Гелій (загальна інформація)
Гелій – елемент 8-ї групи першого періоду періодичної системи хімічних елементів Менделєєва Д. І., другий елемент у цій системі.
Коротка інформація.
Символ: Не
Температура кипіння: 269 С – найнижча з усіх речовин у природі.
Електронна конфігурація: 1s2
Атомний номер: 2
Атомна маса: 4,0026 а. е. м.
Першовідкривач: П’єр Жансен
Загальні відомості
Гелій відноситься до групи інертних газів, поряд з аргоном, криптон та іншими. Як проста речовина є одноатомним газом без смаку, запаху і кольору. За кількісним змістом у Всесвіті поступається перше місце лише водню, проте в межах планети Земля зустрічається вкрай рідко. Для порівняння: на 250 тисяч кубометрів повітря у атмосфері Землі припадає 1 кубічний метр гелію!
Відкриття гелію
Відкриття гелію повною мірою заслуговує стати основою гостросюжетного наукового детективу.
Торішнього серпня 1868 року французький учений П’єр Жансен займався дослідженнями хромосфери Сонця, навіщо прибув Індії під час повного сонячного затемнення. Вивчаючи спектр променів корони сонця, він виявив незвичайну жовту лінію, не характерну як водню, а й взагалі газів. Жансен спочатку прийняв її за лінію спектру натрію і того ж дня відправив листа до Французької Академії наук, де розповів про своє спостереження. На біду Жансена, на той час кореспонденція з Індії у стару частину світу йшла довго.
Через два місяці, у жовтні 1868 року, англійський астроном Норман Лок’єр також проводив спектральні дослідження Сонця, теж виявив цю нехарактерну жовту лінію і, звичайно ж, вирішив сповістити про це Академію. Лист надійшов Париж через чотири дні (24 жовтня 1868 року). І саме того ж дня з Індії доставили повідомлення від Жансена! Дивовижний збіг!
Французька Академія наук формально визнала пальму першості за Жансеном, проте насправді зрівняла першовідкривачів у правах. Так, на пам’ятну медаль з нагоди відкриття нового елемента завдано портретів обох учених. Сам елемент одержав назву гелій, тобто. «сонячний», на згадку про грецького бога сонця Геліосі. Вчені спочатку вважали, що відкрили метал, тому й дали характерну для номенклатури “металеву” назву “гелій”, а не “геліон”, що було б правильно у випадку з газами (неон, аргон і т.д.). Пізніше виправляти цю номенклатурну помилку не стали.
Властивості гелію
Гелій вкрай інертний хімічний елемент (у нормальних умовах газ), отже, не входить у хімічні реакції за рідкісним винятком. У природі можуть існувати фторид та хлорид гелію (HeF та HeCl). Для отримання інших сполук гелію необхідно створювати критичні умови, чи то величезний тиск, чи наднизька температура.
Гелій є єдиним хімічним елементом, для якого твердий агрегатний стан при нормальному тиску неможливий за будь-якого значення температури. Перехід гелію у тверду фазу спостерігається лише при підвищенні тиску понад 25 атмосфер.
Область застосування гелію
Використовується як компонент т.зв. гелієвому повітрі, де гелій витісняє азот (легкі людини не поглинають азот при диханні і просто прокачують його через себе). Гелієве повітря активніше звичайного: швидше підводить кисень до альвеол і виводить вуглекислий газ. Ця властивість гелію використовується в медицині для лікування бронхіальної астми, захворювань гортані.
Гелієве повітря використовується при глибоководних зануреннях, оскільки він практично виключає виникнення азотної емболії, тобто. кесонної хвороби. Причина хвороби полягає в тому, що азот, який ми вдихаємо з повітрям, розчиняється в крові за підвищеного тиску на глибині. При швидкому випливі він виділяється у вигляді бульбашок, які здатні закупорити кровоносні судини і призвести до загибелі нирця. Гелій, на відміну від азоту, у крові не розчиняється, тому гелієве повітря безпечніше за будь-якого виду робіт при підвищеному тиску середовища.
Гелій застосовується в ролі холодоагенту для досягнення наднизьких температур (наприклад, при переведенні металів у надпровідний стан).
Гелієм наповнюють аеростати та дирижаблі; гелій не спалахує (на відміну від водню) і тому безпечний. Їм можна наповнювати будь-які сфери, які потрібно запускати в атмосферу, починаючи повітряними кульками і закінчуючи метеорологічними зондами.
Гелієм заповнюють газорозрядні трубки. При пропусканні через трубки електричного струму інертні гази дають кольорові спалахи, що знайшло широке застосування зовнішньої реклами (неонові вогні, наприклад, дуже часто за фактом гелієві). Також у суміші з неоном гелій використовується в спеціальних гелій-неонових лазерах.
Деякі види ядерних реакторів розраховані працювати з гелієм як теплоносія.
Гелій застосовується в харчовій промисловості як пропелент, пакувальний газ і навіть як харчова добавка E939.
Цікаві факти
Промислове виробництво гелію дуже складно та дорого, що стримує повсюдне застосування цього газу в побуті. Якщо вміст гелію в природному газі перевищує лише 0,1 %, то цього вже достатньо для початку розробки родовища. Від інших газів гелій відокремлюють за допомогою низькотемпературного охолодження. Коли інші гази у суміші перейдуть у рідкий стан, гелій залишиться газоподібним.
Головним виробником гелію у світі є США (130 млн мі на рік). На другому місці республіка Алжир (16 млн мі), де імпорт гелію розвиненим країнам є важливою частиною бюджетних надходжень. Росія з показником 6 млн мі знаходиться на третьому місці, при цьому експлуатуючи одне єдине родовище в Оренбурзькій області. Відсотковий вміст гелію в природному газі тут всього 0,05%, через що собівартість російського гелію набагато вища за американський. У Сибіру є запаси з 1% вмістом гелію, проте на даний момент вони не експлуатуються.
Вартість одного літра гелію перевищує 20 євро (на 2010 рік) та з кожним роком збільшується на 10% мінімум.
Гелій незамінний у геологорозвідці. За допомогою гелієвої зйомки визначається розташування глибинних розломів і як наслідок здійснюється прогнозування землетрусів. Він є продуктом розпаду радіоактивних елементів усередині земної кори і, будучи легким газом, рухається розломами вгору на поверхню Землі. Таким чином, гелій не лише є індикатором зон можливих землетрусів, а й вказує на родовища уранових руд! А це означає, що гелій дозволяє вирішувати два діаметрально протилежні питання: де доцільно видобувати уранову руду для ядерного палива і де не можна будувати атомні електростанції через підвищену сейсмічність.
Гелій здатний заповнювати будь-які порожнечі і тріщини, залишаючись у своїй вкрай інертним газом, тобто. не вступаючи в жодні реакції із середовищем. Існує навіть особлива наука, гелієметрія, яка вивчає проходження гелію через різноманітні середовища. За допомогою гелієметричних досліджень складено всі сучасні тектонічні карти.
Провідним постачальником гелію та інших промислових газів в Україні сьогодні вважається компанія «DP Air Gas».
