Хелий
ХЕЛИЙ-аз; м.[от гръцки. hēlios – слънце]. Химическият елемент (He), химически инертен газ без мирис, е най-лекият след водорода.
◁ Хелий, о, о. G-то ядро.
Хелий(лат. Хелий), химичен елемент VIII група периодичната таблица, се отнася до благородни газове; без цвят и мирис, плътност 0,178 g/l. По-трудно се втечнява от всички известни газове (при -268,93ºC); единственото вещество, което не се втвърдява при нормално налягане, независимо колко дълбоко е охладено. Течният хелий е квантова течност със свръхфлуидност под 2,17ºK (-270,98ºC). В бр големи количествахелият се намира във въздуха и земната кора, където постоянно се образува при разпадането на уран и други α-радиоактивни елементи (α-частиците са ядрата на атомите на хелия). Хелият е много по-често срещан във Вселената, например в Слънцето, където е открит за първи път (оттук и името: от гръцки hēlios - Слънце). Хелий се получава от природни газове. Използва се в криогенната технология, за създаване на инертни среди, в аеронавтиката (за пълнене на стратосферни балони, балонии т.н.).
ХЕЛИЙХЕЛИЙ (лат. Helium), He (чете се „хелий“), химичен елемент с атомен номер 2, атомна маса 4,002602. Принадлежи към групата на инертните или благородни газове (VIIIA група на периодичната система), разположени в 1-ви период.
Естественият хелий се състои от два стабилни нуклида: 3 He (0,00013% от обема) и 4 He. Почти пълното преобладаване на хелий-4 е свързано с образуването на ядра от този нуклид по време на радиоактивния разпад на атомите на уран, торий, радий и други, възникнали през дългата история на Земята.
Радиусът на неутрален атом на хелий е 0,122 nm. Електронна конфигурация на неутрален невъзбуден атом 1s 2
. Енергиите на последователна йонизация на неутрален атом са равни съответно на 24,587 и 54,416 eV (атомът на хелий има най-високата енергия на абстракция на първия електрон сред неутралните атоми на всички елементи).
Простото вещество хелий е лек моноатомен газ без цвят, вкус или мирис.
История на откритията
Откриването на хелия започва през 1868 г., когато по време на наблюдението слънчево затъмнениеастрономите французин П. Ж. Янсен (см. JANSIN Пиер Жул Сезар)и англичанинът Д. Н. Локиър (см.ШКАФАЛ Джоузеф Норман)независимо открити в спектъра на слънчевата корона (см.СЛЪНЧЕВА КОРОНА)жълта линия (нар д 3 -ред), което не може да се припише на нито един от елементите, известни по това време. През 1871 г. Локиър обяснява произхода му с наличието на нов елемент в Слънцето. През 1895 г. англичанинът У. Рамзи (см. RAMSAY William)изолира газ от естествената радиоактивна руда клевеит, в чийто спектър същият д 3 линия. Локиър даде на новия елемент име, което отразява историята на откриването му (гръцки Хелиос - слънце). Тъй като Локиър смята, че откритият елемент е метал, той използва окончанието „lim“ в латинското име на елемента (съответстващо на руското окончание „ii“), което обикновено се използва в името на металите. Така много преди откриването му на Земята хелият получава име, което по своето окончание го отличава от имената на другите инертни газове.
Да бъдеш сред природата
В атмосферния въздух съдържанието на хелий е много малко и възлиза на около 5,27·10 -4% обемни. В земната кора е 0,8·10 -6%, в морска вода- 4·10 -10%. Източник на хелий са нефтът и хелийсъдържащите природни газове, в които съдържанието на хелий достига 2-3%, а в редки случаи 8-10% обемни. Но в космоса хелият е вторият най-разпространен елемент (след водорода): той представлява 23% от космическата маса.
Касова бележка
Технологията за производство на хелий е много сложна: той се изолира от естествените хелий-съдържащи газове чрез метода на дълбоко охлаждане. Залежи на такива газове има в Русия, САЩ, Канада и Южна Африка. Хелий се съдържа и в някои минерали (монацит, торианит и други), като от 1 kg минерал при нагряване могат да се отделят до 10 литра хелий.
Физични свойства
Хелият е лек, незапалим газ, плътността на хелиевия газ при нормални условия е 0,178 kg/m 3 (само водородният газ е по-малък). Точката на кипене на хелия (при нормално налягане) е около 4,2 K (или –268,93 °C, това е най-ниската точка на кипене).
При нормално налягане течният хелий не може да се превърне в твърдо вещество дори при температури, близки до абсолютната нула (0K). При налягане от около 3,76 MPa точката на топене на хелия е 2,0 K. Най-ниското налягане, при което преминава преходът на течен хелий в в твърдо състояние- 2,5 MPa (25 at), точката на топене на хелия е около 1,1 K (–272,1 °C).
0,86 ml хелий се разтваря в 100 ml вода при 20 °C, разтворимостта му в органични разтворители е още по-малка. Леките хелиеви молекули преминават (дифундират) добре през различни материали (пластмаси, стъкло, някои метали).
За течен хелий-4, охладен под –270,97 °C, се наблюдават редица необичайни ефекти, което дава основание да се разглежда тази течност като специална, така наречената квантова течност. Тази течност обикновено се нарича хелий-II, за разлика от течния хелий-I, течност, която съществува при малко по-високи температури. Графиката на промяната на топлинния капацитет на течния хелий с температурни промени прилича гръцка букваламбда(l). Температурата на прехода на хелий-I към хелий-II е 2,186 K. Тази температура често се нарича l-точка.
Течният хелий-II е в състояние бързо да проникне през малки дупчици и капиляри, без да проявява вискозитет (т.нар. свръхтечност (см.СУПЕРТЕЧНОСТ)течен хелий-II). В допълнение, филмите с хелий-II се движат бързо по повърхността твърди вещества, в резултат на което течността бързо напуска съда, в който е била поставена. Това свойство на хелий-II се нарича суперпълзене. Свръхфлуидността на хелий-II е открита през 1938 г. от съветския физик П. Л. Капица (см.Капица Петър Леонидович) (Нобелова наградапо физика, 1978). Обяснение за уникалните свойства на хелий-II е дадено от друг съветски физик Л. Д. Ландау (см.ЛАНДАУ Лев Давидович)през 1941-1944 г. (Нобелова награда по физика, 1962 г.).
Хелият не образува никакви химически съединения. Вярно е, че в разредения йонизиран хелий е възможно да се открият доста стабилни двуатомни He 2 + йони.
Приложение
Хелият се използва за създаване на инертна и защитна атмосфера при заваряване, рязане и топене на метали, при изпомпване на ракетно гориво, за пълнене на дирижабли и балони, като компонент на средата на хелиевите лазери. Течният хелий, най-студената течност на Земята, е уникален охладител в експерименталната физика, позволяващ използването на ултраниски температури в научни изследвания (например при изследване на електрическата свръхпроводимост (см.Свръхпроводимост)). Поради факта, че хелият е много слабо разтворим в кръвта, той се използва като компонентизкуствен въздух, подаван на водолазите за дишане. Замяната на азот с хелий предотвратява декомпресионна болест (см.КЕЗОНОВА БОЛЕСТ)(когато вдишвате обикновен въздух, азотът се разтваря под високо налягане в кръвта и след това се освобождава от нея под формата на мехурчета, които запушват малките съдове).
енциклопедичен речник. 2009 .
Синоними:Вижте какво е „хелий“ в други речници:
- (лат. Helium) He, химичен елемент от VIII група на периодичната таблица, атомен номер 2, атомна маса 4.002602, принадлежи към благородните газове; без цвят и мирис, плътност 0,178 g/l. Втечнява се по-трудно от всички известни газове (при 268,93 °C);... ... Голям енциклопедичен речник
- (гръцки, от helyos слънце). Елементарно тяло, открито в слънчевия спектър и присъстващо на земята в някои редки минерали; се съдържа във въздуха в незначителни количества. Речник на чуждите думи, включени в руския език. Чудинов A.N ... Речник на чуждите думи на руския език
- (символ He), газообразен неметален елемент, БЛАГОРЕН ГАЗ, открит през 1868 г. За първи път получен от минерала клевита (вид уранит) през 1895 г. В момента основният му източник е природният газ. Също така се съдържа в...... Научно-технически енциклопедичен речник
Аз съпруг. , стар Елий, И. Доклад: Гелиевич, Гелиевна Производни: Геля (Гела); Еля.Произход: (От гръцки hēlios слънце.)Имен ден: 27 юли Речник на личните имена. Хелий Вижте Елиум. Ден Ангел. справка... Речник на личните имена
ХЕЛИЙ- хим. елемент, символ Той (лат. Хелий), ат. н. 2, при. м. 4.002, отнася се за инертни (благородни) газове; без цвят и мирис, плътност 0,178 kg/m3. При обикновени условия газът е моноатомен газ, чийто атом се състои от ядро и два електрона; е формиран... Голяма политехническа енциклопедия
- (Хелий), He, химичен елемент от VIII група на периодичната таблица, атомен номер 2, атомна маса 4.002602; принадлежи към благородните газове; най-ниско кипящото вещество (т.к. 268,93°C), единственото, което не се втвърдява при нормално налягане;... ... Съвременна енциклопедия
Chem. елемент осми гр. периодична таблица, пореден номер 2; инертен газ с при. V. 4,003. Състои се от два стабилни изотопа He4 и He3. Содер. Те не са постоянни и зависят от източника на образуване, но тежкият изотоп винаги преобладава. В…… Геологическа енциклопедия
Хелий- (Хелий), He, химичен елемент от VIII група на периодичната таблица, атомен номер 2, атомна маса 4.002602; принадлежи към благородните газове; най-ниско кипящото вещество (точка на кипене 268,93°C), единственото, което не се втвърдява при нормално налягане;... ... Илюстрован енциклопедичен речник
Хелий(He) е инертен газ, който е вторият елемент от периодичната таблица на елементите, както и вторият елемент по лекота и изобилие във Вселената. Принадлежи към простите вещества и при стандартни условия (стандартна температура и налягане) е едноатомен газ.
ХелийТой е без вкус, цвят, мирис и не съдържа токсини.
Сред всички прости вещества, хелият има най-ниската точка на кипене (T = 4,216 K). При атмосферно налягане е невъзможно да се получи твърд хелий, дори при температури близки до абсолютната нула - за да се превърне в твърда форма, хелият изисква налягане над 25 атмосфери. Химични съединенияИма малко хелий и всички те са нестабилни при стандартни условия.
Естествено срещащият се хелий се състои от два стабилни изотопа He и 4He. Изотопът „He“ е много рядък (изотопно изобилие 0,00014%) с 99,99986% за изотопа 4He. Освен естествените са известни и 6 изкуствени радиоактивни изотопа на хелия.
Появата на почти всичко във Вселената, хелий, беше първичната нуклеосинтеза, която се случи в първите минути след Големия взрив.
В момента почти всички хелийсе образува от водород в резултат на термоядрен синтез, протичащ във вътрешността на звездите. На нашата планета хелият се образува по време на алфа разпада на тежки елементи. Тази част от хелия, която успява да изтече през земната кора, излиза като част от природния газ и може да представлява до 7% от състава му. Да подчертая хелийот природен газ се използва фракционна дестилация - процес на нискотемпературно разделяне на елементите.
История на откриването на хелия
На 18 август 1868 г. се очаква пълно слънчево затъмнение. Астрономите по целия свят се подготвяха активно за този ден. Те се надяваха да разрешат мистерията на протуберанциите - светещи издатини, видими в момента на пълно слънчево затъмнение по краищата на слънчевия диск. Някои астрономи смятаха, че изпъкналостите са високи лунни планини, които в момента на пълно слънчево затъмнение са осветени от слънчевите лъчи; други смятаха, че издатините са планини на самото Слънце; други пък виждаха огнени облаци от слънчевата атмосфера в слънчевите издатини. Мнозинството вярваха, че изпъкналостите не са нищо повече от оптична илюзия.
През 1851 г., по време на слънчево затъмнение, наблюдавано в Европа, немският астроном Шмид не само видя слънчеви издатини, но също така успя да види, че техните очертания се променят с времето. Въз основа на своите наблюдения Шмид заключава, че изпъкналостите са облаци горещ газ, изхвърлени в слънчевата атмосфера от гигантски изригвания. Въпреки това, дори след наблюденията на Шмид, много астрономи все още смятаха огнените проекции за оптична илюзия.
Едва след пълното затъмнение на 18 юли 1860 г., наблюдавано в Испания, когато много астрономи видяха слънчевите издатини със собствените си очи, а италианецът Секи и французинът Делар успяха не само да ги скицират, но и да ги снимат, никой имаше някакви съмнения относно съществуването на изпъкналости.
До 1860 г. вече е изобретен спектроскоп - устройство, което позволява чрез наблюдение на видимата част от оптичния спектър да се определи качественият състав на тялото, от което се получава наблюдаваният спектър. В деня на слънчевото затъмнение обаче никой от астрономите не е използвал спектроскоп, за да изследва спектъра на протуберанциите. Спомниха си за спектроскопа, когато затъмнението вече свърши.
Ето защо, подготвяйки се за слънчевото затъмнение от 1868 г., всеки астроном включва спектроскоп в списъка на инструментите за наблюдение. Жул Янсен, известен френски учен, не забрави това устройство, когато отиде в Индия, за да наблюдава изпъкналости, където според изчисленията на астрономите условията за наблюдение на слънчево затъмнение са най-добри.
В момента, когато искрящият диск на Слънцето беше напълно покрит от Луната, Жул Янсен, използвайки спектроскоп, изследвайки оранжево-червените пламъци, излизащи от повърхността на Слънцето, видя в спектъра, в допълнение към трите познати линии на водорода: червен, зелено-син и син, нов, непознат – ярко жълт. Нито едно от веществата, известни на химиците от онова време, нямаше такава линия в частта от спектъра, където го откри Жул Янсен. Същото откритие, но у дома в Англия, е направено от астронома Норман Локиър.
На 25 октомври 1868 г. Парижката академия на науките получава две писма. Едната, написана в деня след слънчевото затъмнение, идва от Гунтур, малък град на източното крайбрежие на Индия, от Жул Янсен; друго писмо от 20 октомври 1868 г. е от Англия от Норман Локиър.
Получените писма бяха прочетени на среща на професори от Парижката академия на науките. В тях Жул Янсен и Норман Локиър независимо един от друг съобщават за откриването на едно и също „слънчево вещество“. Това ново вещество, открито на повърхността на Слънцето с помощта на спектроскоп, Локиър предложи да нарече хелий от гръцката дума за "слънце" - "helios".
Подобно съвпадение изненада научната среща на преподавателите от академиите и в същото време свидетелства за обективния характер на откриването на нов химическо вещество. В чест на откриването на веществото на слънчевите факли (протуберанци) е изсечен медал. От едната страна на този медал има портрети на Янсен и Локиър, а от другата има изображение на древногръцкия бог на слънцето Аполон в колесница, теглена от четири коня. Под колесницата имаше надпис на Френски: "Анализ на слънчевите издатини на 18 август 1868 г."
През 1895 г. лондонският химик Хенри Майерс привлича вниманието на Уилям Рамзи, известен английски физикохимик, към забравената тогава статия на геолога Хилдебранд. В тази статия Хилдебранд твърди, че някои редки минерали, когато се нагряват в сярна киселина, отделят газ, който не гори и не поддържа горене. Сред тези редки минерали беше клевеитът, открит в Норвегия от Норденскиолд, известният шведски изследовател на полярните региони.
Рамзи решава да проучи естеството на газа, съдържащ се в клевейта. Във всички химически магазини в Лондон асистентите на Рамзи успяват да купят само... един грам клевеит, като плащат за него само 3,5 шилинга. След като изолира няколко кубични сантиметра газ от полученото количество клевеит и го пречиства от примеси, Рамзи го изследва с помощта на спектроскоп. Резултатът бил неочакван: отделеният от клевеит газ се оказал... хелий!
Без да се доверява на откритието си, Рамзи се обръща към Уилям Крукс, най-големият специалист по спектрален анализ в Лондон по това време, с молба да изследва газа, изолиран от клевеит.
Крукс прегледа газа. Резултатът от изследването потвърдил откритието на Рамзи. Така на 23 март 1895 г. на Земята е открито вещество, което е било открито на Слънцето преди 27 години. В същия ден Рамзи публикува откритието си, изпращайки едно съобщение до Кралското общество в Лондон и друго до известния френски химик академик Бертло. В писмо до Бертло Рамзи моли да докладва откритието си на научна среща на професори в Парижката академия.
15 дни след Рамзи, независимо от него, шведският химик Langlais изолира хелий от клевеит и, подобно на Рамзи, докладва за откритието си на хелий на химика Berthelot.
За трети път хелият е открит във въздуха, където според Рамзи би трябвало да идва от редки минерали (клевеит и др.) по време на разрушаването и химическите трансформации на Земята.
Във водата на някои минерални извори също е открит хелий в малки количества. Например, той е открит от Рамзи в лечебния извор на Котерет в планините Пиренеи, английски физикДжон Уилям Рейли го открил във водите на извори в известния банен курорт, немският физик Кайзер открил хелий в изворите, бликащи в планините Шварцвалд. Въпреки това хелият се намира най-изобилно в някои минерали. Намира се в самарскит, фергусонит, колумбит, монацит и уранит. Минералът торианит от остров Цейлон съдържа особено големи количества хелий. Един килограм торианит освобождава 10 литра хелий при нагряване до червено.
Скоро беше установено, че хелият се намира само в онези минерали, които съдържат радиоактивен уран и торий. Алфа лъчите, излъчвани от някои радиоактивни елементи, не са нищо повече от ядрата на хелиевите атоми.
От историята...
Неговите необичайни свойства позволяват широкото използване на хелий за различни цели. Първият, абсолютно логичен, въз основа на неговата лекота, е използването в балони и дирижабли. Освен това, за разлика от водорода, той не е експлозивен. Това свойство на хелия е използвано от германците през Първата световна война на бойни дирижабли. Недостатъкът на използването му е, че дирижабъл, пълен с хелий, няма да лети толкова високо, колкото водороден.
Да бомбардират големи градове, главно столиците на Англия и Франция, първо германското командване световна войнаизползвани дирижабли (цепелини). За запълването им е използван водород. Следователно борбата с тях беше сравнително проста: запалителен снаряд, който удари обвивката на дирижабъла, запали водород, който моментално пламна и устройството изгоря. От 123 дирижабъла, построени в Германия по време на Първата световна война, 40 са унищожени от пожар. запалителни снаряди. Но един ден генералният щаб на британската армия беше изненадан от съобщение от особено значение. Директните удари от запалителни снаряди на германския цепелин бяха неуспешни. Дирижабълът не избухна в пламъци, но бавно изтече с някакъв неизвестен газ и отлетя обратно.
Военните експерти бяха объркани и въпреки спешното и подробно обсъждане на въпроса за незапалимостта на Цепелин от запалителни снаряди, те не можаха да намерят необходимото обяснение. Загадката е разрешена от английския химик Ричард Трелфол. В писмо до Британското адмиралтейство той пише: „... Вярвам, че германците са измислили някакъв начин за производство на хелий в големи количества и този път те напълниха корпуса на своя цепелин не с водород, както обикновено, а с хелий..."
Убедителността на аргументите на Threlfall обаче беше намалена от факта, че в Германия нямаше значителни източници на хелий. Вярно е, че хелий се съдържа във въздуха, но той не е достатъчен: един кубичен метър въздух съдържа само 5 кубически сантиметра хелий. Хладилната машина на системата Linde, превръщайки няколкостотин кубически метра въздух в течност за един час, можеше да произведе не повече от 3 литра хелий през това време.
3 литра хелий на час! А за да напълниш един цепелин са нужни 5-6 хиляди кубика. м. За да се получи такова количество хелий, една машина на Linde трябваше да работи без спиране около двеста години, двеста такива машини биха дали необходимото количество хелий за една година. Изграждането на 200 инсталации за превръщане на въздуха в течност за производство на хелий е икономически много неизгодно и практически безсмислено.
Откъде германските химици са получили хелий?
Този проблем, както се оказа по-късно, беше решен сравнително просто. Дълго преди войната германските корабни компании, превозващи стоки до Индия и Бразилия, бяха инструктирани да товарят връщащите се кораби не с обикновен баласт, а с монацитов пясък, който съдържа хелий. Така се създава резерв от „хелиеви суровини“ - около 5 хиляди тона монацитов пясък, от който се получава хелий за цепелините. Освен това хелий е извлечен от водата на минералния извор Наухайм, който дава до 70 куб.м. m хелий дневно.
Инцидентът с огнеупорния цепелин беше тласък за нови търсения на хелий. Химици, физици и геолози започнаха интензивно да търсят хелий. Изведнъж придоби огромна стойност. През 1916 г. 1 кубичен метър хелий е струвал 200 000 рубли в злато, т.е. 200 рубли на литър. Ако приемем, че един литър хелий тежи 0,18 g, тогава 1 g от него струва над 1000 рубли.
Хелият стана обект на лов от търговци, спекуланти и борсови брокери. Хелият е открит в значителни количества в природните газове, излизащи от земните недра в Америка, в щата Канзас, където след влизането на Америка във войната близо до град Форт Уърт е построен завод за хелий. Но войната приключи, запасите от хелий останаха неизползвани, цената на хелия рязко падна и в края на 1918 г. възлиза на около четири рубли за кубичен метър.
Добитият с такава трудност хелий бил използван от американците едва през 1923 г., за да напълни вече мирния дирижабъл Шенандоа. Това беше първият и единствен в света пълен с хелий въздушен товаро-пътнически кораб. Неговият „живот“ обаче се оказа краткотраен. Две години след раждането си Шенандоа е унищожен от буря. 55 хиляди кубически метра m, почти целият световен запас от хелий, събран в продължение на шест години, се разпръсна без следа в атмосферата по време на буря, продължила само 30 минути.
Приложение на хелий
Хелий в природата
Предимно земни хелийсе образува при радиоактивното разпадане на уран-238, уран-235, торий и нестабилни продукти от тяхното разпадане. Несравнимо по-малки количества хелий се получават при бавното разпадане на самарий-147 и бисмут. Всички тези елементи генерират само тежкия изотоп на хелия - He 4, чиито атоми могат да се разглеждат като останки от алфа частици, заровени в обвивка от два сдвоени електрона - в електронен дублет. В ранните геоложки периоди вероятно е имало други естествено радиоактивни серии от елементи, които вече са изчезнали от лицето на Земята, насищайки планетата с хелий. Една от тях беше вече изкуствено пресъздадената нептуниева серия.
По количеството хелий, заключено в скала или минерал, може да се съди за абсолютната му възраст. Тези измервания се основават на законите на радиоактивния разпад: например половината от уран-238 за 4,52 милиарда години се превръща в хелийи олово.
Хелийсе натрупва бавно в земната кора. Един тон гранит, съдържащ 2 g уран и 10 g торий, произвежда само 0,09 mg хелий за милион години - половин кубичен сантиметър. Много малкото минерали, богати на уран и торий, съдържат доста голямо количество хелий - няколко кубически сантиметра хелий на грам. Делът на тези минерали в естественото производство на хелий обаче е близо до нула, тъй като те са много редки.
На Земята има малко хелий: 1 m 3 въздух съдържа само 5,24 cm 3 хелий, а всеки килограм земен материал съдържа 0,003 mg хелий. Но по отношение на разпространението във Вселената хелият се нарежда на второ място след водорода: хелият представлява около 23% от космическата маса. Приблизително половината от целия хелий е концентриран в земната кора, главно в нейната гранитна обвивка, която е натрупала основните запаси от радиоактивни елементи. Съдържанието на хелий в земната кора е ниско - 3 х 10 -7% от масата. Хелият се натрупва в свободни газови натрупвания в подпочвения слой и в нефт; Такива находища достигат индустриални мащаби. Максимални концентрации на хелий (10-13%) са открити в натрупвания на свободен газ и газове от уранови мини и (20-25%) в газове, спонтанно отделени от подпочвените води. Колкото по-голяма е възрастта на газосъдържащите седиментни скали и колкото по-високо е съдържанието на радиоактивни елементи в тях, толкова повече хелий е в състава на природните газове.
Извличане на хелий
Хелият се произвежда в промишлен мащаб от природни и петролни газове с въглеводороден и азотен състав. Въз основа на качеството на суровините хелиевите находища се разделят на: богати (съдържание на He > 0,5% обемни); обикновени (0,10-0,50) и бедни< 0,10). Значительные его концентрации известны в некоторых месторождениях природного газа Канады, США (шт. Канзас, Техас, Нью-Мексико, Юта).
Световните запаси от хелий възлизат на 45,6 милиарда кубически метра. Големи депозитисе намират в САЩ (45% от световните ресурси), следвани от Русия (32%), Алжир (7%), Канада (7%) и Китай (4%).
САЩ също водят в производството на хелий (140 милиона кубични метра годишно), следвани от Алжир (16 милиона).
Русия е на трето място в света - 6 милиона кубически метра годишно. Заводът за хелий в Оренбург в момента е единственият местен източник за производство на хелий, а производството на газ намалява. В тази връзка газовите находища на Източен Сибир и Далеч на изтокс високи концентрации на хелий (до 0,6%) придобиват особено значение. Един от най-обещаващите е Kovykta ha е кондензно поле, разположено в северната част на Иркутска област. Според експертите той съдържа около 25% от световните x запаси от хелий.
|
Име на индикатора |
Хелий (клас А) (съгласно TU 51-940-80) |
Хелий (клас B) (съгласно TU 51-940-80) |
Хелий с висока чистота, клас 5.5 (съгласно TU 0271-001-45905715-02) |
Хелий с висока чистота, клас 6.0 (съгласно TU 0271-001-45905715-02) |
|
Хелий, не по-малко |
||||
|
Азот, не повече |
||||
|
Кислород + аргон |
||||
|
Неон, нищо повече |
||||
|
Водна пара, не повече |
||||
|
Въглеводороди, не повече |
||||
|
CO2 + CO, не повече |
||||
|
Водород, не повече |
Безопасност
– Хелият не е токсичен, не е запалим, не е експлозивен
- Хелият е разрешен за използване на всякакви многолюдни места: на концерти, промоции, стадиони, магазини.
– Газообразният хелий е физиологично инертен и не представлява опасност за хората.
– Хелият също не е опасен за околната среда, поради което не се налага неутрализация, оползотворяване и елиминиране на остатъците от него в бутилките.
– Хелият е много по-лек от въздуха и се разсейва в горните слоеве на земната атмосфера.
|
Хелий (степени А и Б по TU 51-940-80) |
|
|
Техническо наименование |
Хелиев газ |
|
OON номер |
|
|
Клас на опасност при транспортиране |
|
|
Физични свойства |
|
|
Физическо състояние |
При нормални условия - газ |
|
Плътност, kg/m³ |
При нормални условия (101,3 kPa, 20 C), 1627 |
|
Точка на кипене, С при 101,3 kPa |
|
|
Температура на 3-та точка и нейното равновесно налягане C, (mPa) |
|
|
Разтворимост във вода |
незначителен |
|
Опасност от пожар и експлозия |
пожаро- и взривозащитен |
|
Стабилност и реактивност |
|
|
Стабилност |
Стабилен |
|
Реактивност |
Инертен газ |
|
Опасност за хората |
|
|
Токсични ефекти |
Нетоксичен |
|
Опасност за околната среда |
Няма вредно въздействие върху околната среда |
|
съоръжения |
Прилагат се всякакви средства |
Съхранение и транспортиране на хелий
Хелиевият газ може да се транспортира с всички видове транспорт в съответствие с правилата за транспортиране на стоки на конкретен вид транспорт. Транспортирането се извършва в специални кафяви стоманени бутилки и контейнери за транспортиране на хелий. Течният хелий се транспортира в транспортни съдове като STG-40, STG-10 и STG-25 с обем 40, 10 и 25 литра.
Правила за транспортиране на бутилки с технически газове
Превоз на опасни товари в Руска федерациясе регулира от следните документи:
1. „Правила за превоз на опасни товари по шосе“ (изменени със заповеди на Министерството на транспорта на Руската федерация от 11 юни 1999 г. № 37, от 14 октомври 1999 г. № 77; регистрирани в Министерството на транспорта на Руската федерация Правосъдието на Руската федерация на 18 декември 1995 г., регистрационен номер 997).
2. „Европейско споразумение за международен превоз на опасни товари по шосе“ (ADR), към което Русия официално се присъедини на 28 април 1994 г. (Постановление на правителството на РФ № 76 от 03.02.1994 г.).
3. "Правила" трафик„(Правила за движение от 2006 г.), а именно член 23.5, който постановява, че „Превозът... на опасни товари... се извършва в съответствие със специални правила.“
4. „Кодекс на Руската федерация за административните нарушения“, член 12.21, част 2 от който предвижда отговорност за нарушаване на правилата за превоз на опасни товари под формата на „административна глоба за водачи в размер от един до три пъти минимална работна заплата или лишаване от право да управлява МПС за срок от един до три месеца; за длъжностните лица, отговарящи за транспорта - от десет до двадесет пъти минималната работна заплата."
В съответствие с клауза 3, клауза 1.2, „Правилата не се прилагат за... превоз на ограничено количество опасни вещества на едно превозно средство, чийто превоз може да се счита за превоз на неопасни товари.“ В него се пояснява още, че "Ограничено количество опасни товари се определя в изискванията за безопасно транспортиране на конкретен вид опасни товари. При определянето му е възможно да се използват изискванията на Европейското споразумение за международен превоз на опасни товари (ADR).“ По този начин въпросът за максималното количество вещества, които могат да бъдат транспортирани като неопасни товари, се свежда до проучването на раздел 1.1.3 от ADR, който установява изключения от европейските правила за превоз на опасни товари, свързани с различни обстоятелства.
Така например, в съответствие с параграф 1.1.3.1 „Разпоредбите на ADR не се прилагат... за превоз на опасни товари от частни лица, когато тези стоки са опаковани за продажба на дребно и са предназначени за лична консумация, домакинство употреба, свободно време или спорт, при условие че са взети мерки за предотвратяване на изтичане на съдържанието при нормални условия на превоз."
Въпреки това, група изключения, официално признати от правилата за транспортиране на опасни товари, са изключения, свързани с количества, транспортирани в една транспортна единица (клауза 1.1.3.6).
Всички газове се класифицират във втория клас вещества според класификацията на ADR. Незапалимите, нетоксични газове (групи А - неутрални и О - окисляващи) принадлежат към трета транспортна категория, като максималното количество е ограничено до 1000 единици. Силно запалими (група F) - към втората, като максималното количество е ограничено до 333 единици. Под „единица“ тук имаме предвид 1 литър от вместимостта на съда, съдържащ сгъстения газ, или 1 kg втечнен или разтворен газ. Следователно максималното количество газове, което може да се превозва в една транспортна единица като неопасен товар, е както следва:
Всички познаваме хелия – много лек газ, благодарение на който Балонии дирижаблите се издигат във въздуха. Хелият има много важното предимство за безопасност, че не гори или експлодира като водорода. Този газ също е неразделна част от въздушни смеси за използване при дишане от дълбоководни водолази - за разлика от азота, той е почти неразтворим в кръвта или липидите (компоненти на мазнините) дори при условия на много високо налягане.
Хелият ви помага да се справите без азотна наркоза, при който нервната система (60% липиди) е наситена с азот, което кара водолазите да се чувстват така, сякаш са изпили едно мартини на дълбочина 30 метра. Този газ също помага да се избегне появата на декомпресионна болест или както още я наричат декомпресионна болест. Това е болезнено и опасно състояние, при което в кръвта, нервна система, ставите и под кожата на водолаза се образуват азотни мехурчета, когато налягането спадне твърде бързо, докато водолазът се издига на повърхността. Смес от хелий и кислород (наречен хелиокс) прави гласа много писклив - това се дължи на факта, че звукът се разпространява много по-бързо през хелия, отколкото през въздуха, и именно благодарение на това свойство на хелия това забавление е любима шега по време празниците, когато балоните се надуват с хелий.
Хелият е вторият най-лек химичен елемент и има много невероятни свойства . Този газ получи името си поради факта, че за първи път е открит в светлинно изображение на слънце (на Гръцкихелиос), преди да бъде открит на Земята. Всички газове, когато са достатъчно охладени, кондензират в течно състояние, а хелият има най-ниската температура на кондензация от всички известни вещества (–269°C или –452°F). За разлика от други химически елементи, хелият никога не замръзва, независимо колко студен е, освен при условия на много високо налягане. Освен това, течната форма на хелий, когато се охлади до температури под –271°C (–456°F) образува уникална фаза, наречена суперфлуид – това свръхфлуиденТече идеално, без никакво съпротивление (вискозитет).
Смята се, че хелият в слънцето е образуван от ядрен синтез . Това е процес, при който самите водородни ядра лек елемент, се комбинират, за да образуват хелий, освобождавайки огромни количества енергия.
На Земята този газ се образува главно в резултат на радиоактивно алфа(а)-разпад. Известният новозеландски физик Ърнест Ръдърфорд (1871–1937) пръв открива, че алфа частиците всъщност са ядрата на хелиевите атоми. Ето как хелият се образува от радиоактивни елементи, съдържащи се в скалата, като уран или торий, и от тях той навлиза във въздуха.
Учените могат да определят колко бързо се образува хелият, колко бързо напуска скалата и колко от него навлиза във въздуха и колко хелий може да бъде изгубен от въздуха в космоса. Те могат също да измерват количеството хелий в скала и въздух. Въз основа на това учените могат да изчислят максималната възраст на скалите и въздуха.Резултатите са озадачаващи за онези, които вярват в милиарди години. Разбира се, всички подобни изчисления се основават на предположения за миналото, като предположения за началните условия и постоянни коефициенти на различни процеси. Те никога няма да могат докаживъзрастта на нещо. За това ви трябва очевидец, който е видял всичко със собствените си очи ( виж Йов 38:4 ).
Хелий в атмосферата
Въздухът се състои главно от азот (78,1%) и кислород (20,1%). Количеството хелий в него е много малко (0,0005%). Но това все още е много хелий, а именно 3,71 милиарда тона. Въпреки това, тъй като всяка секунда 67 грама хелий влиза в атмосферата от земната кора, това би отнело около два милиона години , дори ако в самото начало изобщо го нямаше.
Еволюционистите вярват, че нашата земя е 2500 пъти по-стара, т.е 4,5 милиарда години. Разбира се, земята може да е била създадена с по-голямата част от наблюдавания хелий, така че са два милиона години максимална възраст . (Тази възраст може да бъде много по-малка, например 6000 години.)
Освен това трябва да се отбележи, че в миналото образуването на хелий би се случило по-бързо, отколкото в настоящето, тъй като радиоактивните източници се разпадаха. Това допълнително ще намали възрастовия диапазон на Земята.
Единственият начин да се отстрани този проблем е да се предположи, че хелият просто изтича в космоса. Но за да се случи това, атомите на хелия трябва да се движат достатъчно бързо, за да избягат от гравитацията на Земята (т.е. със скорост, по-висока от евакуационна скорост). Сблъсъците между атомите забавят движението им, но над критична височина ( екзобаза), приблизително на 500 километра над земята, сблъсъци се случват много рядко. Атомите, които пресичат тази височина, имат шанс да избягат, ако пътуват достатъчно бързо - поне 10,75 километра в секунда. Имайте предвид, че въпреки че хелият в балона ще плава, когато е отворен, той просто ще се смеси равномерно с всички останали газове, както е в случая с всички нормални газове.
Средната скорост на атомите може да се изчисли, ако температурата е известна, тъй като тя е пряко свързана със средната енергия на атомите или молекулите. Известен физик (и креационист) Джеймс Клерк Максуел изчислява колко газови атоми (или молекули) биха имали дадена скорост при всяка температура и маса. По този начин можем да изчислим колко атома ще прекосят екзобазата доста бързо, за да избягат в космоса.
Екзобазата е много гореща. Но дори и да приемем температура от 1500 K (1227°C или 2241°F), която е по-висока от средната температура, най-често срещаната скорост на хелиевите атоми е само 2,5 километра в секунда (5625 m/h) или по-малко от една четвърт от дебита. Малко атоми се движат по-бързо от средната скорост, но въпреки това количеството хелий, което изтича в космоса, е приблизително 1/40 от количеството хелийкойто влиза в атмосферата. Други механизми за бягство също не успяват да отчетат малкото количество хелий във въздуха, което е около 1/2000 от количеството, което ще присъства във въздуха след очаквани милиарди години.
Това е нерешен проблем за атмосферния физик, който вярва в дългите епохи от земната история, К.Г. Уокър, който каза следното: „...по отношение на нивото на хелий в атмосферата, тук сме изправени пред проблем“. Друг специалист, D.W. Чембърлейн също каза, че този проблем е свързан с натрупването на хелий „... няма да изчезне от само себе си и ще остане нерешено“.
Еволюционната общност отчаяно се опитва да намери други обяснения за тази липса на хелий, но нито едно от тях не е подходящо. Може да се намери просто решение на проблема, ако приемем, че земята изобщо не е толкова стара, колкото смятат еволюционистите! Креационист, учен Лари Вардиман, който изучаваше атмосферата, проучи този въпрос по-задълбочено и написа по-подробно изследване на този въпрос.
Хелий в скалите
Както вече казахме, по-голямата част от хелия на земята се образува в резултат на радиоактивен разпад в скалите. Малки атоми хелиев газ текат свободно от скалите в атмосферата.
По-горе казахме също, че е установена скоростта, с която хелият навлиза в атмосферата. Но можем също да измерим скоростта, с която хелият изтича от скалите. Този процес се случва по-бързо в по-горещите скали и колкото по-дълбоко навлизате в земята, толкова по-горещи стават скалите.
Физикът по сътворението Робърт Джентри проучва дълбоко разположен гранит като възможен начин за безопасно съхраняване на опасни радиоактивни отпадъци от атомни електроцентрали. Безопасното съхранение изисква елементите да не преминават през скалата твърде бързо.
Гранитът съдържа минерални кристали т.нар цирконии(циркониев силикат, ZrSiO 4), които често съдържат радиоактивни елементи. Това означава, че те трябва да образуват хелий, който трябва да потече в атмосферата.
Но Джентри установи, че дори дълбоко разположените циркони (197°C или 387°F) съдържат твърде много хелий- тоест, ако имаха милиарди години, за да изтекат.
Но ако в действителност са минали само няколко хиляди години, през които този хелий е навлязъл в атмосферата, тогава не е изненадващо, че там е останал толкова много хелий.
[Октомври 2002 Новини: Вижте данните за ускорен ядрен разпад в статията Ядрен разпад: Доказателство за младостта на света , написана от ядрен физик креационист Д-р Ръсел Хъмфрис .]
Заключение
Количеството хелий във въздуха и в скалите е напълно несъвместимо с идеята, че нашата земя е на милиарди години, както твърдят еволюционистите и прогресивните креационисти. Това количество хелий е по-скоро научно доказателство за малка възраст, както ясно и ясно е посочено в книгата Битие.
Хелият е наистина благороден газ. Все още не е възможно да го принудите към някаква реакция. Молекулата на хелия е едноатомна. По отношение на лекотата този газ е на второ място след водорода, въздухът е 7,25 пъти по-тежък от хелия. Хелият е почти неразтворим във вода и други течности. И по същия начин нито едно вещество не се разтваря забележимо в течен хелий.
Твърдият хелий не може да се получи при никаква температура, освен ако налягането не се увеличи.
В историята на откриването, изследването и приложението на този елемент могат да бъдат намерени имената на много видни физици и химици. различни страни. Следните хора се интересуваха от хелий и работеха с хелий: Янсен (Франция), Локиър, Рамзи, Крукс, Ръдърфорд (Англия), Палмиери (Италия), Кейсъм, Камерлинг-Онес (Холандия), Фейнман, Онсагер (САЩ), Капица , Кикоин, Ландау ( съветски съюз) и много други видни учени.
Уникалният вид на хелиевия атом се определя от съчетанието на две удивителни природни структури - абсолютни шампиони по компактност и здравина. В ядрото на хелия, хелий-4, са наситени и двете вътрешноядрени обвивки - както протонната, така и неутронната. Електронният дублет, оформящ това ядро, също е наситен. Тези проекти съдържат ключа към разбирането на свойствата на хелия. Това е източникът на неговата феноменална химическа инертност и рекордно малкия размер на неговия атом.
Ролята на ядрото на атома на хелия - алфа-частицата - е огромна в историята на формирането и развитието на ядрената физика. Ако си спомняте, изследването на разсейването на алфа частици доведе Ръдърфорд до откритието атомно ядро. Чрез бомбардиране на азот с алфа частици, взаимното преобразуване на елементите е постигнато за първи път - нещо, за което много поколения алхимици са мечтали от векове. Вярно, че при тази реакция не живакът се превърна в злато, а азотът в кислород, но това е почти толкова трудно да се направи. Същите алфа частици участват в откриването на неутрона и производството на първия изкуствен изотоп. По-късно курий, беркелий, калифорний и менделевий са синтезирани с помощта на алфа частици.
Изброихме тези факти само с една цел - да покажем, че елемент №2 е много необичаен елемент.
Земният хелий
Хелият е необичаен елемент и неговата история е необичайна. Открит е в слънчевата атмосфера 13 години по-рано, отколкото на Земята. По-точно, в спектъра на слънчевата корона беше открита яркожълта линия D, а какво се крие зад нея, стана надеждно известно едва след като хелий беше извлечен от земни минерали, съдържащи радиоактивни елементи.
В земната кора има 29 изотопа, при чийто радиоактивен разпад се получават алфа частици – високоактивни, високоенергийни ядра на хелиеви атоми.
По принцип земният хелий се образува по време на радиоактивния разпад на уран-238, уран-235, торий и нестабилни продукти от техния разпад. Несравнимо по-малки количества хелий се получават при бавното разпадане на самарий-147 и бисмут. Всички тези елементи произвеждат само тежкия изотоп на хелия - 4 He, чиито атоми могат да се разглеждат като остатъци от алфа частици, заровени в обвивка от два сдвоени електрона - в електронен дублет. В ранните геоложки периоди вероятно е имало други естествено радиоактивни серии от елементи, които вече са изчезнали от лицето на Земята, насищайки планетата с хелий. Една от тях беше вече изкуствено пресъздадената нептуниева серия.
По количеството хелий, заключено в скала или минерал, може да се прецени тяхната абсолютна възраст. Тези измервания се основават на законите на радиоактивния разпад: например половината от уран-238 се превръща в хелийи олово.
Хелият се натрупва бавно в земната кора. Един тон гранит, съдържащ 2 g уран и 10 g торий, произвежда само 0,09 mg хелий - половин кубичен сантиметър - за един милион години. Малкото минерали, богати на уран и торий, имат доста високо съдържание на хелий - няколко кубически сантиметра хелий на грам. Делът на тези минерали в естественото производство на хелий обаче е близо до нула, тъй като те са много редки.
Хелий pi Слънцето е открито от французина Й. Янсен, който извършва наблюденията си в Индия на 10 август 1868 г., и англичанина Дж. Локиър на 20 октомври същата година. Писмата и на двамата учени пристигат в Париж в един и същи ден и са прочетени на заседание на Парижката академия на науките на 26 октомври с интервал от няколко минути. Академиците, изумени от такова странно съвпадение, решиха да извадят златен медал в чест на това събитие.
Природните съединения, които съдържат алфа-активни изотопи, са само първичен източник, но не и суровина за промишленото производство на хелий. Вярно е, че някои минерали с плътна структура - самородни метали, магнетит, гранат, апатит, циркон и други - здраво задържат съдържащия се в тях хелий. С течение на времето обаче повечето минерали претърпяват процеси на изветряне, рекристализация и т.н. и хелият ги напуска.
Мехурчетата хелий, освободени от кристални структури, тръгват на пътешествие през земната кора. Много малка част от тях се разтварят в подземните води. За да образувате повече или по-малко концентрирани разтвори на хелий, трябва специални условия, особено при високо налягане. Друга част от блуждаещия хелий излиза в атмосферата през порите и пукнатините на минералите. Останалите газови молекули попадат в подземни капани, където се натрупват в продължение на десетки или стотици милиони години. Капаните са слоеве от рохкави скали, чиито кухини са пълни с газ. Основата за такива газови резервоари обикновено е вода и нефт, а отгоре са покрити от газонепропускливи слоеве от плътни скали.
Тъй като други газове (основно метан, азот, въглероден диоксид) също се движат в земната кора и то в много по-големи количества, чисти натрупвания на хелий не съществуват. Хелият присъства в природните газове като незначителен примес. Съдържанието му не надвишава хилядни, стотни, рядко десети от процента. Голямото (1,5-10%) съдържание на хелий в метано-азотните отлагания е изключително рядко явление.
Природните газове се оказаха практически единственият източник на суровини за промишленото производство на хелий. За отделянето му от другите газове се използва изключителната летливост на хелия, свързана с ниската му температура на втечняване. След като всички други компоненти на природния газ се кондензират по време на дълбоко охлаждане, хелиевият газ се изпомпва. След това се почиства от примеси. Чистотата на фабричния хелий достига 99,995%.
Запасите от хелий на Земята се оценяват на 54 014 m3; съдейки по изчисленията, десетки пъти повече от него се е образувало в земната кора за 2 милиарда години. Това разминаване между теория и практика е съвсем разбираемо. Хелият е лек газ и подобно на водорода (макар и по-бавно) се изпарява от атмосферата в открития космос. Вероятно по време на съществуването на Земята хелият на нашата планета е бил многократно обновяван - старият се е изпарил в космоса и вместо него в атмосферата е навлязъл свеж хелий - „издишан“ от Земята.
В литосферата има поне 200 хиляди пъти повече хелий, отколкото в атмосферата; Още повече потенциален хелий се съхранява в "утробата" на Земята - в алфа-активни елементи. Но общото съдържание на този елемент в Земята и атмосферата е малко. Хелият е рядък и дифузен газ. На 1 kg земен материал има само 0,003 mg хелий, а съдържанието му във въздуха е 0,00052 обемни процента. Такава ниска концентрация все още не позволява икономично извличане на хелий от въздуха.
Инертен, но много необходим хелий
В края на миналия век английското списание Punch публикува карикатура, в която хелият е изобразен като лукаво намигащо човече - жител на Слънцето. Текстът под снимката гласеше: „Най-накрая ме хванаха на Земята! Това продължи достатъчно дълго! Чудя се колко време ще отнеме, докато разберат какво да правят с мен?
Наистина, изминаха 34 години от откриването на земния хелий (първият доклад за това беше публикуван през 1881 г.), преди той да открие практическа употреба. Определена роля тук изиграха оригинални физически и технически, електрически и в по-малка степен Химични свойствахелий, което изисква продължително изследване. Основните пречки бяха разсейването и високата цена на елемент № 2. Ето защо хелият не беше достъпен на практика.
Германците са първите, които използват хелий. През 1915 г. те започват да пълнят своите дирижабли, които бомбардират Лондон с него. Скоро лекият, но незапалим хелий се превърна в незаменим пълнител за авиационни превозни средства. Спадът в строителството на дирижабли, който започна в средата на 30-те години, доведе до известен спад в производството на хелий, но само за кратко време. Този газ все повече привлича вниманието на химици, металурзи и машинни инженери.
Много технологични процеси и операции не могат да се извършват на въздух. За да се избегне взаимодействието на полученото вещество (или суровина) с въздушни газове, се създават специални защитни среди; и няма по-подходящ газ за тези цели от хелия.
Инертен, лек, подвижен и добър проводник на топлина, хелият е идеално средство за пресоване на запалими течности и прахове от един контейнер в друг; Именно тези функции той изпълнява в ракетите и управляемите ракети. Отделните етапи на производство на ядрено гориво протичат в хелиева защитна среда. Горивните елементи на ядрените реактори се съхраняват и транспортират в контейнери, пълни с хелий. С помощта на специални детектори за течове, чието действие се основава на изключителната дифузионна способност на хелия, те идентифицират и най-малката възможност за теч в ядрени реактори или други системи под налягане или вакуум.
Последните години бяха белязани от подновяване на строителството на дирижабли, вече на по-висока научна и техническа основа. В редица страни са построени и се строят дирижабли с хелиев пълнеж с товароподемност от 100 до 3000 т. Те са икономични, надеждни и удобни за транспортиране на едрогабаритни товари, като струни от газопроводи, петролни рафинерии. , опори за електропроводи и т.н. Пълненето с 85% хелий и 15% водород е огнеупорно и намалява повдигането само със 7% в сравнение с пълненето с водород.
Започнаха да работят високотемпературни ядрени реактори от нов тип, в които хелият служи като охладител.
Течният хелий се използва широко в научните изследвания и технологиите. Свръхниските температури благоприятстват задълбоченото познаване на материята и нейната структура - при по-високи температури фините детайли на енергийните спектри се маскират от топлинното движение на атомите.
Вече съществуват свръхпроводящи соленоиди, направени от специални сплави, които създават здравина магнитни полета(до 300 хиляди ерстеда) с незначителен разход на енергия.
При температурата на течния хелий много метали и сплави стават свръхпроводници. Свръхпроводящите релета - криотрони - намират все по-широко приложение в конструкциите на електронни компютри. Те са прости, надеждни и много компактни. Свръхпроводниците, а с тях и течният хелий, стават необходими за електрониката. Те са включени в конструкциите на детектори за инфрачервено лъчение, молекулярни усилватели (мазери), оптични квантови генератори (лазери) и инструменти за измерване на свръхвисоки честоти.
Разбира се, тези примери не изчерпват ролята на хелия в съвременните технологии. Но ако не за ограниченията природни ресурси, без екстремното разсейване на хелия, той би имал много повече приложения. Известно е например, че при консервиране в хелий хранителните продукти запазват първоначалния си вкус и аромат. Но "хелиевите" консерви все още си остават "нещо само по себе си", защото няма достатъчно хелий и се използва само в най-важните отрасли и там, където не може без него. Ето защо е особено обидно да се разбере, че със запалимия природен газ много по-големи количества хелий преминават през апарати за химически синтез, пещи и пещи и излизат в атмосферата, отколкото тези, извлечени от източници, съдържащи хелий.
Сега се счита за изгодно освобождаването на хелий само в случаите, когато съдържанието му в природния газ е не по-малко от 0,05%. Запасите от такъв газ постоянно намаляват и е възможно те да бъдат изчерпани преди края на този век. Проблемът с „дефицита на хелий“ обаче вероятно ще бъде решен до този момент - отчасти чрез създаването на нови, по-модерни методи за разделяне на газове, извличане от тях на най-ценните, макар и незначителни по обем фракции, и отчасти благодарение на контролирани термоядрен синтез. Хелият ще стане важен, макар и страничен продукт от дейността на „изкуствените слънца“.
ИЗОТОПИ НА ХЕЛИЯ В природата има два стабилни изотопа на хелия: хелий-3 и хелий-4. Лекият изотоп е разпространен на Земята милион пъти по-малко от тежкия. Това е най-редкият стабилен изотоп, съществуващ на нашата планета. По изкуствен път са получени още три изотопа на хелия. Всички те са радиоактивни. Времето на полуразпад на хелий-5 е 2,440-21 секунди, хелий-6 е 0,83 секунди, хелий-8 е 0,18 секунди. Най-тежкият изотоп, интересен, защото в ядрата му има три неутрона на протон, е получен за първи път в Дубна през 60-те години. Опитите да се получи хелий-10 досега са неуспешни.
ПОСЛЕДНИЯТ ТВЪРД ГАЗ. Хелият беше последният от всички газове, който се превърна в течно и твърдо състояние. Особените трудности при втечняването и втвърдяването на хелия се обясняват със структурата на неговия атом и някои характеристики физични свойства. По-специално, хелият, подобно на водорода, при температури над - 250°C, когато се разширява, не се охлажда, а се нагрява. От друга страна, критичната температура на хелия е изключително ниска. Ето защо течният хелий е получен за първи път едва през 1908 г., а твърдият хелий - през 1926 г.
ХЕЛИЙ ВЪЗДУХ. Въздухът, в който целият или по-голямата част от азота е заменен с хелий, днес вече не е новина. Използва се широко на суша, под земята и под вода.
Хелиевият въздух е три пъти по-лек и много по-подвижен от обикновения въздух. Той се държи по-активно в белите дробове - бързо доставя кислород и бързо евакуира въглеродния диоксид. Ето защо хелиевият въздух се дава на пациенти с дихателни нарушения и някои операции. Облекчава задушаване, лекува бронхиална астма и заболявания на ларинкса.
Дишането на хелиев въздух практически елиминира азотната емболия (кесонна болест), на която са податливи водолази и специалисти от други професии, работещи при условия на високо налягане, по време на прехода от високо налягане към нормално. Причината за това заболяване е доста значима, особено при високо кръвно налягане, разтворимостта на азота в кръвта. При понижаване на налягането той се отделя под формата на газови мехурчета, които могат да запушат кръвоносните съдове, да увредят нервните възли... За разлика от азота, хелият е практически неразтворим в телесните течности, така че не може да причини декомпресионна болест. В допълнение, хелиевият въздух елиминира появата на "азотна наркоза", която външно е подобна на алкохолна интоксикация.
Рано или късно човечеството ще трябва да се научи да живее и работи на морското дъно дълго време, за да се възползва сериозно от минералните и хранителни ресурси на шелфа. И на големи дълбочини, както показват експериментите на съветски, френски и американски изследователи, хелиевият въздух все още е незаменим. Биолозите са доказали, че продължителното дишане на хелиев въздух не предизвиква негативни промени в човешкото тяло и не застрашава промени в генетичния апарат: хелиевата атмосфера не влияе върху развитието на клетките и честотата на мутациите. Има произведения, чиито автори считат хелиевия въздух за оптималната въздушна среда за Космически кораби, извършвайки дълги полети във Вселената.
НАШИЯТ ХЕЛИЙ. През 1980 г. е наградена група учени и специалисти, ръководени от И. Л. Андреев Държавна наградаза създаване и внедряване на технология за производство на хелиеви концентрати от сравнително бедни на хелий газове. В Оренбургското газово поле беше построен завод за хелий, който стана основният ни доставчик на „слънчев газ“ за нуждите на различни индустрии.
ХЕЛИЕВ КОМПЛЕКС. През 1978 г. академик В. А. Легасов и неговите колеги, по време на разпадането на тритиеви ядра, включени в молекулата на аминокиселината на глицин, успяха да регистрират парамагнитен хелий-съдържащ комплекс, в който се наблюдава свръхфино взаимодействие на ядро на хелий-3 с несдвоен електрон . Това е най-голямото постижение в химията на хелия досега.
Хелий(лат. Helium), символ He, химичен елемент от VIII група на периодичната система, се отнася за инертни газове; сериен номер 2, атомна маса 4.0026; газ без цвят и мирис. Природният хелий се състои от 2 стабилни изотопа: 3 He и 4 He (съдържанието на 4 He рязко преобладава).
Историческа справка.За първи път хелият е открит не на Земята, където е оскъден, а в атмосферата на Слънцето. През 1868 г. французинът Дж. Янсен и англичанинът Дж. Н. Локиер изследват спектроскопичния състав на слънчевите протуберанци. Изображенията, които са получили, съдържат ярко жълта линия (така наречената линия D3), която не може да бъде приписана на нито един от елементите, известни по това време. През 1871 г. Локиър обяснява произхода му с наличието на нов елемент в Слънцето, който се нарича хелий (от гръцки helios - Слънце). На Земята хелият е изолиран за първи път през 1895 г. от англичанина У. Рамзи от радиоактивния минерал клевеит. Спектърът на газа, отделен при нагряване на клевеит, показва същата линия.
Разпространение на хелия в природата.На Земята има малко хелий: 1 m 3 въздух съдържа само 5,24 cm 3 хелий, а всеки килограм земен материал съдържа 0,003 mg хелий. По отношение на изобилието във Вселената, хелият е на второ място след водорода: хелият представлява около 23% от космическата маса.
На Земята хелият (по-точно изотопът 4 He) постоянно се образува по време на разпадането на уран, торий и други радиоактивни елементи (общо земната кора съдържа около 29 радиоактивни изотопа, които произвеждат 4 He).
Приблизително половината от целия хелий е концентриран в земната кора, главно в нейната гранитна обвивка, която е натрупала основните запаси от радиоактивни елементи. Съдържанието на хелий в земната кора е ниско - 3·10 -7% от масата. Хелият се натрупва в свободни газови натрупвания в подземния слой и в нефта; Такива находища достигат индустриален мащаб. Максимални концентрации на хелий (10-13%) са открити в натрупвания на свободен газ и газове от уранови мини и (20-25%) в газове, спонтанно отделени от подпочвените води. Колкото по-голяма е възрастта на газосъдържащите седиментни скали и колкото по-високо е съдържанието на радиоактивни елементи в тях, толкова повече хелий е в състава на природните газове. Вулканичните газове обикновено се характеризират с ниско съдържание на хелий.
Хелият се произвежда в промишлен мащаб от природни и петролни газове с въглеводороден и азотен състав. Въз основа на качеството на суровините хелиевите находища се разделят на: богати (съдържание на He > 0,5% обемни); обикновен (0,10-0,50) и лош (<0,10). В СССР природный Гелий содержится во многих нефтегазовых месторождениях. Значительные его концентрации известны в некоторых месторождениях природного газа Канады, США (штаты Канзас, Техас, Нью-Мексико, Юта).
Изотопи, атом и молекула на хелия.В естествения хелий от всякакъв произход (атмосферен, от природни газове, от радиоактивни минерали, метеоритен и др.) преобладава изотопът 4 He. Съдържанието на 3 He обикновено е ниско (в зависимост от източника на хелий варира от 1,3·10 -4 до 2·10 -8%) и само в хелий, изолиран от метеорити, достига 17-31,5%. Скоростта на образуване на 4 He по време на радиоактивен разпад е ниска: в 1 тон гранит, съдържащ например 3 g уран и 15 g торий, 1 mg хелий се образува за 7,9 милиона години; но тъй като този процес протича постоянно, по време на съществуването на Земята тя би трябвало да осигури съдържание на хелий в атмосферата, литосферата и хидросферата, което значително надвишава съществуващото (то е около 5 10 14 m 3). Този дефицит на хелий се обяснява с постоянното му изпарение от атмосферата. Леките атоми на хелия, попадайки в горните слоеве на атмосферата, там постепенно придобиват скорост, по-висока от втората космическа скорост и по този начин получават възможност да преодолеят силите на гравитацията. Едновременното образуване и изпаряване на хелий води до факта, че концентрацията му в атмосферата е почти постоянна.
Изотопът 3 He, по-специално, се образува в атмосферата по време на β-разпадането на тежкия изотоп на водорода - тритий (T), който от своя страна възниква от взаимодействието на неутроните от космическото лъчение с азота във въздуха:
14 7 N + 3 0 n → 12 6 C + 3 1 T.
Ядрата на атома 4 He (състоящ се от 2 протона и 2 неутрона), наречени алфа частици или хелиони, са най-стабилните сред съставните ядра. Енергията на свързване на нуклоните (протони и неутрони) в 4 He има максимална стойност в сравнение с ядрата на други елементи (28,2937 MeV); следователно образуването на 4 He ядра от водородни ядра (протони) 1 H е придружено от освобождаване на огромно количество енергия. Смята се, че тази ядрена реакция е:
4 1 H = 4 He + 2β + + 2n
[едновременно с 4 He се образуват два позитрона (β +) и две неутрино (ν)] служи като основен източник на енергия за Слънцето и други звезди, подобни на него. Благодарение на този процес във Вселената се натрупват много значителни запаси от хелий.
Физични свойства на хелия.При нормални условия хелият е едноатомен газ, без цвят и мирис. Плътност 0,17846 g/l, точка на кипене -268,93°C, точка на топене -272,2°C. Топлопроводимост (при 0°C) 143.8·10 -3 W/(cm·K). Радиусът на атома на хелия, определен по различни методи, варира от 0,85 до 1,33 Å. Около 8,8 ml хелий се разтварят в 1 литър вода при 20°C. Първичната йонизационна енергия на хелия е по-голяма от тази на всеки друг елемент – 39,38·10 -13 J (24,58 eV); Хелият няма афинитет към електроните. Течният хелий, състоящ се само от 4 He, проявява редица уникални свойства.
Химични свойства на хелия.Досега опитите за получаване на стабилни химични съединения на хелия завършваха с неуспех.
Получаване на хелий.В промишлеността хелият се получава от съдържащи хелий природни газове (понастоящем се експлоатират главно находища, съдържащи > 0,1% хелий). Хелият се отделя от другите газове чрез дълбоко охлаждане, използвайки факта, че се втечнява по-трудно от всички други газове.
Приложение на хелий.Поради своята инертност хелият се използва широко за създаване на защитна атмосфера при топене, рязане и заваряване на активни метали. Хелият е по-малко електропроводим от друг инертен газ, аргон, и следователно електрическа дъга в хелиева атмосфера произвежда по-високи температури, което значително увеличава скоростта на електродъгово заваряване. Поради ниската си плътност, комбинирана с неговата незапалимост, хелият се използва за пълнене на стратосферни балони. Високата топлопроводимост на хелия, неговата химическа инертност и изключително ниската способност за влизане в ядрена реакция с неутрони позволяват използването на хелий за охлаждане на ядрени реактори. Течният хелий е най-студената течност на Земята и служи като охладител в различни научни изследвания. Един от методите за определяне на тяхната абсолютна възраст се основава на определянето на съдържанието на хелий в радиоактивните минерали. Поради факта, че хелият е много слабо разтворим в кръвта, той се използва като компонент на изкуствен въздух, подаван за дишане на водолази (замяната на азот с хелий предотвратява появата на декомпресионна болест). Проучват се и възможностите за използване на хелий в атмосферата на кабината на космически кораб.
Хелият е течен.Сравнително слабото взаимодействие на атомите на хелия го кара да остане газообразен до по-ниски температури от всеки друг газ. Максималната температура, под която може да бъде втечнен (неговата критична температура Tk) е 5,20 K. Течният хелий е единствената незамръзваща течност: при нормално налягане хелият остава течен при произволно ниски температури и се втвърдява само при налягания, надвишаващи 2,5 Mn /m2 (25 at).
