హీలియం-4
| సాధారణం | |
|---|---|
| చిహ్నం | He |
| పేర్లు | helium-4 |
| ప్రోటాన్లు ( Z ) | 2 |
| న్యూట్రాన్లు ( N ) | 2 |
| న్యూక్లైడ్ డేటా | |
| సహజ లభ్యత | 99.999863% (వాతావరణం) |
| అర్ధ జీవిత కాలం ( t 1/2 ) | స్థిరమైనది |
| ఐసోటోప్ ద్రవ్యరాశి | 4.002603254 Da |
| స్పిన్ | 0 |
| కేంద్రక బంధన శక్తి | 28295.7 keV |
| హీలియం ఐసోటోపులు | న్యూక్లైడ్ల పూర్తి పట్టిక |
హీలియం-4 (4) అనేది హీలియం మూలకం యొక్క ఒక స్థిర ఐసోటోపు. ఇది ప్రకృతిలో లభించే హీలియం యొక్క రెండు ఐసోటోపులలో అత్యధికంగా లభించేది, భూమిపై ఉన్న దాదాపు మొత్తం హీలియం ఇదే. దీని కేంద్రకం రెండు ప్రోటాన్లు మరియు రెండు న్యూట్రాన్లతో నిర్మితమై ఉంటుంది మరియు ఇది ఆల్ఫా కణంతో సమానంగా ఉంటుంది.
లభ్యత
విశ్వంలోని సాధారణ పదార్థంలో హీలియం-4 ద్రవ్యరాశి పరంగా సుమారు నాలుగింట ఒక వంతు ఉంటుంది, మిగిలిన దాదాపు అంతా హైడ్రోజన్. నక్షత్రాలలో జరిగే కేంద్రక సంలీనం కూడా హీలియం-4ను ఉత్పత్తి చేసినప్పటికీ, సూర్యుడిలో మరియు విశ్వంలో ఉన్న హీలియం-4లో ఎక్కువ భాగం బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో ఉత్పత్తి అయిందని భావిస్తారు, దీనినే "ప్రాథమిక హీలియం" అని పిలుస్తారు. అయితే, భూమి ఏర్పడినప్పుడు అధిక ఉష్ణోగ్రత దశలో ఇది తప్పించుకోవడంతో, భూమిపై ప్రాథమిక హీలియం-4 దాదాపుగా లేదు. భూమిపై సహజంగా లభించే హీలియం-4లో ఎక్కువ భాగం, గ్రహం చల్లబడి ఘనీభవించిన తర్వాత భూమి యొక్క పొరలలోని భార మూలకాల ఆల్ఫా క్షయం ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది.
ధర్మాలు
ద్రవ హీలియం-4ను 2.17 K కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరిచినప్పుడు, అది సూపర్ ఫ్లూయిడ్ (అతిద్రవం)గా మారుతుంది, దీని ధర్మాలు సాధారణ ద్రవం కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, సూపర్ ఫ్లూయిడ్ హీలియం-4ను ఒక తెరిచిన పాత్రలో ఉంచితే, ఒక పలుచని రోలిన్ ఫిల్మ్ పాత్ర గోడల వెంబడి పైకి పాకుతూ ద్రవం బయటకు పోయేలా చేస్తుంది. హీలియం-4 కేంద్రకం యొక్క మొత్తం స్పిన్ ఒక పూర్ణాంకం (సున్నా), ఇది దీనిని ఒక బోసాన్గా చేస్తుంది. ఈ సూపర్ ఫ్లూయిడ్ ప్రవర్తన బోస్-ఐన్‌స్టీన్ కండెన్సేషన్ యొక్క వ్యక్తీకరణ, ఇది బోసాన్‌ల సమూహాలలో మాత్రమే సంభవిస్తుంది.
0.2 K మరియు 50 atm వద్ద, ఘన హీలియం-4 ఒక సూపర్ గ్లాస్ (సూపర్ ఫ్లూయిడిటీని ప్రదర్శించే ఒక అస్ఫటిక ఘనపదార్థం) కావచ్చునని సిద్ధాంతీకరించబడింది.[1][2][3]
హీలియం-4 పరమాణువు
ప్రధాన వ్యాసం: Helium atom హీలియం పరమాణువు రెండవ సరళమైన పరమాణువు (హైడ్రోజన్ అత్యంత సరళమైనది), కానీ అదనపు ఎలక్ట్రాన్ మూడవ "వస్తువును" పరిచయం చేస్తుంది, కాబట్టి దీని తరంగ సమీకరణం ఒక "త్రీ-బాడీ ప్రాబ్లమ్"గా మారుతుంది, దీనికి విశ్లేషణాత్మక పరిష్కారం లేదు. అయినప్పటికీ, క్వాంటం మెకానిక్స్ సమీకరణాల సంఖ్యాపరమైన ఉజ్జాయింపులు హీలియం-4 యొక్క పరిమాణం మరియు అయనీకరణ శక్తి వంటి కీలకమైన పరమాణు ధర్మాల గురించి మంచి అంచనాను ఇచ్చాయి.
4He కేంద్రకం యొక్క పరిమాణం 1 fm క్రమంలో ఉంటుందని చాలా కాలంగా తెలుసు. ఒక పరమాణు ఎలక్ట్రాన్‌ను మ్యూవాన్తో భర్తీ చేసిన విదేశీ హీలియం పరమాణువులను ఉపయోగించిన ప్రయోగంలో, కేంద్రకం పరిమాణం (చార్జ్ రేడియస్‌గా) 1.67824(83) fmగా అంచనా వేయబడింది.[4]
4He కేంద్రకం మరియు ఎలక్ట్రాన్ షెల్ యొక్క స్థిరత్వం
హీలియం-4 పరమాణువు యొక్క కేంద్రకం డబుల్లీ మ్యాజిక్ అనే రకమైన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్-స్కాటరింగ్ ప్రయోగాలు దాని చార్జ్ కేంద్ర బిందువు వద్ద గరిష్ట స్థాయి నుండి ఘాతాంక పద్ధతిలో తగ్గుతుందని చూపిస్తాయి, ఇది హీలియం యొక్క స్వంత ఎలక్ట్రాన్ క్లౌడ్ యొక్క చార్జ్ సాంద్రత వలె ఉంటుంది. ఈ సౌష్టవం సారూప్యమైన అంతర్లీన భౌతిక శాస్త్రాన్ని ప్రతిబింబిస్తుంది: హీలియం కేంద్రకంలోని న్యూట్రాన్ల జంట మరియు ప్రోటాన్ల జంట హీలియం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల జంట వలె అదే క్వాంటం మెకానికల్ నియమాలను పాటిస్తాయి (అయినప్పటికీ కేంద్రక కణాలు భిన్నమైన కేంద్రక బంధన పొటెన్షియల్‌కు లోబడి ఉంటాయి), తద్వారా ఈ ఫెర్మియాన్లన్నీ 1s ఆర్బిటాల్‌లను జంటలుగా పూర్తిగా ఆక్రమిస్తాయి, వీటిలో ఏవీ ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగాన్ని కలిగి ఉండవు మరియు ప్రతి ఒక్కటి మరొకదాని అంతర్గత స్పిన్‌ను రద్దు చేస్తాయి. వీటిలో మరొక కణాన్ని చేర్చడానికి కోణీయ ద్రవ్యవేగం అవసరమవుతుంది మరియు ఇది గణనీయంగా తక్కువ శక్తిని విడుదల చేస్తుంది (నిజానికి, ఐదు కేంద్రక కణాలు ఉన్న ఏ కేంద్రకమూ స్థిరంగా ఉండదు). అందువల్ల ఈ అమరిక ఈ కణాలన్నింటికీ శక్తిపరంగా అత్యంత స్థిరంగా ఉంటుంది, మరియు ఈ స్థిరత్వం ప్రకృతిలో హీలియంకు సంబంధించిన అనేక కీలక వాస్తవాలను వివరిస్తుంది.
ఉదాహరణకు, హీలియం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ క్లౌడ్ యొక్క స్థిరత్వం మరియు తక్కువ శక్తి హీలియం యొక్క రసాయన జడత్వానికి (అన్ని మూలకాలలో అత్యంత తీవ్రమైనది) కారణమవుతుంది, మరియు హీలియం పరమాణువులు ఒకదానితో ఒకటి పరస్పర చర్య చేయకపోవడానికి కూడా కారణమవుతుంది (అన్ని మూలకాలలో అత్యల్ప ద్రవీభవన మరియు మరిగే బిందువులను కలిగి ఉంటుంది).
అదేవిధంగా, హీలియం-4 కేంద్రకం యొక్క ప్రత్యేక శక్తివంతమైన స్థిరత్వం, సారూప్య ప్రభావాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడింది, ఇది భార-కణ ఉద్గారం మరియు సంలీనం రెండింటినీ కలిగి ఉన్న పరమాణు ప్రతిచర్యలలో హీలియం-4 ఉత్పత్తిని సులభతరం చేస్తుంది. హైడ్రోజన్ నుండి సంలీన ప్రతిచర్యలలో కొంత స్థిరమైన హీలియం-3 ఉత్పత్తి అవుతుంది, కానీ హీలియం-4 యొక్క అత్యంత శక్తివంతమైన అనుకూల ఉత్పత్తితో పోలిస్తే ఇది చాలా చిన్న భాగం. హీలియం-4 యొక్క స్థిరత్వం కారణంగానే సూర్యునిలో సంలీన ప్రతిచర్యల సమయంలో హైడ్రోజన్ హీలియం-4గా మారుతుంది, డ్యూటీరియం (హైడ్రోజన్-2) లేదా హీలియం-3 లేదా ఇతర భార మూలకాలుగా కాదు. ఆల్ఫా కణం పరమాణు కేంద్రకం నుండి బయటకు వచ్చే అత్యంత సాధారణ రకమైన బారియోనిక్ కణం కావడానికి కూడా ఇది పాక్షికంగా కారణం; మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఆల్ఫా క్షయం అనేది క్లస్టర్ క్షయం కంటే చాలా సాధారణం.
హీలియం-4 కేంద్రకం యొక్క అసాధారణ స్థిరత్వం విశ్వశాస్త్రపరంగా కూడా ముఖ్యమైనది. బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత మొదటి కొన్ని నిమిషాల్లో, ప్రారంభంలో సుమారు 6:1 నిష్పత్తిలో సృష్టించబడిన స్వేచ్ఛా ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల "సూప్" కేంద్రక బంధనం సాధ్యమయ్యే స్థాయికి చల్లబడినప్పుడు, ఏర్పడిన దాదాపు అన్ని పరమాణు కేంద్రకాలు హీలియం-4 కేంద్రకాలేననే వాస్తవాన్ని ఇది వివరిస్తుంది. హీలియం-4లో కేంద్రక కణాల బంధనం చాలా గట్టిగా ఉండటం వల్ల, దాని ఉత్పత్తి కొన్ని నిమిషాల్లోనే దాదాపు అన్ని స్వేచ్ఛా న్యూట్రాన్లను వినియోగించుకుంది, అవి బీటా క్షయం చెందకముందే, మరియు భార మూలకాలను (ముఖ్యంగా లిథియం, బెరీలియం, మరియు బోరాన్) ఏర్పరచడానికి చాలా తక్కువ మిగిలాయి. హీలియం-4 కేంద్రక బంధన శక్తి ఆ మూలకాలన్నింటి కంటే బలంగా ఉంది (చూడండి న్యూక్లియోజెనిసిస్ మరియు బంధన శక్తి), మరియు అందువల్ల హీలియం ఏర్పడిన తర్వాత మూలకాలు 3, 4, మరియు 5లను తయారు చేయడానికి ఎటువంటి శక్తివంతమైన "డ్రైవ్" అందుబాటులో లేదు. హీలియం తదుపరి మూలకానికి (కార్బన్) ఎక్కువ శక్తితో కలిసిపోవడం శక్తిపరంగా స్వల్పంగా అనుకూలంగా ఉంటుంది. అయితే, మధ్యంతర మూలకాల కొరత మరియు బెరీలియం-8 యొక్క తీవ్ర అస్థిరత (రెండు 4He కేంద్రకాలు కలిసినప్పుడు వచ్చే ఉత్పత్తి) కారణంగా, ఈ ప్రక్రియకు మూడు హీలియం కేంద్రకాలు దాదాపు ఏకకాలంలో ఒకదానికొకటి తగలడం అవసరం (చూడండి ట్రిపుల్-ఆల్ఫా ప్రాసెస్). అందువల్ల బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత కొన్ని నిమిషాల్లో, ప్రారంభ విస్తరిస్తున్న విశ్వం హీలియం సంలీనం కార్బన్‌గా మారడం సాధ్యం కాని ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనానికి చల్లబడకముందే గణనీయమైన కార్బన్ ఏర్పడటానికి సమయం లేదు. ఇది ప్రారంభ విశ్వాన్ని నేడు గమనించిన విధంగానే హైడ్రోజన్-హీలియం నిష్పత్తితో (ద్రవ్యరాశి పరంగా 3 భాగాలు హైడ్రోజన్, 1 భాగం హీలియం-4) వదిలివేసింది, విశ్వంలోని దాదాపు అన్ని న్యూట్రాన్లు హీలియం-4లో బంధించబడ్డాయి.
అందువల్ల, భూమి వంటి రాతి గ్రహాలకు మరియు కార్బన్-ఆధారిత లేదా ఇతర జీవాలకు అవసరమైన అన్ని భార మూలకాలు బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత, హైడ్రోజన్ కంటే భారమైన మూలకాలను సంలీనం చేయడానికి తగినంత వేడిగా ఉన్న నక్షత్రాలలో ఉత్పత్తి కావాల్సి వచ్చింది. నేడు హైడ్రోజన్ మరియు హీలియం కాకుండా ఇతర అన్ని మూలకాలు విశ్వంలోని పరమాణు పదార్థం యొక్క ద్రవ్యరాశిలో కేవలం 2% మాత్రమే ఉన్నాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, హీలియం-4 విశ్వంలోని సాధారణ పదార్థంలో సుమారు 23% ఉంటుంది—హైడ్రోజన్ (1H) కాని దాదాపు మొత్తం సాధారణ పదార్థం ఇదే.
ఇవి కూడా చూడండి
సూచనలు
- ↑ Giulio Biroli. (2008). "Theory of the superglass phase". Physical Review B. 78 (22) 19. doi:10.1103/PhysRevB.78.224306.
- ↑ Press release: Supersolid or superglass? Cornell researchers study a strange state of matter in helium - Cornell Chronicle.
- ↑ (2012). "Mean field theory of superglasses". Physical Review B. 85 (10). doi:10.1103/PhysRevB.85.104205.
- ↑ Julian J. Krauth. (2021). "Measuring the α-particle charge radius with muonic helium-4 ions". Nature. 589 (7843) 527–531. doi:10.1038/s41586-021-03183-1.
బయటి లింకులు
- సూపర్ ఫ్లూయిడ్ హీలియం-4 ఇంటరాక్టివ్ ప్రాపర్టీస్
- Tur, Clarisse. (2009). "DEPENDENCE OF s-PROCESS NUCLEOSYNTHESIS IN MASSIVE STARS ON TRIPLE-ALPHA AND 12(α, γ)16 REACTION RATE UNCERTAINTIES". The Astrophysical Journal. 702 (2) 1068–1077. doi:10.1088/0004-637x/702/2/1068.
మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Helium-4” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Helium-4 ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.
