ödülü ancak 1978 de verildi.
4He de mutlak sıfırın yaklaşık 2 derece üzerinde meydana gelen normal halden süperiletken hale geçiş Bose-Einstein yoğunlaşmasına bir örnek oluşturur. Süreç çok daha sonraları gazlarda da gözlenmiş ve bu nedenle Eric Cornell, Wolfgang Ketterle ve Carl Wieman’a 2001 Nobel Fizik Ödülü verilmiştir.
3He izotopunun süperakışkan hale geçişi ise ancak 1970’ lerin başlarında David Lee, Douglas Osheroff ve Robert Richardson tarafından keşfedilmiş olup üçlüye 1996 Nobel fizik Ödülü verilmiştir. Bu keşfin oldukça geç olmasının bir nedeni 3He deki süperakışkanlık dönüşümünün 4He ‘e göre 1000 kez daha düşük bir sıcaklıkta meydana gelmesidir. 3He ün kuantum fiziksel olarak 4He den farklılık göstermesine ve doğrudan Bose-Einstein yoğunlaşması geçirememesine rağmen bu keşif beklenmiyor değildi. Bardeen, Cooper ve Schrieffer tarafından 1950 lerde kurulan mikroskopik süperiletkenlik teorisindeki Cooper çifti oluşum mekanizması 3He de farklı bir şekilde ortaya çıkıyordu.
Yeni süperakışkanın özelliklerinin açıklanmasında başarı sağlayan ilk teorisyen 1970'lerde İngiltere Sussex Üniversitesinde çalışan Anthony Leggett oldu. Leggett’nin teorisi deneycilere, sonuçlarını sistematik bir şekilde açıklayabilecekleri bir çerçeve sağladı. 3He deki süperakışkanlık için formüle edilen Leggett teorisinin parçacık fiziği ve kozmoloji gibi fiziğin diğer alanlarında da yararlı olduğu gösterildi.
Süperakışkan haldeki 3He atom çiftlerinden oluşur ve bunun özellikleri süperakışkan haldeki 4He ‘ün özelliklerinden çok daha karmaşıktır. Süperakışkanı oluşturan atom çiftleri manyetik özelliklere sahiptir. Bunun anlamı akışkanın anizotropik olması ve farklı yönlerde farklı özellikler göstermesi demektir. Yapılan manyetik ölçümler süperakışkanın, üç farklı fazın karışımını sergileyecek şekilde, oldukça kompleks özelliklere sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu üç faz farklı özelliklere sahiptir ve karışımdaki oranları sıcaklığa, basınca ve dış manyetik alana bağlıdır.
Süperakışkan 3He aynı zamanda araştırmacıların başka olayları incelemek için laboratuvarlarda kullanabildikleri uygun bir araç oluşturmaktadır. Özellikle süperakışkanlardaki türbülans oluşumu, son zamanlarda düzenin nasıl kaosa dönüştürülebileceğini araştırmakta kullanılmıştır. Bu araştırma klasik fiziğin çözülmemiş en son problemlerinden biri olan türbülans oluşum sürecinin daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir.
GÜNEŞ VE HELYUM
Güneş katı bir cisim değil, dev bir gaz topudur. Çok büyük oranda (% 92,1) hidrojenden; daha az oranda
(% 7,8) helyum ve çok daha az oranlarda öteki elementlerden oluşmuştur. Bu elementlerin büyük çoğunluğu Güneşi oluşturan bulutsudan kaynaklanır.Peki, Güneş nasıl parlıyor? Güneşin çekirdeği çok sıcaktır (yaklaşık 15 milyon derece)ş Ayrıca,Güneş çok büyük bir gaz kütlesi olduğu için, merkezindeki basınç çok yüksektir. Çekirdekteki gazın 1 cm 3'ünün kütlesi yaklaşık 150 gramdır. Bu, aynı hacimdeki suyun kütlesinin yaklaşık 150 katıdır. Güneş’in merkezindeki basınç ve sıcaklık, hidrojen atomlarının çarpışması ve birleşmesi için yeterlidir.
Hidrojenin helyuma dönüşmesi gibi ısı gerektiren tepkimelere termonükleer tepkime denir. Bu tepkimeler, Güneş’in çok sıcak olan çekirdeğinde kendiliğinden gerçekleşir. Güneş’i bu haliyle, kendi kendine oluşmuş dev bir nükleer reaktöre benzetebiliriz. Termonükleer tepkimeler sayesinde, çok büyük enerjiler ortaya çıkar. Ancak, tepkimeyi başlatmak için gereken ve tepkimeden sonra ortaya çıkan sıcaklıklar çok yüksek olduğundan, henüz Dünya’da bu enerjiden yararlanılamıyor. Bu sıcaklıklara dayanabilecek bir madde henüz keşfedilmiş değil.
alıntı
