Недавно мы разобрали водород и узнали про его невероятные свойства. Но в таблице Менделеева очень многие элементы таят в себе самые разные загадки и это порой не укладывается в общую логику восприятия. Следующий интересный элемент находится по соседству с водородом и обладает не менее странным поведением. Он тоже прост и тоже невероятен. Это, как вы наверняка поняли, гелий.
Строение атома гелия чуточку сложнее, чем у водорода, и хотя его не хотели "выгнать" из таблицы Менделеева, веселья с ним точно не меньше.
Мы привыкли думать о гелии лишь как о газе для шариков и забавного мультяшного голоса (кстати, мультяшный голос никак не связан с влиянием гелия на связки, там другой очень интересный эффект - искажается сама звуковая волна и я писал про это на канале). Но это всего лишь маска элемента, который по-хорошему должен считаться квантовым феноменом Вселенной.
Гелий не просто благородный газ. Это материал, который ведёт себя так, словно выпал из другого "набора законов природы". И если честно, у физиков по сей день нет полного, окончательного объяснения всей его странности поведения.
Парадокс начинается с простого. Гелий - металл. Да, тот самый лёгкий, воздушный, романтичный гелий, который мы связываем с шариками и стратосферой, в недрах гигантских планет превращается в плотную металлическую фазу, проводящую электричество.
Юпитер, Сатурн - это огромные шаровые лаборатории, где гелий буквально блестит, только мы этого не видим. При гигантских давлениях его электронные оболочки ломаются, и газ внезапно вспоминает, что металл в нём был всегда, просто он слишком свободолюбив, чтобы вести себя как остальные.
Но даже на Земле гелий очень странный.
Жидкость, которая не знает, что такое трение
Охладите гелий почти до абсолютного нуля и он превратится в супержидкость. Этот термин из учебников звучит скучно, но в реальности это явление выглядит как магия.
Гелий течёт сквозь микроскопические поры, которые для обычных жидкостей непроходимы. Поднимается по стенкам сосуда как живое существо, будто ему наплевать на гравитацию. Он формирует идеальные квантовые вихри и главное - он вообще не испытывает трения.
Это буквально означает, что, закрутив такую жидкость в водоворот, вы можете смотреть на неё сутки и недели, а она всё будет продолжать вращаться, как будто время для неё не существует.
По сути получается, что для гелия не существует гравитации и трения. Это свойство называется сверхтекучестью и представляет собой квантовое состоянием, при котором жидкость теряет вязкость и может ползти по стенкам.
Жидкость полностью теряет вязкость и начинает течь без сопротивления. В таком режиме атомы ведут себя не как отдельные частицы, а как единая квантовая волна, находясь в общем состоянии бозе-конденсате. Поэтому сверхтекучая жидкость может подниматься по стенкам, переливаться через края сосуда, проникать через микроскопические поры и бесконечно вращаться без замедления. Это, кстати говоря, тот момент, когда квантовая механика перестаёт быть абстрактной и начинает управлять материей (уточнение для тех, у кого квантовой физики не существует).
Свойство же проникать сквозь поры любого размера тоже описывается, как сверхтекучесть. Но иногда это поведение выделяется в так называемый эффект суперутечки (superleak effect), хотя термин довольно редкий и в русскоязычных источниках я его не встречал.
Почему гелий не хочет замерзать
У вещества есть ещё одно невероятное свойство.
Звучит абсурдно, но гелий - единственное вещество, которое не может затвердеть при простом охлаждении. Все остальные при подходе к некоторой критической температуре всё равно становятся твёрдыми. Гелию же нужно давление, а не температура. Охлаждай не охлаждай, а при нормальном давлении он останется жидким.
Для кристаллизации требуется буквально заставить его формировать твёрдое строение. И причина снова квантовая. Атомы гелия такие лёгкие и подвижные, что их нуль-энергия не даёт структуре застыть в решётку.
Гелий настолько лёгок и энергичен, что Земля не может его удержать. Каждый гелиевый атом, родившийся в глубине планеты как продукт радиоактивного распада, в итоге уходит в космическую пустоту. Мы добываем гелий из подземных резервуаров и это один из самых неустойчивых ресурсов цивилизации, который утекает прямо через пальцы… и атмосферу. Впрочем, гелий не так сложно получить промышленным путём.
Вот такой он, второй элемент. И если вам интересно изучать специфику разных элементов, то ставьте лайки и я продолжу это направление на канале.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями