История на хелия. Къде за първи път е открит хелият? Газова и плазмена фаза

хелий

ХЕЛИЙ-аз; м.[от гръцки. хелиос - слънцето]. Химичен елемент (Не), химически инертен газ без мирис, най-лекият след водорода.

◁ Хелий, th, th. G-то ядро.

хелий

(лат. хелий), химичен елемент от група VIII на периодичната система, принадлежи към благородните 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, без значение колко дълбоко е охладено. Течният хелий е квантова течност, която има свръхтечност под 2,17ºK (-270,98ºC). Малко количество хелий се намира във въздуха и земната кора, където постоянно се образува при разпадането на урана и други α-радиоактивни елементи (α-частиците са ядрата на хелиевите атоми). Хелият е много по-разпространен във Вселената, например на Слънцето, където е открит за първи път (оттук и името: от гръцкото hēlios – Слънцето). Хелият се получава от природни газове. Използват се в криогенната технология, за създаване на инертни среди, в аеронавтиката (за пълнене на стратосферни балони, балони и др.).

ХЕЛИЙ

ХЕЛИЙ (лат. Helium), He (чете се „хелий“), химичен елемент с атомен номер 2, атомна маса 4,002602. Принадлежи към групата на инертните или благородни газове (група VIIIA на периодичната система), е в 1-ви период.
Естественият хелий се състои от два стабилни нуклида: 3 He (0,00013% обемни) и 4 He. Почти пълното преобладаване на хелий-4 се свързва с образуването на ядра на този нуклид по време на радиоактивния разпад на уран, торий, радий и други атоми, осъществен през дългата история на Земята.
Радиусът на неутрален хелиев атом е 0,122 nm. Електронна конфигурация на неутрален невъзбуден атом 1s 2 . Енергиите на последователна йонизация на неутрален атом са съответно 24,587 и 54,416 eV (атомът на хелия има най-високата енергия на откъсване на първия електрон сред неутралните атоми на всички елементи).
Простата субстанция хелий е лек едноатомен газ без цвят, вкус или мирис.
История на откритията
Откриването на хелия започва през 1868 г., когато френски астрономи P. J. Jansen наблюдават слънчево затъмнение. (см.Янсен Пиер Жул Сезар)и англичанинът D. N. Lockyer (см. Lockyer Джоузеф Норман)независимо открити в спектъра на слънчевата корона (см.СЛЪНЧЕВА КОРОНА)жълта линия (наричаше се д 3-линия), 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 на Слънцето. През 1895 г. англичанинът У. Рамзи (см.РАМЗЕЙ Уилям)изолира газ от естествената радиоактивна руда клевеит, в спектъра на който същият д 3-ред. Локиър даде на новия елемент име, отразяващо историята на неговото откриване (гръцки Хелиос, слънцето). Тъй като Локиър вярвал, че откритият елемент е метал, той използвал окончанието „lim“ в латинското име на елемента (съответстващо на руското окончание „ij“), което обикновено се използва в името на металите. Така много преди откриването си на Земята хелият получава име, което го отличава от имената на други инертни газове с край.
Да бъдеш сред природата
В атмосферния въздух съдържанието на хелий е много ниско и е около 5,27·10 -4 % обемни. В земната кора е 0,8 10 -6%, в морската вода - 4 10 -10%. Източник на хелий са нефт и хелий-съдържащи 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 естествени газове, съдържащи хелий, чрез метода на дълбоко охлаждане. Има находища на такива газове в Русия, САЩ, Канада и Южна Африка. Хелият се съдържа и в някои минерали (монацит, торианит и други), докато от 1 кг минерал при нагряване могат да се изолират до 10 литра хелий.
Физически свойства
Хелият е лек незапалим газ, плътността на газообразния хелий 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 4,2K (или -268,93°C, което 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 2,0K. Най-ниското налягане, при което се наблюдава преминаването на течен хелий в твърдо състояние, е 2,5 MPa (25 atm), докато 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 и неговата разтворимост е дори по-ниска в органични разтворители. Леките молекули на хелия 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, т. нар. 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 топлинния капацитет на течен хелий с температурни промени наподобява гръцката буква ламбда (l). Температурата на преход 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 най-малките дупки и капиляри, без да разкрива вискозитет (т.нар. свръхфлуидност). (см.СУПЕРТЧИВОСТ)течен хелий-II). Освен това филмите с хелий-II бързо се движат по повърхността на твърдите тела, в резултат на което течността бързо напуска съда, в който е поставена. Това свойство на хелий-II се нарича суперпълзене. Свръхтечността на хелий-II е открита през 1938 г. от съветския физик П. Л. Капица (см.КАПИЦ Пьотър Леонидович)(Нобелова награда по физика, 1978 г.). Обяснението за уникалните свойства на хелий-II е дадено от друг съветски физик Л. Д. Ландау (см. LANDAU 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 достатъчно 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 хелиевия лазер. Течният хелий, най-студената течност на Земята, е уникален хладилен агент в експерименталната физика, позволяващ използването на свръхниски температури в научни изследвания (например при изследване на електрическата свръхпроводимост (см.СВЪРХПРОВОДИМОСТ)). Поради факта, че хелият е много слабо разтворим в кръвта, той се използва като неразделна част от изкуствения въздух, доставян на водолази за дишане. Замяната на азота с хелий предотвратява декомпресионната болест (см.кесонова болест)(при вдишване на обикновен въздух азотът под високо налягане се разтваря в кръвта и след това се освобождава от нея под формата на мехурчета, които запушват малки съдове).

енциклопедичен речник. 2009 .

Синоними:

Вижте какво е "Хелий" в други речници:

- (лат. Helium) He, химичен елемент от група VIII на периодичната система, атомен номер 2, атомна маса 4.002602, принадлежи към благородните газове; без цвят и мирис, плътност 0,178 g/l. По-трудно се втечнява от всички известни газове (при 268,93 ° C); ... ... Голям енциклопедичен речник

- (Гръцки, от хелиос слънце). Елементарно тяло, открито в слънчевия спектър и присъстващо на земята в някои редки минерали; присъства във въздуха в следи. Речник на чужди думи, включени в руския език. Чудинов А.Н... Речник на чужди думи на руския език

- (символ He), газообразен неметален елемент, БЛАГОРОДЕН ГАЗ, открит през 1868 г. За първи път получен от минерала клевит (разновидност на уранит) през 1895 г. В момента основният му източник е природният газ. Съдържа се и в... Научно-технически енциклопедичен речник

Аз, съпруг. , стар Елий, И. Баща: Гелиевич, Гелиевна Производни: Геля (Гела); Еля Произход: (От гр. hēlios слънце.) Имен ден: 27 юли Речник на личните имена. Хелий Вижте Елиус. Ден Ангел. Справка… Речник на личните имена

ХЕЛИЙ- хим. елемент, символ He (лат. Helium), at. н. 2, при. m. 4.002, се отнася до инертни (благородни) газове; без цвят и мирис, плътност 0,178 kg/m3. При нормални условия водородът е едноатомен газ, чийто атом се състои от ядро ​​и два електрона; образувано... Голяма политехническа енциклопедия

- (Хелий), He, химичен елемент от група VIII на периодичната система, атомен номер 2, атомна маса 4,002602; отнася се до благородните газове; най-ниско кипящото вещество (tbp 268.93shC), единственото, което не се втвърдява при нормално налягане; ... ... Съвременна енциклопедия

Chem. осми елемент. периодична система, сериен номер 2; инертен газ с at. в 4,003. Състои се от два стабилни изотопа He4 и He3. Сьодер. те са променливи и зависят от източника на образуване, но тежкият изотоп винаги преобладава. В… … Геологическа енциклопедия

хелий- (Хелий), He, химичен елемент от група VIII на периодичната система, атомен номер 2, атомна маса 4,002602; отнася се до благородните газове; най-ниско кипящото вещество (tbp 268,93 ° C), единственото, което не се втвърдява при нормално налягане; ... ... Илюстриран енциклопедичен речник

хелий(He) е инертен газ, който е вторият елемент от периодичната система от елементи, както и вторият елемент по отношение на лекотата и разпространението във Вселената. Той принадлежи към прости вещества и при стандартни условия (стандартна температура и налягане) е едноатомен газ.

хелийняма вкус, цвят, мирис и не съдържа токсини.

Сред всички прости вещества хелият има най-ниска 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 премине в твърда форма, хелият се нуждае от налягане над 25 атмосфери. Има малко химични съединения на хелия 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 естествени са известни и 6 изкуствени радиоактивни изотопа на хелия.
Появата на почти всичко във Вселената, хелий, беше първичният нуклеосинтез, който се проведе в първите минути след Големия взрив.
В момента почти всички хелийОбразува се от водород в резултат на термоядрен синтез, протичащ във вътрешността на звездите. На нашата планета хелият се образува в процеса на алфа разпад на тежки елементи. Тази част от хелия, която успява да проникне през земната кора, излиза като част от природен газ и може да бъде до 7% от състава му. Какво да подчертаем хелийот природен газ се използва фракционна дестилация - процесът на нискотемпературно разделяне на елементите.

Историята на откриването на хелия

На 18 август 1868 г. се очакваше пълно слънчево затъмнение. Астрономите от цял ​​свят активно се подготвят за този ден. Те се надяваха да разрешат мистерията на изпъкналостите - светещи проекции, видими по време на пълно слънчево затъмнение по ръбовете на слънчевия диск. Някои астрономи вярваха, че изпъкналостите са високи лунни планини, които по време на пълно слънчево затъмнение са осветени от лъчите на Слънцето; други смятаха, че изпъкналостите са планини на самото Слънце; други виждаха огнени облаци от слънчевата атмосфера в слънчевите проекции. Мнозинството вярваше, че изпъкналостта не е нищо повече от оптична илюзия.

През 1851 г., по време на слънчево затъмнение, наблюдавано в Европа, немският астроном Шмид не само вижда слънчеви проекции, но и успява да различи, че техните очертания се променят с времето. Въз основа на своите наблюдения Шмид стига до заключението, че изпъкналостите са облаци от нажежен газ, изхвърлени в слънчевата атмосфера от гигантски изригвания. Въпреки това, дори след наблюденията на Шмид, много астрономи все още смятаха огнените первази за оптична илюзия.

Едва след пълното затъмнение на 18 юли 1860 г., което се наблюдава в Испания, когато много астрономи виждат слънчевите проекции със собствените си очи, а италианецът Секи и французинът Делар успяват не само да скицират, но и да ги снимат, никой имаше някакви съмнения относно съществуването на изтъкнати .

Към 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. Въпреки това, в деня на слънчевото затъмнение никой от астрономите не е използвал спектроскоп, за да види спектъра на протуберанцата. Спектроскопът беше запомнен, когато затъмнението вече беше приключило.

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 този инструмент, когато отиде в Индия, за да наблюдава протуберанца, където условията за наблюдение на слънчево затъмнение, според изчисленията на астрономите, бяха най-добри.

В момента, когато искрящият диск на Слънцето беше напълно покрит от Луната, Жул Янсен, разглеждайки със спектроскоп оранжево-червените пламъци, излизащи от повърхността на Слънцето, видя в спектъра освен три познати линии водород : червено, зелено-синьо и синьо, ново, непознато - ярко жълто. Нито едно от веществата, познати на химиците от онова време, не е имало такава линия в частта от спектъра, където Жул Янсен я е открил. 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. Единият, написан на следващия ден след слънчевото затъмнение, идва от Гунтур, малък град на източния бряг 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 професорите 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" - "хелиос".

Подобно съвпадение изненада научната среща на професорите от Академиите и в същото време свидетелства за обективния характер на откриването на ново химическо вещество. В чест на откриването на веществото на слънчевите факли (протуменции) беше избит медал. От едната страна на този медал са гравирани портрети на Янсен и Локиър, а от другата – изображение на древногръцкия бог на слънцето Аполон в колесница, теглена от четири коня. Под колесницата имаше надпис на френски: „Анализ на слънчевите проекции на 18 август 1868 г.“.

През 1895 г. лондонският химик Хенри Майърс привлича вниманието на Уилям Рамзи, известният 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 горенето. Сред тези редки минерали е клевеитът, открит в Норвегия от Норденшьолд, известният шведски изследовател на полярните региони.

Рамзи решава да проучи естеството на газа, съдържащ се в клевеит. Във всички химически магазини в Лондон асистентите на Рамзи успяха да купят само... един грам клевета, като платиха само 3,5 шилинга за това. След като изолира няколко кубични сантиметра газ от полученото количество клевеит и го пречисти от примеси, Рамзи го изследва със спектроскоп. Резултатът беше неочакван: газът, отделен от клевеит, се оказа ... хелий!

Без да се доверява на откритието си, Рамзи се обръща към Уилям Крукс, тогавашният водещ специалист по спектрален анализ в Лондон, с молба да проучи газа, освободен от клевейт.

Крукс разследва газа. Резултатът от изследването потвърди откритието на Рамзи. Така на 23 март 1895 г. на Земята е открито вещество, което е открито на Слънцето 27 години по-рано. В същия ден Рамзи публикува своето откритие, изпращайки едно съобщение до Лондонското кралско общество и друго до известния френски химик академик Бертло. В писмо до Бертло Рамзи поиска да информира научната среща на професорите от Парижката академия за своето откритие.

Петнадесет дни след Рамзи, независимо от него, шведският химик Лангли изолира хелий от клевеит и подобно на Рамзи съобщава за откритието си на хелий на химика Бертелот.

За трети път хелият е открит във въздуха, където според Рамзи е трябвало да идва от редки минерали (клевеит и др.) при разрушения и химически трансформации на Земята.

Малки количества хелий са открити и във водата на някои минерални извори. Така, например, той е открит от Рамзи в лечебния извор Котр в Пиренеите, английският физик Джон Уилям Рейли го е намерил във водите на изворите в известния курорт Бат, немският физик Кайзер открива хелий в бликащите извори в планините Шварцвалд. Въпреки това, най-вече хелий е открит в някои минерали. Намира се в самарскит, фергузонит, колумбит, монацит и уранит. Минералът торианит от остров Цейлон съдържа особено голямо количество хелий. Един килограм торианит, когато се нагрява до червено, отделя 10 литра хелий.

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, базиран 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 при използването му е, че дирижабълът, напълнен с хелий, няма да лети толкова високо, колкото водороден.

За бомбардировките на големи градове, главно столиците на Англия и Франция, германското командване в Първата световна война използва дирижабли (цепелини). За запълването им е използван водород. Следователно борбата срещу тях беше сравнително проста: запалителен снаряд, който попадна в корпуса на дирижабъла, запали водород, който моментално избухна и апаратът изгори. От 123 дирижабъла, построени в Германия по време на Първата световна война, 40 са изгорели от запалителни снаряди. Но един ден генералният щаб на британската армия беше изненадан от съобщение от особено значение. Директните попадения на запалителни снаряди по немския цепелин не дадоха резултат. Дирижабълът не избухна в пламъци, а бавно изтичайки от някакъв непознат газ, отлетя обратно.

Военните експерти бяха озадачени и въпреки спешното и подробно обсъждане на въпроса за незапалимостта на цепелина от запалителни снаряди, не можаха да намерят необходимото обяснение. Загадката е решена от английския химик Ричард Трелфал. В писмо до Британското адмиралтейство той пише: „... Вярвам, че германците са изобретили някакъв начин за извличане на хелий в големи количества и този път напълниха черупката 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 хелият се съдържа във въздуха, но там не е достатъчно: един кубичен метър въздух съдържа само 5 кубически сантиметра хелий. Хладилната машина на системата Linde, която превръща няколкостотин кубически метра въздух в течност за един час, може да произведе не повече от 3 литра хелий през това време.

3 литра хелий на час! И за да напълните цепелина, ви трябват 5÷6 хиляди кубически метра. 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 взели хелий?

Този проблем, както се оказа по-късно, беше разрешен сравнително просто. Много преди войната германските параходни компании, доставящи стоки за Индия и Бразилия, са били инструктирани да товарят връщащите се параходи 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 цепелини. Освен това хелий се извлича от водата на минералния извор Наухайм, която дава до 70 кубически метра. m хелий дневно.

Инцидентът с огнеупорния цепелин беше тласък за ново търсене на хелий. Химици, физици, геолози започнаха интензивно да търсят хелий. Изведнъж придоби голяма стойност. През 1916 г. 1 кубичен метър хелий струваше 200 000 златни рубли, тоест 200 рубли на литър. Ако вземем предвид, че един литър хелий тежи 0,18 g, тогава 1 g от него струва над 1000 рубли.

Хелият се превърна в обект на лов за търговци, спекуланти, борсови дилъри. Хелият е открит в значителни количества в природни газове, излизащи от недрата на земята в Америка, в щата Канзас, където след влизането на Америка във войната е построен завод за хелий близо до град Форт Уърт. Но войната приключи, запасите от хелий останаха неизползвани, цената на хелия рязко падна и в края на 1918 г. възлизаше на около четири рубли на кубичен метър.

Извлеченият с такава трудност хелий бил използван от американците едва през 1923 г. за запълване на вече мирния дирижабъл Шенандоа. Това беше първият и единствен въздушен товарен пътнически кораб в света, пълен с хелий. Неговият "живот" обаче беше кратък. Две години след раждането й Шенандоа е разрушен от буря. 55 хиляди кубични метра m, почти целият световен запас от хелий, който е бил събиран в продължение на шест години, се е разпръснал без следа в атмосферата по време на буря, продължила само 30 минути.

Приложение на хелий

Хелий в природата

Предимно наземни хелийсе образува при радиоактивния разпад на уран-238, уран-235, торий и нестабилни продукти от техния разпад. Несравнимо по-малки количества хелий се произвеждат от бавния разпад на самарий-147 и бисмут. Всички тези елементи генерират само тежкия изотоп на хелия - He 4 , 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 са съществували и 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 нептунова серия.

По количеството хелий, задържан 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 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 кубични сантиметра хелий на грам. Въпреки това, делът на тези минерали в естественото производство на хелий е близо до нула, тъй като 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, в която са натрупани основните запаси от радиоактивни елементи. Съдържанието на хелий в земната кора е малко - 3 х 10 -7% тегловни. Хелият се натрупва в натрупванията на свободни газове на червата и в маслата; 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, отделяни спонтанно от подземните води. Колкото по-стара е възрастта на газоносните седиментни скали и по-високо е съдържанието на радиоактивни елементи в тях, толкова повече хелий има в състава на природните газове.

Добив на хелий

Производството на хелий в промишлен мащаб се извършва от природни и нефтени газове както с въглеводороден, така и с азотен състав. Според качеството на суровините, отлаганията на хелий се делят 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 находища се намират в САЩ (45% от световните ресурси), следвани от Русия (32%), Алжир (7%), Канада (7%) и Китай (4%).
Съединените щати също са водещи 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 вътрешен източник за производство на хелий, а производството на газ намалява. В това отношение от особено значение са газовите находища на Източен Сибир и Далечния Изток с високи концентрации на хелий (до 0,6%). Един от най-обещаващите е Ковикта ха зокондензатно находище, разположено в северната част на Иркутска област. Според експерти в него се съдържат около 25% от световното 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, марка 6.0 (съгласно TU 0271-001-45905715-02)
Хелий, не по-малко
Азот, не повече
Кислород + аргон
Неон, не повече
Водна пара, не повече
Въглеводороди, не повече
CO2 + CO, не повече
Водород, не повече

Безопасност

– Хелият е нетоксичен, незапалим, невзривоопасен
- Хелият е разрешен да се използва на всякакви претъпкани 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 е необходимо неутрализация, оползотворяване и елиминиране на остатъците му в бутилките.
– Хелият е много по-лек от въздуха и се разсейва в горните слоеве на земната атмосфера.

Хелий (класове A и B според TU 51-940-80)
Техническо име	Хелий газообразен
Химична формула
ООН номер
Клас на опасност при транспортиране
Физически 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 взривоустойчиво
Стабилност и реактивност
стабилност	стабилен
Реактивност	инертен газ
Човешка опасност
Токсичен ефект	Не токсичен
опасност за околната среда	Не оказва вредно въздействие върху околната среда
Финансови средства	Приложими са всякакви средства.

Съхранение и транспортиране на хелий

Газообразният хелий може да се транспортира с всички видове транспорт в съответствие с правилата за превоз на товари на определен вид транспорт. Транспортирането се извършва в специални кафяви стоманени цилиндри и контейнери с 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

Транспортирането на опасни товари в Руската федерация се регулира от следните документи:

1. "Правила за превоз на опасни товари по шосе" (изменени със Заповеди на Министерството на транспорта на Руската федерация от 11.06.1999 г. № 37 от 14.10.1999 г. № 77; регистриран в Министерството на правосъдието на Руската федерация на 18 декември 1995 г., регистрационен № 997).

2. „Европейско споразумение за международен автомобилен превоз на опасни товари“ (ADR), към което Русия официално се присъедини на 28 април 1994 г. (Постановление на правителството на Руската федерация от 03.02.1994 г. № 76).

3. "Правила за движение" (SDA 2006), а именно член 23.5, установяващ, 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 на водачи в размер от един до три пъти минималната работна заплата или лишаване от право да управлява МПС за срок от един до три месеца; за длъжностни лица, отговарящи за транспорта - от десет до двадесет минимална работна заплата.

В съответствие с параграф 3 на параграф 1.2, „Правилата не се прилагат за ... превоз на ограничено количество опасни вещества с едно превозно средство, чието превозване може да се счита за превоз на неопасни товари“. Обяснява се още, че "Ограниченото количество опасни товари е дефинирано в изискванията за безопасен транспорт на определен 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, употреба в ежедневието, свободното време или спорта, когато са взети мерки за предотвратяване на изтичане на съдържанието при нормални условия на превоз."

Въпреки това, групата от изключения, официално признати от правилата за превоз на опасни товари, са изключения, свързани с количествата, превозвани в една транспортна единица (точка 1.1.3.6).

Всички газове са причислени към втория клас вещества според класификацията ADR. Незапалими, нетоксични газове (група А – неутрални и О – окислителни) принадлежат към третата транспортна категория, с максимално ограничение на количеството 1000 единици. Запалими (група F) - до втора, с максимално ограничение от 333 единици. Под "единица" тук се разбира 1 литър вместимост на съд, съдържащ компресиран газ, или 1 кг втечнен или разтворен газ. По този начин максималното количество газове, което може да се транспортира в една транспортна единица като неопасен товар, е както следва:

Всички познаваме хелия - много лек газ, благодарение на който балони и дирижабли се издигат във въздуха. Хелият има много важното предимство в безопасността да не гори или експлодира като водород. Този газ също е неразделна част от въздушните смеси за използване при дишане от дълбоководни водолази – за разлика от азота, той е почти неразтворим в кръвта или липидите (мастни компоненти) дори при условия на много високо налягане.

Хелият помага без азотна анестезия, при което нервната система (60% липиди) е наситена с азот, което кара водолазите да се чувстват така, сякаш са изпили едно мартини на 30 метра дълбочина. Този газ също помага да се избегне появата на декомпресионна болест или както още се нарича декомпресионна болест. Това е болезнено и опасно състояние, при което в кръвта, нервната система, ставите и под кожата на водолаза се образуват азотни мехурчета, когато налягането пада твърде бързо, докато водолазът се издига на повърхността. Смес от хелий и кислород (наречена хелиокс) прави гласа много писклив - това се дължи на факта, че звукът се движи много по-бързо през хелий, отколкото във въздуха, и благодарение на това свойство на хелия това забавление е любима шега по време на празниците, когато балони се надуват с хелий.

Хелият е вторият най-лек химичен елемент и има много невероятни свойства. Този газ получи името си от факта, че за първи път е открит в светлинно изображение на слънцето (хелиос на гръцки), преди да бъде открит на Земята. Всички газове, когато са достатъчно охладени, кондензират в течно състояние, а хелият има най-ниската точка на оросяване от всички известни вещества (-269°C или -452°F). За разлика от други химични елементи, хелият никога не замръзва, без значение колко е студен, освен в условия на много високо налягане. В допълнение, течната форма на хелия, когато се охлажда до температури под -271°C (-456°F), образува уникална фаза, наречена свръхфлуид - това свръхтечентече перфектно, без никакво съпротивление (вискозитет).

Смята се, че хелият на слънцето се е образувал от ядрен синтез . Това е процесът, при който ядрата на водорода, най-лекия елемент, се сливат, за да образуват хелий, освобождавайки огромни количества енергия.

На Земята този газ се образува главно в резултат на радиоактивност алфа(а) - разпад. Известният новозеландски физик Ърнест Ръдърфорд (1871–1937) за първи път 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 попада във въздуха.

Учените могат да определят колко бързо се образува хелий, колко бързо излиза от скалата и колко количество влиза във въздуха и колко хелий може да се загуби от въздуха в космоса. Те също могат да измерват количеството хелий в скалите и въздуха. 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 първоначалните условия и постоянни коефициенти на различни процеси. Те никога не могат докаживъзрастта на нещо. Това изисква 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 все пак това е много хелий, а именно 3,71 милиарда тона. Въпреки това, защото всяка секунда 67 грама хелий навлиза в атмосферата от земната кора, това ще отнеме около два милиона години , дори и в самото начало изобщо да го нямаше.

Еволюционистите смятат, че нашата земя е 2500 пъти по-стара, тоест тя 4,5 милиарда години. Разбира се, Земята би могла да бъде 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 щеше да се случи по-бързо, отколкото в настоящето, тъй като радиоактивните източници се разпадаха. Това допълнително ще намали възрастовите граници на Земята.

Единственият начин да се реши този проблем е да се предположи, че хелият просто изтича в космоса. Но за да се случи това, хелиевите атоми трябва да се движат достатъчно бързо, за да избегнат привличането на Земята (т.е. по-бързо от скорост на бягане). Сблъсъците между атомите забавят тяхното движение, но над нивото на критичната височина ( екзобаза), на около 500 километра над земята, сблъсъците са много редки. Атомите, които пресичат тази височина, имат шанс да избягат, ако се движат 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 други газове, което е общо за всички нормални газове.

Средната скорост на атомите може да се изчисли, ако знаете температурата, 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 биха преминали доста бързо през екзобазата, за да избягат в космоса.

Екбазата е много гореща. Но дори да приемем температура от 1500 К (1227°C или 2241°F), която е над средната, най-често срещаната скорост на хелиевите атоми е само 2,5 километра в секунда (5625 m/h), или по-малко от една четвърт от скорост на изтичане. Само няколко атома се движат по-бързо от средната скорост и все пак количеството хелий, което тече в космоса, е приблизително 1/40 количество хелийкойто навлиза в атмосферата. Други механизми за бягство също не успяват да отчитат малкото количество хелий във въздуха, което е около 1/2000 от това, което въздухът би трябвало да съдържа след приблизително милиарди години.

Това е нерешен проблем за атмосферния физик, който вярва в дългите векове на земната история, К.Г. Уокър, който каза следното: "... по отношение на нивото на хелия 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 неразрешено".

Еволюционното общество отчаяно се опитва да намери други обяснения за тази липса на хелий, но нито едно от тях не е подходящо. Просто решение на проблема може да бъде намерено, ако приемем, че Земята не е толкова стара, колкото вярват еволюционистите! Креационист, учен Лари Вардиман, който проучи 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 изтичат от скалите в атмосферата без никакви проблеми.

По-горе казахме също, че скоростта, с която хелият навлиза в атмосферата, е фиксирана. Но можем също да измерим скоростта, с която хелият изтича от скалите. Този процес протича по-бързо в по-горещите скали и колкото по-дълбоко навлизате в недрата на земята, толкова по-горещи стават скалите.

Физикът Робърт Джентри изследва дълбоко залегналия 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, наречени циркони(циркониев силикат, ZrSiO 4), които често съдържат радиоактивни елементи. Това означава, че те трябва да образуват хелий, който трябва да изтече в атмосферата.

Но Джентри открива, че дори дълбоко залегнали горещи циркони (197°C или 387°F) съдържат твърде много хелий- тоест, ако имаха милиарди години да изтекат.

Въпреки това, ако в действителност са били само няколко хиляди години, за да влезе този хелий в атмосферата, тогава не е изненадващо, че толкова много хелий е останал там.

[Новини за октомври 2002 г.: вижте данните за ускорен ядрен разпад в статията Ядреният разпад: доказателство за младостта на света написана от креационист ядрен физик 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, което е ясно и ясно посочено в книгата Битие.

Хелият е наистина благороден газ. Все още не е било възможно да го принудим да влезе в някакви реакции. Молекулата на хелия е едноатомна. По лекота 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 не се увеличи налягането.

В историята на откриването, изследването и приложението на този елемент има имена на много видни физици и химици от различни страни. Те се интересуваха от хелий, работеха с хелий: Янсен (Франция), Локиър, Рамзи, Крукс, Ръдърфорд (Англия), Палмиери (Италия), Кийзом, Камерлинг-Онес (Холандия), Фейнман, Онзагер (САЩ), Капица, Кикоин , Ландау (Съветски съюз) и много други видни учени.

Уникалността на външния вид на хелиевия атом се определя от комбинацията от две невероятни природни структури в него - абсолютни шампиони по компактност и здравина. В ядрото на хелия, хелий-4, и двете вътрешноядрени обвивки са наситени - и протонната, и неутронната. Електронният дублет, който рамкира това ядро, също е наситен. В тези проекти - ключът към разбирането на свойствата на хелия. Оттук и неговата феноменална химическа инертност и рекордно малкият размер на атома му.

Ролята на ядрото на хелиевия атом - алфа-частиците в историята на формирането и развитието на ядрената физика е огромна. Ако си спомняте, именно изследването на разсейването на алфа-частиците доведе Ръдърфорд до откриването на атомното ядро. Когато азотът е бомбардиран с алфа-частици, за първи път е извършено взаимното преобразуване на елементите – нещо, за което много поколения алхимици са мечтали от векове. Вярно е, 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 са участвали в откриването на неутрона и производството на първия изкуствен изотоп. По-късно с помощта на алфа частици са синтезирани кюрий, беркелий, калифорний, менделевий.

Изброихме тези факти с единствената цел да покажем, че елемент #2 е много необичаен елемент.

земен хелий

Хелият е необичаен елемент и неговата история е необичайна. Открит е в атмосферата на Слънцето 13 години по-рано, отколкото на Земята. По-точно, в спектъра на слънчевата корона беше открита яркожълта D линия и това, което се криеше зад нея, стана надеждно известно едва след като хелият беше извлечен от земни минерали, съдържащи радиоактивни елементи.

В земната кора има 29 изотопа, при радиоактивния разпад на които се образуват алфа-частици – високоактивни, високоенергийни ядра на хелиевите атоми.

По принцип земният хелий се образува по време на радиоактивния разпад на уран-238, уран-235, торий и техните нестабилни продукти на разпад. Несравнимо по-малки количества хелий се произвеждат от бавния разпад на самарий-147 и бисмут. Всички тези елементи пораждат 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 са съществували и 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 нептунова серия.

По количеството хелий, заключен 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 за 4,52 милиарда години се превръща в хелийи олово.

Хелият в земната кора се натрупва бавно. Един тон гранит, съдържащ 2 g уран и 10 g торий, произвежда само 0,09 mg хелий за милион години – половин кубичен сантиметър. Много малко минерали, богати на уран и торий, съдържат доста голямо количество хелий - няколко кубични сантиметра хелий на грам. Въпреки това, делът на тези минерали в естественото производство на хелий е близо до нула, тъй като са много редки.
Хелият и Слънцето са открити от французина Дж. Янсен, който прави 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 същия ден и са прочетени на заседание на Парижката академия на науките на 26 октомври с интервал от няколко минути. Академиците, поразени от такова странно съвпадение, решиха да извадят златен медал в чест на това събитие.

Естествените съединения, съдържащи алфа-активни изотопи, са само основният източник, но не и суровината за промишленото производство на хелий. Вярно е, че някои минерали с плътна структура - самородни метали, магнетит, гранат, апатит, циркон и други - здраво държат затворения в тях хелий. Въпреки това повечето минерали в крайна сметка претърпяват процеси на изветряне, прекристализация и т.н. и хелият ги напуска.

Освободените от кристалните структури хелиеви мехурчета тръгват на пътешествие през земната кора. Много малка част от тях се разтварят в подпочвените води. Образуването на повече или по-малко концентрирани разтвори на хелий изисква специални условия, предимно високо налягане. Друга част от номадския хелий навлиза в атмосферата през порите и пукнатините на минералите. Останалите газови молекули попадат в подземни капани, където се натрупват в продължение на десетки, стотици милиони години. Капаните са слоеве от насипни скали, чиито празнини са запълнени с газ. Леглото за такива газови резервоари обикновено е вода и нефт, а отгоре те са блокирани от газонепроницаеми пластове от плътни скали.

Тъй като други газове също се скитат в земната кора (главно метан, азот, въглероден диоксид) и освен това в много по-големи количества, няма чисто хелиеви натрупвания. 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 отделяне от други газове се използва изключителната летливост на хелия, свързана с неговата ниска температура на втечняване. След като всички други компоненти на природния газ се кондензират чрез дълбоко охлаждане, газът хелий се изпомпва. След това се пречиства от примеси. Чистотата на фабричния хелий достига 99,995%.

Запасите от хелий на Земята се оценяват на 54014 m 3 ; съдейки по изчисленията, той се е образувал в земната кора за над 2 милиарда години десет пъти повече. Това несъответствие между теория и практика е разбираемо. Хелият е лек газ и подобно на водорода (макар и по-бавно) той излиза от атмосферата в космоса. Вероятно по време на съществуването на Земята хелият на нашата планета е бил многократно актуализиран - старият е избягал в космоса, а вместо него в атмосферата е влязъл свеж - „издишан“ от Земята.

В литосферата има поне 200 000 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. За 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 хитро намигващ човек - жител на Слънцето. Текстът под снимката гласи: „Най-накрая ме хванаха на Земята! Мина достатъчно време! Чудя се колко време ще мине, преди да разберат какво да правят с мен?

Всъщност изминаха 34 години от откриването на земния хелий (първият доклад за това е публикуван през 1881 г.), преди той да намери практическо приложение. Определена роля тук изиграха оригиналните физически, технически, електрически и в по-малка степен химични свойства на хелия, които изискваха продължително изследване. Основните пречки бяха разсеяността и високата цена на елемент № 2. Поради това хелият не беше наличен на практика.

Германците са първите, които използват хелий. През 1915 г. те започват да пълнят дирижаблите си, бомбардирайки Лондон с него. Скоро лекият, но незапалим хелий се превърна в незаменим пълнител за авиационни превозни средства. Упадъкът на индустрията на дирижабълите, който започва в средата на 30-те години на миналия век, води до лек спад в производството на хелий, но само за кратко време. Този газ все повече привличаше вниманието на химици, металурзи и машиностроители.

Много технологични процеси и операции не могат да се извършват във въздуха. 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, добър проводник на топлина, хелият е идеално средство за пренасяне на запалими течности и прахове от един съд в друг; точно тези функции изпълнява в ракетите и управляемите ракети. В среда, защитена от хелий, протичат отделни етапи на получаване на ядрено гориво. 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 откриват и най-малката възможност за теч в ядрени реактори или други системи под налягане или вакуум.

Последните години бяха белязани от подновен възход в строителството на дирижабли, сега на по-висока научна и техническа основа. В редица страни са построени и се строят дирижабли пълни с хелий с товароподемност от 100 до 3000 т. Те са икономични, надеждни и удобни за транспортиране на обемисти товари, като газопроводи, петролни рафинерии, електропреносни кули и т.н. Пълненето от 85% хелий и 15% водород е огнеупорно и само намалява повдигането със 7% в сравнение с пълненето с водород.

Започнаха да работят високотемпературни ядрени реактори от нов тип, в които хелият служи като охлаждаща течност.

Течният хелий се използва широко в научните изследвания и инженерството. Свръхниските температури благоприятстват задълбочено 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 от специални сплави, които при температурата на течен хелий създават силни магнитни полета (до 300 000 ерстеда) с незначителен разход на енергия.

При температурата на течен хелий много метали и сплави стават свръхпроводници. Свръхпроводящи релета - криотроните се използват все по-често при проектирането на електронни компютри. Те са прости, надеждни, много компактни. Свръхпроводниците, а с тях и течният хелий, стават от съществено значение за електрониката. Те са включени в проектирането на детектори за инфрачервено лъчение, молекулярни усилватели (мазери), оптични квантови генератори (лазери) и устройства за измерване на микровълнови честоти.

Разбира се, тези примери не изчерпват ролята на хелия в съвременните технологии. Но ако не бяха ограничените природни ресурси, не и екстремната дисперсия на хелия, той щеше да намери много повече приложения. Известно е например, че когато се съхраняват в среда с хелий, хранителните продукти запазват оригиналния си вкус и аромат. Но „хелиевите“ консерви все още остават „нещо само по себе си“, защото хелият не е достатъчен и се използва само в най-важните индустрии и където е незаменим. Ето защо е особено обидно да се осъзнае, че при горим природен газ много по-големи количества хелий преминават през апаратите за химичен синтез, пещи и пещи и отиват в атмосферата, отколкото тези, извлечени от източници, съдържащи хелий.

Сега се счита за изгодно отделянето на хелий само в случаите, когато съдържанието му в природен газ е не по-малко от 0,05%. Запасите от такъв газ непрекъснато намаляват и е възможно те да бъдат изчерпани преди края на нашия век. Въпреки това, проблемът с „дефицитът на хелий“ вероятно ще бъде решен до този момент - отчасти поради създаването на нови, по-модерни методи за отделяне на газове, извличане на най-ценните, макар и незначителни фракции от тях, и отчасти поради контролиран термоядрен синтез . Хелият ще бъде важен, макар и страничен продукт на „изкуствените слънца“.

Изотопи на хелия В природата има два стабилни изотопа на хелия: хелий-3 и хелий-4. Лекият изотоп е милион пъти по-рядко срещан на Земята от тежкия изотоп. Това е най-редкият от стабилните изотопи, които съществуват на нашата планета. Изкуствено 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 с това, че в ядрата му има три неутрона на протон, е получен за първи път в Дубна през 60-те години. Опитите за получаване на хелий-10 досега са били неуспешни.

ПОСЛЕДЕН ТВЪР ГАЗ. Хелият е последният от всички газове, който се превръща в течно и твърдо състояние. Специалните трудности при втечняването и втвърдяването на хелия се обясняват със структурата на неговия атом и някои особености на неговите физически свойства. По-специално, хелият, подобно на водорода, при температури над -250°C, разширявайки се, 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 - през 1926 г.

ХЕЛИЕВ ВЪЗДУХ. Въздухът, в който целият или по-голямата част от азота му е заменен с хелий, днес вече не е новост. Широко се използва на суша, под земята и под водата.

Хелиевият въздух е три пъти по-лек и много по-мобилен от обикновения въздух. Той се държи по-активно в белите дробове - бързо внася кислород и бързо евакуира въглеродния диоксид. Ето защо хелиевият въздух се дава на пациенти с дихателни нарушения и някои операции. Облекчава задушаването, лекува бронхиална астма и заболявания на ларинкса.

Вдишването на хелиев въздух практически елиминира азотната емболия (кесонна болест), на която са податливи водолази и специалисти от други професии, чиято работа се извършва в 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 анестезия", външно подобна на алкохолната интоксикация.

Рано или късно човечеството ще трябва да се научи как да живее и работи дълго време на морското дъно, за да се възползва сериозно от минералните и хранителни ресурси на шелфа. И на голяма дълбочина, както показват експериментите на съветски, френски и американски изследователи, хелиевият въздух все още е незаменим. Биолозите са доказали, че продължителното дишане с хелиев въздух не причинява негативни промени в човешкото тяло и не застрашава промените в генетичния апарат: атмосферата на хелий не влияе върху развитието на клетките и честотата на мутациите. Има произведения, чиито автори смятат, че хелиевият въздух е оптималната въздушна среда за космически кораби, извършващи дълги полети до Вселената.

НАШИЯТ ХЕЛИЙ. През 1980 г. група учени и специалисти, оглавявани от И. Л. Андреев, е удостоена с Държавна награда за създаване и внедряване на технология за получаване на хелиеви концентрати от относително лоши газове, съдържащи хелий. В Оренбургското газово находище е построен завод за хелий, който стана наш основен доставчик на „слънчев газ“ за нуждите на различни индустрии.

ХЕЛИЕВ КОМПЛЕКС. През 1978 г., по време на разпадането на тритиеви ядра, включени в молекулата на аминокиселината глицин, акад. В. А. Легасов и неговите колеги успяват да регистрират парамагнитен хелий-съдържащ комплекс, в който се осъществява свръхфино взаимодействие на ядро ​​на хелий-3 с електрон. наблюдаваното. Това е най-голямото постижение в химията на хелия досега.

хелий(лат. хелий), символ He, химичен елемент от група VIII на периодичната система, се отнася до инертни газове; сериен номер 2, атомна маса 4,0026; газ без цвят и мирис. Естественият хелий се състои от 2 стабилни изотопа: 3 He и 4 He (съдържанието на 4 He рязко преобладава).

Справка по история.За първи път хелият е открит не на Земята, където е оскъден, а в атмосферата на Слънцето. През 1868 г. французинът J. Jansen и англичанинът J. N. Lockyer изследват спектроскопски състава на слънчевите протуберации. Изображенията, които са получили, съдържат ярко жълта линия (т.нар. D3 линия), която 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 на Слънцето, който те наричат ​​хелий (от гръцкото helios - Слънце). На Земята хелият е изолиран за първи път през 1895 г. от англичанина У. Рамзи от радиоактивния минерал клевейт. Същата линия се появи и в спектъра на газа, отделен при нагряване на клевеит.

Разпространение на хелий 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 разпространението във Вселената, хелият се нарежда 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, в която са натрупани основните запаси от радиоактивни елементи. Съдържанието на хелий в земната кора е малко - 3·10 -7% от теглото. Хелият се натрупва в свободните газови натрупвания на червата и в маслото; такива находища достигат индустриален мащаб. Максималните концентрации на хелий (10-13%) са открити в натрупвания на свободен газ и газове от уранови мини и (20-25%) в газове, отделяни спонтанно от подземните води. Колкото по-стара е възрастта на газоносните седиментни скали и колкото по-високо е съдържанието на радиоактивни елементи в тях, толкова повече хелий има в състава на природните газове. Вулканичните газове обикновено се характеризират с ниско съдържание на хелий.

Хелият се извлича в промишлен мащаб от природни и нефтени газове както с въглеводороден, така и с азотен състав. Според качеството на суровините, отлаганията на хелий се делят 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, метеорит и др.) преобладава изотопът 4He. 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, той би трябвало да осигури съдържанието на хелий в атмосферата, литосферата и хидросферата, значително надвишаващо сегашното (това е около 5 10 14 m 3). Подобен недостиг на хелий се обяснява с постоянното му изпаряване от атмосферата. Леките атоми на хелия, попадайки в горните слоеве на атмосферата, постепенно придобиват скорост, по-висока от втората космическа и по този начин получават възможност да преодолеят силите на земната гравитация. Едновременното образуване и изпаряване на хелия води до факта, че концентрацията му в атмосферата е практически постоянна.

Изотопът 3 He, по-специално, се образува в атмосферата по време на β-разпадането на тежкия водороден изотоп - тритий (T), който от своя страна възниква при взаимодействието на неутрони на космическото излъчване с азот във въздуха:

14 7 N + 3 0 n → 12 6 C + 3 1 T.

Ядрата на 4 He атома (състоящ се от 2 протона и 2 неутрона), наречени алфа частици или хелиони, са най-стабилните сред съставните ядра. Енергията на свързване на нуклони (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:

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 подобни на него звезди. Благодарение на този процес във Вселената се натрупват много значителни запаси от хелий.

Физични свойства на хелия.При нормални условия хелият е едноатомен газ, безцветен и без мирис. Плътност 0,17846 g/l, t бала -268,93°С, t pl -272,2°С. Топлопроводимост (при 0°C) 143,8 10 -3 W / (cm K) . Радиусът на хелиевия атом, определен по различни методи, варира от 0,85 до 1,33 Å. Около 8,8 ml хелий се разтваря в 1 литър вода при 20°C. Първичната йонизираща енергия на хелия е по-голяма от тази на всеки друг елемент - 39,38 10 -13 J (24,58 eV); Хелият няма електронен афинитет. 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 са завършили с неуспех.

Получаване на хелий.В промишлеността хелият се получава от природни газове, съдържащи хелий (понастоящем се експлоатират основно находища, съдържащи > 0,1% хелий). Хелият се отделя от другите газове чрез дълбоко охлаждане, като се използва фактът, че е по-труден за втечняване от всички други газове.

Приложение на хелий.Поради своята инертност, хелият се използва широко за създаване на защитна атмосфера при топенето, рязането и заваряването на активни метали. Хелият е по-малко електропроводим от друг инертен газ - аргон, и следователно електрическа дъга в атмосфера на хелий дава по-високи температури, което значително увеличава скоростта на електродъгово заваряване. Поради ниската си плътност, съчетана с негоримост, хелият се използва за запълване на стратостати. Високата топлопроводимост на хелия, неговата химическа инертност и изключително ниската му способност да влиза в ядрена реакция с неутрони правят възможно използването на хелий за охлаждане на ядрени реактори. Течният хелий е най-студената течност на Земята и служи като хладилен агент в различни научни изследвания. Един от методите за определяне на абсолютната им възраст се основава на определяне на съдържанието на хелий в радиоактивните минерали. Поради факта, че хелият е много слабо разтворим в кръвта, той се използва като неразделна част от изкуствения въздух, доставян за дишане от водолази (замяната на азота с хелий предотвратява появата на декомпресионна болест). Проучват се и възможностите за използване на хелий в атмосферата на кабината на космически кораб.

Течен хелий.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 (критичната му температура T k) 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 налягане над 2 5 MN /m 2 (25 at).