Гелій

Гелій (лат. Helium), He (читається «гелій»), хімічний елемент з атомним номером 2, атомна маса 4,002602. Відноситься до групи інертних, або благородних, газів (група VIIIA періодичної системи).

Природний гелій складається з двох стабільних нуклідів: 3Не (0,00013% за обсягом) і 4Не. Майже повна перевага гелію-4 пов'язано з утворенням ядер цього нукліда при радіоактивному розпаді урану (U), торію (Th), радію (Ra) та інших атомів, що відбувався протягом тривалої історії Землі.

Радіус нейтрального атома гелію 0,122 нм. Електронна конфігурація нейтрального збудженому атома 1s2. Енергії послідовної іонізації нейтрального атома рівні, відповідно, 24,587 і 54,416 еВ (у атома гелію найвища серед нейтральних атомів усіх елементів енергія відриву перша електрона).

Просте речовина гелій - легкий одноатомних газ без кольору, смаку, запаху.

Властивості: гелій - легкий негорючий газ, щільність газоподібного гелію при нормальних умовах 0,178 кг/м 3 (менше тільки у газу водню (H)). Температура кипіння гелію (при нормальному тиску) близько 4,2 К (або 268,93 ° C, це - найнижча температура кипіння).

При нормальному тиску рідкий гелій не вдається перетворити в тверда речовина навіть при температурах, близьких до абсолютного нуля (0К). При тиску близько 3,76 МПа температура плавлення гелію 2,0 К. Найменша тиск, при якому спостерігається перехід рідкого гелію в твердий стан - 2,5 МПа (25 ат), температура плавлення гелію при цьому близько 1,1 К (-272,1 ° C).

В 100 мл води при 20 ° C розчиняється 0,86 мл гелію, в органічних розчинниках його розчинність ще менше. Легкі молекули гелію проходять добре (дифундують) через різні матеріали (пластмаси, скло, деякі метали).

Для рідкого гелію-4, охолодженого нижче -270,97 ° C, спостерігається ряд незвичайних ефектів, що дає підставу розглядати цю рідину як особливу, так звану квантову, рідина. Цю рідину зазвичай позначають як гелій-II в відміну від рідкого гелію-I - рідини, яка існує при трохи більш високих температурах. Температура переходу гелію-I в гелій-II дорівнює 2,186 К. Цю температуру часто називають l-точкою.

Рідкий гелій-II здатний швидко проникати через дрібні отвори і капіляри, не виявляючи при цьому в'язкості (так звана надтекучість рідкого гелію-II). Крім того, плівки гелію-II швидко рухаються по поверхні твердих тіл, в внаслідок чого рідина швидко покидає ту посудину, в який вона була поміщена. Ця властивість гелію-II називають сверхползучестью. Надплинність гелію-II відкрита в 1938 році радянським фізиком П. Л. Капицею (Нобелівська премія з фізики, 1978 рік). Пояснення унікальним властивостям гелію-II дано іншим радянським фізиком Л. Д. Ландау в 1941-1944 роках (Нобелівська премія з фізики, 1962 рік).

Ніяких хімічних сполук гелій не утворює. Правда, в розрідженому іонізованому гелії вдається виявити досить стійкі двоатомних іони Не2 +.

Історія відкриття і назва: відкриття гелію почалося з 1868 року, коли при спостереженні сонячного затемнення астрономи француз П. Ж. Жансен і англієць Д. Н. Лок'єра незалежно одна від одної виявили в спектрі сонячної корони жовту лінію (вона отримала назву D3-лінії), яку не можна було приписати жодному з відомих на той час елементів. У 1871 Лок'єра пояснив її походження присутністю на Сонці нового елементу. У 1895 році англієць У. Рамзай виділив з природної радіоактивної руди клевеіта газ, в спектрі якого була присутня та ж D3-лінія. Новому елементу Лок'єра дав ім'я, що відображає історію його відкриття (грец. Helios - сонце). Оскільки Лок'єра вважав, що виявлений елемент - метал, він використовував в латинській назві елементу закінчення «lim» (відповідає російській закінченню «ій»), яке зазвичай вживаємо в назві металів. Таким чином, гелій задовго до свого відкриття на Землі отримав ім'я, яке закінченням відрізняє його від назв решти інертних газів.

Знаходження в природі: в атмосферному повітрі вміст гелію дуже мало і становить близько 5,27 · 10-4% за обсягом. У земній корі його 0,8 · 10-6%, в морській воді - 4.10 -10%. Джерелом гелію служать нафту і геліоносние природні гази, у яких зміст гелію досягає 2-3%, а в окремих випадках і 8-10% за об'ємом. Зате в космосі гелій - другий за поширеністю елемент (після водню (H)): на його частку припадає 23% космічної маси.

Отримання: в даний час гелій виділяють з природних геліоносних газів, користуючись методом глибокого охолоджування (гелій знімається важче всіх інших газів). Родовища таких газів є в Росії, США, Канаді і ЮАР. Гелій міститься також в деяких мінералах (Монацит, торіаніте та інших), при цьому з 1 кг мінералу при нагріванні можна виділити до 10 л гелію.

Застосування: гелій використовують для створення інертного і захисної атмосфери при зварюванні, різанні і плавці металів, при перекачуванні ракетного палива, для заповнення дирижаблів і аеростатів, як компонент середовища гелієвих лазерів. Рідкий гелій, сама холодна рідина на Землі, - унікальний холодоагент в експериментальної фізики, 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 (N) на гелій запобігає кесонну хвороба (при вдиханні звичайного повітря азот під підвищеним тиском розчиняється в крові, а потім виділяється з неї у вигляді бульбашок, що закупорюють дрібні судини).

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.alhimikov.net/