Гелий (общие сведения)
Гелий — элемент 8-й группы первого периода периодической системы химических элементов Менделеева Д. И., второй элемент в этой системе.
Краткая информация.
Символ: Не
Температура кипения: 269 С – самая низкая из всех веществ в природе.
Электронная конфигурация: 1s2
Атомный номер: 2
Атомная масса: 4,0026 а. е. м.
Первооткрыватель: Пьер Жансен
Общие сведения
Гелий относится к группе инертных газов, наряду с аргоном, криптоном и другими. Как простое вещество представляет собой одноатомный газ без вкуса, запаха и цвета. По количественному содержанию во Вселенной уступает первое место только лишь водороду, однако в пределах планеты Земля встречается крайне редко. Для сравнения: на 250 тысяч кубометров воздуха в атмосфере Земли приходится 1 кубический метр гелия!
Открытие гелия
Открытие гелия в полной мере заслуживает стать основой остросюжетного научного детектива.
В августе 1868 года французский учёный Пьер Жансен занимался исследованиями хромосферы Солнца, для чего прибыл в Индию во время полного солнечного затмения. Изучая спектр лучей короны солнца, он выявил необычную желтую линию, не характерную не только для водорода, но и вообще для газов. Жансен первоначально принял ее за линию спектра натрия и в тот же день отправил письмо для Французской Академии наук, где рассказал о своем наблюдении. На беду Жансена, в те времена корреспонденция из Индии в старую часть света шла долго.
Спустя два месяца, в октябре 1868 года, английский астроном Норман Локьер также проводил спектральные исследования Солнца, тоже обнаружил эту нехарактерную желтую линию и, конечно же, решил известить об этом Академию. Письмо пришло в Париж через четыре дня (24 октября 1868 года). И именно в тот же день из Индии было доставлено сообщение от Жансена! Удивительнейшее совпадение!
Французская Академия наук формально признала пальму первенства за Жансеном, однако на деле уравняла первооткрывателей в правах. Так, на памятную медаль по случаю открытия нового элемента нанесены портреты обоих ученых. Сам элемент получил название гелий, т.е. «солнечный», в память о греческом боге солнца Гелиосе. Ученые первоначально считали, что открыли металл, поэтому и дали характерное для номенклатуры «металлическое» название «гелий», а не «гелион», что было бы правильно в случае с газами (неон, аргон и т.д.). Позднее исправлять эту номенклатурную ошибку не стали.
Свойства гелия
Гелий крайне инертный химический элемент (в нормальных условиях газ), следовательно, не вступает в химические реакции за редким исключением. В природе могут существовать фторид и хлорид гелия (HeF и HeCl). Для получения других соединений гелия необходимо создавать критические условия, будь то огромное давление или сверхнизкая температура.
Гелий является единственным химическим элементом, для которого твердое агрегатное состояние при нормальном давлении невозможно при любом значении температуры. Переход гелия в твердую фазу наблюдается только при повышении давления свыше 25 атмосфер.
Область применения гелия
Используется как компонент в т.н. гелиевом воздухе, где гелий вытесняет азот (легкие человека не поглощают азот при дыхании и просто прокачивают его через себя). Гелиевый воздух активнее обычного: быстрее подводит кислород к альвеолам и выводит углекислый газ. Это свойство гелия используется в медицине при лечении бронхиальной астмы, заболеваний гортани.
Гелиевый воздух используется при глубоководных погружениях, поскольку он практически исключает возникновение азотной эмболии, т.е. кессонной болезни. Причина болезни состоит в том, что азот, который мы вдыхаем с воздухом, растворяется в крови при повышенном давлении на глубине. При быстром всплытии он выделяется в виде пузырьков, которые способны закупорить кровеносные сосуды и привести к гибели ныряльщика. Гелий, в отличие от азота, в крови не растворяется, поэтому гелиевый воздух безопаснее при любом виде работ при повышенном давлении среды.
Гелий применяется в роли хладагента для достижения сверхнизких температур (например, при переводе металлов в сверхпроводящее состояние).
Гелием наполняют аэростаты и дирижабли; гелий не воспламеняется (в отличие от водорода) и потому безопасен. Им же можно наполнять любые сферы, которые требуется запускать в атмосферу, начиная воздушными шариками и заканчивая метеорологическими зондами.
Гелием заполняют газоразрядные трубки. При пропускании через трубки электрического тока инертные газы дают цветные вспышки, что нашло широкое применение в наружной рекламе (неоновые огни, например, очень часто по факту гелиевые). Также в смеси с неоном гелий используется в особых гелий-неоновых лазерах.
Некоторые виды ядерных реакторов рассчитаны на работу с гелием в качестве теплоносителя.
Гелий применим в пищевой промышленности как пропеллент, упаковочный газ и даже как пищевая добавка E939.
Интересные факты
Промышленное производство гелия очень сложно и дорого, что сдерживает повсеместное применение этого газа в быту. Если содержание гелия в природном газе превышает всего лишь 0,1 %, то этого уже достаточно для начала разработки месторождения. От других газов гелий отделяют с помощью низкотемпературного охлаждения. Когда другие газы в смеси перейдут в жидкое состояние, гелий останется газообразным.
Главным производителем гелия в мире являются США (130 млн мі в год). На втором месте республика Алжир (16 млн мі), где импорт гелия развитым странам есть важная часть бюджетных поступлений. Россия, с показателем 6 млн мі, находится на третьем месте, при этом эксплуатируя одно единственное месторождение в Оренбургской области. Процентное содержание гелия в природном газе здесь всего 0,05 %, из-за чего себестоимость российского гелия намного выше американского. В Сибири имеются запасы с 1 %-ным содержанием гелия, однако на данный момент они не эксплуатируются.
Стоимость одного литра гелия превышает 20 евро (на 2010 год) и с каждым годом увеличивается на 10% минимум.
Гелий незаменим в геологоразведке. С помощью гелиевой съёмки определяется расположение глубинных разломов и, как следствие, осуществляется прогнозирование землетрясений. Он является продуктом распада радиоактивных элементов внутри земной коры и, будучи легким газом, движется по разломам вверх на поверхность Земли. Таким образом, гелий не только является индикатором зон возможных землетрясений, но и указывает на месторождения урановых руд! А это значит, что гелий позволяет решать два диаметрально противоположных вопроса: где целесообразно добывать урановую руду для ядерного топлива и где нельзя строить атомные электростанции из-за повышенной сейсмичности.
Гелий способен заполнять абсолютно любые пустоты и трещины, оставаясь при этом крайне инертным газом, т.е. не вступая ни в какие реакции со средой. Существует даже особая наука, гелиеметрия, которая изучает прохождение гелия через разнообразные среды. С помощью гелиеметрических исследований составлены все современные тектонические карты.
Ведущим поставщиком гелия и других промышленных газов в Украине на сегодня считается компания «DP Air Gas».
