Гелий

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гелий

Химический элемент
Инертный газ без цвета, вкуса и запаха
Символ, номер He, 2
Атомная масса 4,002602 а.е.м.
Электронная конфигурация 1s2
Степени окисления 0
Плотность 0,00017846 (при 20 °C) г/см³
Температура плавления 0,95 K
Температура кипения 4,215 K
Структура кристаллической решетки гексагональная
Теплопроводность (300 K) 0,152 Вт/(м·К)

Гелий — химический элемент c атомным номером 2, инертный газ. Обозначается символом He.

Содержание

[править] Описание

Гелий нетоксичен, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях является одноатомным газом. Его точка кипения (T = 4,216 K) наименьшая среди всех элементов. При атмосферном давлении он не переходит в твердую фазу даже при абсолютном нуле. Твердый гелий получен лишь при давлении более 25 атмосфер. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при стандартной температуре и давлении. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He (изотопная распространенность — 99,99986 %), и гораздо более редкого 3He (0,00014 %, содержание гелия-3 в различных природных источниках может варьировать в достаточно широких пределах). Известны еще шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия.

Гелий занимает второе место по распространенности в Вселенной (после водорода). Однако на Земле гелий является редким элементом. В современной Вселенной почти весь новый гелий создается в результате термоядерного синтеза из водорода в звездах. На Земле он создается в результате альфа-распада тяжелых элементов (альфа-частицы, излучаемые при альфа-распаде — это ядра гелия-4). Часть гелия, возникшего при альфе-распаде и просачивался сквозь породы земной коры, захватывается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 7 % от объема. Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения, что называется фракционной перегонкой.

[править] История

Открытие гелия началось с 1868 года, когда при наблюдении солнечного затмения астрономы француз П. Ж. Жансан и англичанин Норман Локьер независимо друг от друга обнаружили в спектре солнечной короны желтую линию, которую нельзя было приписать ни одному из известных в то время элементов. В 1871 Локьер объяснил ее происхождение присутствием на Солнце нового элемента. В 1895 году англичанин Уильям Рамзай выделил из природной радиоактивной руды клевеита газ, в спектре которого наблюдалась D3-линия.

[править] Происхождение названия

Локьер дал гелию название, отражающее историю его открытия (от греч. Helios — солнце). Поскольку Локьер считал, что обнаруженный элемент — металл, он использовал в латинском названии элемента окончание «ium», которое обычно употребляется в названиях металлов. Таким образом, гелий задолго до своего открытия на Земле получил название, которое окончанием отличает его от названий остальных инертных газов.

[править] Распространение

[править] Во Вселенной

Среди всех элементов гелий занимает второе место по распространенности во Вселенной после водорода — около 23 % по массе.[1] Однако на планетах земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) гелия мало. Практически весь гелий Вселенной образовался в первые несколько минут после Большого Взрыва в ходе реакций первичного нуклеосинтеза. В современной Вселенной почти весь новый гелий образуется в результате термоядерного синтеза из водорода в недрах звезд. На Земле он образуется в результате альфа-распада тяжелых элементов — урана и тория. Часть гелия, возникшего в результате альфа-распада и мигрирует через породы земной коры, захватывается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 8-16 % об.

[править] В земной коре

Среди элементов восьмой группы гелий по количеству в земной коре занимает второе место (после аргона).[2] Содержание гелия в атмосфере Земли (образуется в результате радиоактивного распада Ac, Th, U) — 5,27×10−4 % об. и 7,24×10−5 % по массе. Запасы гелия в атмосфере, литосфере и гидросфере Земли оцениваются в 5×1014 м³.

Гелий в природном газе содержится в концентрациях как правило до 2 % об. Очень редко встречаются скопления природных газов, в которых содержание гелия достигает 8-16 % об. Максимальная концентрация гелия отмечается в уран- и торийсодержащих песках в Индии и Бразилии), торианите — от 0,8 до 10,5 л/кг. Все природные газы, содержащие гелий в концентрациях превышающих 0,02 % делятся на четыре группы:

  • а) бедные — концентрация гелия 0,02-0,05 %;
  • б) богатые — 0,05-0,30 %;
  • в) очень богатые — 0,30-1,0 %;
  • г) уникально богатые — > 1,0 %.

Часто при оценке запасов и ресурсов гелия группы «В» и «Г» объединяют в одну. В России, Казахстане и других странах бывшего СССР запасы гелия классифицируют по категориям А, B, C1, С2, а ресурсы — по категориям С3, Д1 и Д2.

[править] Получение

В настоящее время гелий выделяют из природных газов, пользуясь методом глубокого охлаждения (гелий сжижается труднее остальных газов). Месторождения таких газов есть в России, США, Канаде и ЮАР. Гелий содержится также в некоторых минералах (монацит, торианит и других), при этом с 1 кг минерала при нагревании можно выделить до 10 литров гелия.

[править] Определение

Качественно гелий определяют с помощью эмиссионного спектрального анализа, основные характеристические линии 587,56 и 388,56 нм. Для количественного определения пользуются масс-спекрометрией и газовой хроматографией.

[править] Сверхтекучесть

При температуре 2,1768 K жидкий гелий переходит в состояние, в котором теряет вязкость. Такое состояние называется сверхтекучим. В сверхтекучем состоянии гелий имеет ряд интересных особенностей, например, он ползет вверх по стенкам сосуда, тянется к источнику тепла и тому подобное.

[править] Применение

Гелий используют для создания инертной и защитной атмосферы при сварке, резке и плавке металлов, при перекачке ракетного топлива, для наполнения дирижаблей и аэростатов, как компонент среды гелий-неоновых лазеров, как газ-носитель в газовой хроматографии. Гелий-3 используется для наполнения газовых нейтронных детекторов, как рабочее тело гелиевых течеискателей. Жидкий гелий — уникальный хладагент в экспериментальной физике, что позволяет использовать сверхнизкие температуры в научных исследованиях (например, при изучении электрической сверхпроводимости). Благодаря тому, что гелий очень плохо растворяется в крови, его используют как составную часть искусственного воздуха, подаваемого для дыхания водолазам. Замена азота на гелий предотвращает кессонную болезнь (при вдыхании обычного воздуха азот под повышенным давлением растворяется в крови, а затем выделяется из нее в виде пузырьков, которые закупоривают мелкие сосуды).

[править] Источники

[править] Литература

  • Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им .. Л. М. Литвиненка НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 1: А-Дарзана // Ред. кол.: Кнунянц И. Л. и др. — Москва: Сов. энциклопедия, 1988. — 623 с., с 513—514.
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты