Твердый гелий

Cтраница 4

Очень интересной особенностью диаграммы состояния гелия является отсутствие линии равновесия между твердой и газообразной фазами. Это значит, что ни при каких условиях твердый гелий не может быть в равновесии со своим паром. Над твердым гелием может находиться только жидкий Не I или Не II, но не газообразный гелий. Следовательно, гелий не может возгоняться. [46]

Кривые плавления и давления паров гелия.| Равновесные кривые кристалл-жидкость для гелия. [47]

Если даже кривая плавления при более низких температурах будет опускаться, то все же не может быть такого случая, чтобы при понижении температуры жидкий гелий мог перейти в твердое состояние. В этом кроется причина еудачных попыток Камерлинг-Оннеса получить твердый гелий путем понижения температуры жидкого гелия. Необходимо, чтобы твердый гелий сначала перешел в жидкое состояние, а потом в газообразное. Это свойство гелия является его отличительной особенностью. [48]

При нормальном же давлении твердого гелия просто не бывает. [49]

Это свойство гелия связано с очень слабым взаимодействием атомов. В твердом состоянии гелий может находиться только под давлением. Так, для получения твердого гелия при температуре 27 К требуется давление примерно 109 Па. При температуре 2; 172 К и давлении насыщенных паров 5 - 10s Пав гелии происходит фазовый переход второго рода, ся резким изменением теплоемкости, теплопроводности, вязкости и других свойств. [50]

Заполнение полос приводит к металлу ( о, изолятору ( б и полупроводнику ( в. [51]

Если каждый атом в цепи предоставляет для связывания два электрона, то Л орбиталей полосы заполнены 2Л электронами. Такая система будет изолятором, поскольку небольшая разность потенциалов не может сдвигать электроны. Примером является цепочка атомов гелия в твердом гелии. В случае элементов группы II периодической таблицы р-лолоса перекрывается с s - нолосой, и поэтому, несмотря па то что бериллий отдает на связывание два электрона, которые, очевидно, заполняют s - полосу, пустые орбиталн 2р - иолосы все-таки могут участвовать в связывании, и в твердом виде бериллий проявляет металлическую проводимость. [52]

При исследовании изотопических эффектов в теплопроводности твердых тел на первом этапе наибольшее внимание было уделено гелию, поскольку его изотопы имеют большую разность в массах и могут быть относительно легко получены в химически очень чистом виде. Кроме того, изменяя давление, можно в широких пределах менять молярный объем гелия и, соответственно, изменять квантовые вклады в равновесные свойства. В экспериментальных работах [151-157] было продемонстрировано, что изотопические примеси сильно подавляют теплопроводность твердого гелия. Добавление очень небольшого количества 3Не - десять миллионных частей - привело к значительному, примерно двукратному, уменьшению теплопроводности в максимуме. Анализ уже первых экспериментов на гелии показал, что скорость рассеяния фононов на флуктуациях массы, расчитанная по формуле (12.1.17), является недостаточно сильной, чтобы описать наблюдаемое подавление теплопроводности изотопическими примесями. Каллауэй [158] предложил, что добавочное сопротивление обусловлено рассеянием фононов на поле деформаций решетки около изотопической примеси. Ма-радудин [159] нашли, что масштаб этого эффекта может быть действительно достаточно большим. Более детальные расчеты [160-163] подтвердили это и показали, что в определенных условиях рассеяние на поле деформаций в гелии может быть в несколько раз сильнее, чем рассеяние на флуктуациях массы. [53]

Но гелий и при этой температуре не затвердел; только в 1926 г., наконец, Кэзому, в лаборатории Каммерлинг-Оннеса удалось получить твердый гелий, комбинируя охлаждение с истечением жидкого гелия под давлением. [54]

Она показывает, как изменяется температура перехода Не I - Не II с повышением давления. Наконец, кривая 3 -это кривая плавления. Все эти кривые разделяют диаграмму на четыре части: на области существования газообразного гелия, жидкого Не I, жидкого Не II и твердого гелия. Из диаграммы видно, что область жидкого Не II простирается до абсолютного нуля. Это значит, что и при абсолютном нуле устойчивым состоянием гелия является жидкое состояние. Что касается твердого гелия, то он может быть получен, как это видно из диаграммы, только под повышенным давлением, которое даже при абсолютном нуле должно быть не меньше 25 атм. И чем выше температура, тем большее давление требуется для кристаллизации гелия. Так, при 50 К гелий твердеет при 7000 атм. [55]

Сопоставление потен. [56]

Вандерваальсовы связи в молекулярных кристаллах и жидкостях обычно тем сильнее, чем больше размеры атомов и молекул. Притяжение между более тяжелыми атомами возрастает главным образом по той причине, что внешние электроны в них удерживаются менее прочно, и это делает возможным появление больших мгновенных и индуцированных диполей. Возрастание вандер-ваальсовых сил объясняет факт плавления твердого аргона при температуре - 184 С ( т.е. 89 К), которая значительно выше, чем температура плавления твердого гелия. [57]

Гелий с большим трудом был превращен в жидкость. Охлаждение гелия до - 263 С и одновременное сжатие его до 180 атм, затем внезапное расширение до 1 атм дало отрицательные результаты: не получилось и следа образования капель или тумана, указывающих на существование жидкого гелия. Получить жидкий гелий удалось впервые Каммерлинг-Оннесу ( 1908 г.) Жидкий гелий легко подвижен. Твердый гелий был получен в 1926 г. Кэзомом путем испарения жидкого гелия при помощи вакуум-насосов высокой мощности. [58]

Гелий с большим трудом был превращен в жидкость. Получить жидкий гелий удалось впервые Каммерлинг-Оннесу ( 1908 г.) Жидкий гелий легко подвижен. Твердый гелий был получен в 1926 г. Кэзомом путем испарения жидкого гелия при помощи вакуум-насосов высокой мощности. [59]

Страницы: 1 2 3 4