Характеристика і застосування гелію

Історія відкриття:

18 серпня 1868 французький учений П’єр Жансен під час повного сонячного затемнення в індійському місті Гунтур вперше досліджував хромосферу Сонця. Спектроскопія сонячних протуберанців поряд з лініями водню – синьою, зелено-блакитний і червоною – виявила дуже яскраву жовту лінію, спочатку прийняту Жансеном та іншими спостерігали її астрономами за лінію D натрію. Незалежно від нього англійський астроном Норман Локьер виявив у спектрі невідому жовту лінію з довжиною хвилі 587,56 нм, і позначив її як D3. Через два роки Локьер, спільно з англійським хіміком Едвардом Франкланда, прийшов до думки, що ця яскраво-жовта лінія не належить жодному з раніше відомих хімічних елементів і запропонував дати новому елементу назву “гелій” (від грец. Hlioz – “сонце”) .

Знаходження в природі, одержання:

Гелій займає друге місце за поширеністю у Всесвіті після водню – близько 23% за масою. Проте на Землі гелій рідкісний, образуясь в результаті альфа-розпаду важких елементів. В рамках восьмої групи гелій за вмістом у земній корі займає друге місце (після аргону). Запаси гелію в атмосфері, літосфері і гідросфері оцінюються в 5 · 1014 м3. Геліоносние природні гази містять як правило до 2% гелію за обсягом (рідко 8-16%). Середній вміст гелію в земній речовині – 3 г / т. Найбільша концентрація гелію спостерігається в мінералах, що містять уран, торій і самарій: слюда, Фергюсон, самарскиті, гадолините, монацит (монацітовие піски в Індії і Бразилії), торіаніте. Зміст гелію в цих мінералах становить 0,8-3,5 л / кг, а в торіаніте воно досягає 10,5 л / кг. Природний гелій складається з двох стабільних ізотопів: 4He і 3He. Відомі ще шість штучних радіоактивних ізотопів гелію.
У промисловості гелій отримують з гелійсодержащіх природних газів.

Фізичні властивості:

Проста речовина гелій – нетоксичне, не має кольору, запаху і смаку. При нормальних умовах являє собою одноатомний газ, tКИП = 4,2K (найменша серед всіх простих речовин). При атмосферному тиску він не переходить у тверду фазу навіть при вкрай близьких до абсолютного нуля температурах.
При нормальних умовах гелій поводиться практично як ідеальний газ. Щільність 0,17847 кг / м3. Він володіє теплопровідністю (0,1437 Вт / (м · К) при н.у.) більшою, ніж у інших газів, крім водню. Коефіцієнт заломлення гелію ближче до одиниці, ніж у будь-якого іншого газу. Гелій менш розчинний у воді, ніж будь-який інший відомий газ (при 20 ° C близько 8,8 мл / л). Швидкість його дифузії крізь тверді матеріали в три рази вище, ніж у повітря, і приблизно на 65% вище, ніж у водню.
При пропущенні струму через заповнену гелієм трубку спостерігаються розряди різних кольорів, що залежать головним чином від тиску газу в трубці.

Хімічні властивості:

Гелій – найменш хімічно активний елемент восьмий групи таблиці Менделєєва. У газовій фазі він може утворювати (при дії електричного розряду або ультрафіолетового випромінювання) так звані ексимерні молекули, у яких стійкі збуджені електронні стани і нестійко основний стан: двоатомні молекули He2, фторид HeF, хлорид HeCl. Час життя таких частинок дуже мало, зазвичай становить лічені наносекунди. На відміну від багатьох інших газів гелій не утворює клатратов, так як маленькі атоми гелію “вислизають” з дуже великих для них пустот в структурі води.
Застосування:

Унікальні властивості гелію широко використовуються:
– В металургії в якості захисного інертного газу для виплавки чистих металів;
– В харчовій промисловості зареєстрований як харчової добавки E939, як пропелента і пакувального газу;
– В якості холодоагенту для отримання наднизьких температур;
– Для наповнення Воздухоплавающая судів (дирижаблі), повітряних куль і оболонок метеорологічних зондів;
– В якості теплоносія в деяких типах ядерних реакторів;
– В якості носія в газової хроматографії;
– Для пошуку витоків у трубопроводах і котлах;
– Для заповнення газорозрядних трубок;
– Як компонент робочого тіла в гелій-неонових лазерах;
– В техніці нейтронного розсіювання в якості поляризатора і наповнювача для позиційно-чутливих нейтронних детекторів;
– В дихальних сумішах для глибоководного занурення;
– Для зміни тембру голосових зв’язок (ефект підвищеної тональності голосу) за рахунок відмінності щільності звичайної повітряної суміші і гелію, тощо;
– Нуклід 3He є перспективним паливом для термоядерної енергетики.

Посилання на основну публікацію