Гелій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Гелій (He)
Атомний номер 2
Зовнішній вигляд
простої речовини
інертний газ
без кольору і запаху
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
4,002602 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 28 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
2361,3(24,47) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація 1s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 140 пм
Радіус іона 93 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
n/a
Електродний потенціал 0
Ступені окиснення n/a
Термодинамічні властивості
Густина 0,147 (при -270 °C) г/см³
Питома теплоємність 5,188 Дж/(K моль)
Теплопровідність 0,152 Вт/(м К)
Температура плавлення 0,95 K
Теплота плавлення n/a кДж/моль
Температура кипіння 4,216 K
Теплота випаровування 0,08 кДж/моль
Молярний об'єм 31,8 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,570 Å
Відношення c/a 1,633
Температура Дебая n/a K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Ге́лійхімічний елемент з атомним номером 2, який очолює групу інертних газів в періодичній таблиці.

Загальний опис[ред.ред. код]

Гелій нетоксичний, не має кольору, запаху і смаку. За нормальних умов є одноатомним газом. Його точка кипіння (T = 4,216 K) найменша серед всіх елементів. При атмосферному тиску він не переходить в тверду фазу навіть при абсолютному нулі. Твердий гелій отриманий лише при тиску понад 25 атмосфер. Екстремальні умови також необхідні для створення нечисленних хімічних сполук гелію, всі вони нестабільні при стандартній температурі й тиску. Природний гелій складається з двох стабільних ізотопів: 4He (ізотопна поширеність — 99,99986 %), і набагато рідкіснішого 3He (0,00014 %; вміст гелію-3 в різних природних джерелах може варіювати в досить широких межах). Відомі ще шість штучних радіоактивних ізотопів гелію.

Гелій займає друге місце за поширеністю у Всесвіті й легкістю (після водню). Проте на Землі гелій є рідкісним елементом. У сучасному Всесвіті майже весь новий гелій створюється в результаті термоядерного синтезу із водню в зірках. На Землі він створюється в результаті альфа-розпаду важких елементів (альфа-частинки, випромінювані при альфа-розпаді — це ядра гелію-4). Частина гелію, що виник при альфі-розпаді й просочувався крізь породи земної кори, захоплюється природним газом, концентрація гелію в якому може досягати 7% від об'єму. Гелій здобувається з природного газу процесом низькотемпературного розділення, що називається фракційною перегонкою.

Історія[ред.ред. код]

Спектральні лінії гелію

Відкриття гелію почалося з 1868 року, коли при спостереженні сонячного затемнення астрономи француз П. Ж. Жансан і англієць Норман Лок'єр незалежно один від одного виявили в спектрі сонячної корони жовту лінію (вона отримала назву D3-лінії), яку не можна було приписати жодному з відомих у той час елементів. У 1871 Лок'єр пояснив її походження присутністю на Сонці нового елементу. У 1895 році англієць Вільям Рамзай виділив з природної радіоактивної руди клевеїту газ, у спектрі якого спостерігалася D3-лінія.

Походження назви[ред.ред. код]

Лок'єр дав гелію назву, що відображає історію його відкриття (від грец. Helios — сонце). Оскільки Лок'єр вважав, що виявлений елемент — метал, він використовував у латинській назві елементу закінчення «ium» (відповідає українському закінченню «ій»), яке зазвичай уживається в назвах металів. Таким чином, гелій задовго до свого відкриття на Землі отримав назву, яке закінченням відрізняє його від назв решти інертних газів.

Поширення[ред.ред. код]

У Всесвіті[ред.ред. код]

Серед усіх елементів гелій посідає друге місце за поширеністю у Всесвіті після водню — біля 23% за масою[1]. Проте на планетах земної групи (Меркурій, Венера, Земля, Марс) гелію мало. Практично весь гелій Всесвіту утворився в перші кілька хвилин після Великого Вибуху в ході реакцій первинного нуклеосинтезу. В сучасному Всесвіті майже весь новий гелій утворюється в результаті термоядерного синтезу з водню в надрах зірок (див. протон-протонний цикл, вуглецево-азотний цикл). На Землі він утворюється в результаті альфа-розпаду важких елементів — урану і торію. Частина гелію, що виникла у результаті альфа-розпаду і мігрує крізь породи земної кори, захоплюється природним газом, концентрація гелію в якому може сягати до 8—16 % об.

В земній корі[ред.ред. код]

Серед елементів восьмої групи гелій за кларком в земній корі посідає друге місце (після аргону)[2]. Вміст гелію в атмосфері Землі (утворюється в результаті радіоактивного розпаду Ac, Th, U) — 5,27×10-4 % об. і 7,24×10-5 % за масою. Запаси гелію в атмосфері, літосфері і гідросфері Землі оцінюються у 5×1014 м³.

Гелій в природному газі міститься в концентраціях як правило до 2% об. Дуже рідко зустрічаються скупчення природних газів, в яких вміст гелію сягає 8-16% об. Максимальна концентрація гелію відмічається в уран- і торійвмісних мінералах: клевеїті, фергюсоніті, самарскіті, гадолініті, монациті (монацитові піски в Індії і Бразилії), торіаніті — від 0,8 до 10,5 л/кг. Всі природні гази, які містять гелій в концентраціях більших за 0,02% поділяються на чотири групи:

  • а) бідні — концентрація гелію 0,02-0,05%;
  • б) багаті — 0,05-0,30%;
  • в) дуже багаті — 0,30-1,0%;
  • г) унікально багаті — >1,0%.

Часто при оцінці запасів і ресурсів гелиюя групу «в» і «г» об'єднують в одну. В Україні, Росії, Казахстані і інших країнах колишнього СРСР запаси гелію класифікують за категоріями А, B, C1, С2, а ресурси - за категоріями С3, Д1 та Д2.

Отримання[ред.ред. код]

В даний час гелій виділяють з природних газів, користуючись методом глибокого охолоджування (гелій зріджується важче за решту газів). Родовища таких газів є в Росії, США, Канаді і ПАР. Гелій міститься також в деяких мінералах (монациті, торіаніті й інших), при цьому з 1 кг мінералу при нагріванні можна виділити до 10 л гелію.

Визначення[ред.ред. код]

Якісно гелій визначають за допомогою емісійного спектрального аналізу, основні характеристичні лінії 587,56 та 388,56 нм. Для кількісного визначення користуються мас-спекрометрією та газовою хроматографією.

Надплинність[ред.ред. код]

При температурі 2,1768 K рідкий гелій переходить у стан, в якому втрачає в'язкість. Такий стан називається надплинним або станом гелію II. В надплинному стані гелій має низку цікавих властвостей, наприклад, повзе вгору стінками посудини, тягнеться до джерела тепла тощо.

Застосування[ред.ред. код]

Світіння наповненої гелієм газорозрядної лампи

Гелій використовують для створення інертної і захисної атмосфери при зварюванні, різанні і плавці металів, при перекачуванні ракетного палива, для наповнення дирижаблів і аеростатів, як компонент середовища гелій-неонових лазерів, як газ-носій у газовій хроматографії. Гелій-3 використовується для наповнення газових нейтронних детекторів, як робоче тіло гелієвих течошукачів. Рідкий гелій, рідина, яка конденсується при найнижчій температурі, — унікальний холодоагент в експериментальній фізиці, що дозволяє використовувати наднизькі температури в наукових дослідженнях (наприклад, при вивченні електричної надпровідності). Завдяки тому, що гелій дуже погано розчиняється в крові, його використовують як складову частину штучного повітря, що подається для дихання водолазам. Заміна азоту на гелій запобігає кесонній хворобі (при вдиханні звичайного повітря азот під підвищеним тиском розчиняється в крові, а потім виділяється з неї у вигляді бульбашок, які закупорюють дрібні судини).

Виноски[ред.ред. код]

  1. «Helium: geological information» (англійською). www.webelements.com. Процитовано 2009-07-11. 
  2. «Abundance in Earth's crust» (англійською). www.webelements.com. Процитовано 2009-07-11. 

Література[ред.ред. код]

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет - Донецьк:»Вебер», 2008. – 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 1: А-Дарзана// Ред-кол.: Кнунянц И.Л. (глав. ред.) и др. - Москва: Сов. энциклопедия, 1988. - 623 с., С. 513-514.