Helij
HELIJ-ja; m.[s grčkog hēlios - sunce]. Kemijski element (He), kemijski inertan plin bez mirisa, najlakši je nakon vodika.
◁ Helij, oh, oh. G-ta jezgra.
Helij(lat. Helij), kemijski element VIII grupa periodni sustav elemenata, odnosi se na plemenite plinove; bez boje i mirisa, gustoće 0,178 g/l. Teže ga je ukapljiti od svih poznatih plinova (na -268,93ºC); jedina tvar koja se ne stvrdnjava pod normalnim tlakom, koliko god duboko bila ohlađena. Tekući helij je kvantna tekućina sa superfluidnošću ispod 2,17ºK (-270,98ºC). U br velike količine helij se nalazi u zraku i Zemljina kora, gdje stalno nastaje pri raspadu urana i drugih α-radioaktivnih elemenata (α-čestice su jezgre atoma helija). Helij je puno češći u Svemiru, primjerice na Suncu, gdje je i prvi put otkriven (otuda naziv: od grčkog hēlios - Sunce). Helij se dobiva iz prirodnih plinova. Koristi se u kriogenoj tehnologiji, za stvaranje inertnih medija, u aeronautici (za punjenje stratosferskih balona, baloni i tako dalje.).
HELIJHELIJ (lat. Helium), He (čitaj “helij”), kemijski element s atomskim brojem 2, atomska masa 4.002602. Pripada skupini inertnih ili plemenitih plinova (VIIIA skupina periodnog sustava), smještenih u 1. periodi.
Prirodni helij sastoji se od dva stabilna nuklida: 3 He (0,00013% po volumenu) i 4 He. Gotovo potpuna prevlast helija-4 povezana je s stvaranjem jezgri ovog nuklida tijekom radioaktivnog raspada atoma urana, torija, radija i drugih koji su se dogodili tijekom duge povijesti Zemlje.
Polumjer neutralnog atoma helija je 0,122 nm. Elektronska konfiguracija neutralnog nepobuđenog atoma 1s 2
. Energije sekvencijalne ionizacije neutralnog atoma jednake su 24,587 odnosno 54,416 eV (atom helija ima najveću energiju apstrakcije prvog elektrona među neutralnim atomima svih elemenata).
Jednostavna tvar helij je lagani monoatomski plin bez boje, okusa ili mirisa.
Povijest otkrića
Otkriće helija počelo je 1868. godine, kada je tijekom promatranja pomrčina Sunca astronomi Francuz P. J. Jansen (cm. JANSIN Pierre Jules Cesar) i Englez D. N. Lockyer (cm. SKLADAR Joseph Norman) nezavisno otkriveni u spektru Sunčeve korone (cm. SUNČEVA KORONA)žuta linija (tzv D 3 -linija), što se nije moglo pripisati niti jednom od tada poznatih elemenata. Godine 1871. Lockyer je objasnio njegovo podrijetlo prisutnošću novog elementa na Suncu. Godine 1895. Englez W. Ramsay (cm. RAMSAY William) izolirao je plin iz prirodne radioaktivne rude kleveita, u čijem spektru isti D 3 linija. Lockyer je novom elementu dao ime koje odražava povijest njegovog otkrića (grčki Helios - sunce). Budući da je Lockyer vjerovao da je otkriveni element metal, upotrijebio je završetak "lim" u latinskom nazivu elementa (što odgovara ruskom završetku "ii"), koji se obično koristi u nazivu metala. Tako je helij davno prije otkrića na Zemlji dobio ime koje ga svojim završetkom razlikuje od naziva ostalih inertnih plinova.
Biti u prirodi
U atmosferskom zraku sadržaj helija je vrlo mali i iznosi oko 5,27·10 -4 % po volumenu. U zemljinoj kori ga ima 0,8·10 -6%, u morska voda- 4·10 -10%. Izvor helija su nafta i prirodni plinovi koji sadrže helij, u kojima sadržaj helija doseže 2-3%, au rijetkim slučajevima 8-10% volumena. Ali u svemiru, helij je drugi najzastupljeniji element (nakon vodika): čini 23% kozmičke mase.
Priznanica
Tehnologija proizvodnje helija vrlo je složena: on se iz prirodnih plinova koji sadrže helij izdvaja metodom dubokog hlađenja. Ležišta takvih plinova postoje u Rusiji, SAD-u, Kanadi i Južnoj Africi. Helij sadrže i neki minerali (monazit, torianit i drugi), a iz 1 kg minerala zagrijavanjem se može osloboditi do 10 litara helija.
Fizička svojstva
Helij je lagan, nezapaljiv plin, gustoća plina helija u normalnim uvjetima je 0,178 kg/m 3 (samo je plin vodik manji). Vrelište helija (pri normalnom tlaku) je oko 4,2 K (ili –268,93 °C, ovo je najniže vrelište).
Pri normalnom tlaku tekući helij ne može se pretvoriti u krutinu čak ni pri temperaturama blizu apsolutne nule (0K). Pri tlaku od oko 3,76 MPa, talište helija je 2,0 K. Najniži tlak pri kojem dolazi do prijelaza tekućeg helija u kruto stanje- 2,5 MPa (25 at), talište helija je oko 1,1 K (–272,1 °C).
U 100 ml vode pri 20 °C otapa se 0,86 ml helija, a još je manja topljivost u organskim otapalima. Lagane molekule helija dobro prolaze (difundiraju) kroz različite materijale (plastiku, staklo, neke metale).
Za tekući helij-4, ohlađen ispod –270,97 °C, uočen je niz neobičnih učinaka, što daje razlog da se ova tekućina smatra posebnom, tzv. kvantnom tekućinom. Ova tekućina se obično naziva helij-II, za razliku od tekućeg helija-I, tekućine koja postoji na nešto višim temperaturama. Grafikon promjene toplinskog kapaciteta tekućeg helija s promjenama temperature sliči grčko slovo lambda(l). Temperatura prijelaza helija-I u helij-II je 2,186 K. Ta se temperatura često naziva l-točka.
Tekući helij-II može brzo prodrijeti kroz malene rupe i kapilare bez pokazivanja viskoznosti (tzv. superfluidnost (cm. SUPERFLUIDNOST) tekući helij-II). Osim toga, filmovi helija-II brzo se kreću po površini čvrste tvari, zbog čega tekućina brzo napušta posudu u kojoj je stavljena. Ovo svojstvo helija-II naziva se superpuzanje. Superfluidnost helija-II otkrio je 1938. sovjetski fizičar P. L. Kapitsa (cm. Kapica Petar Leonidovič) (Nobelova nagrada fizike, 1978). Objašnjenje jedinstvenih svojstava helija-II dao je drugi sovjetski fizičar L. D. Landau (cm. LANDAU Lev Davidovič) 1941.-1944. (Nobelova nagrada za fiziku, 1962.).
Helij ne stvara nikakve kemijske spojeve. Istina, u razrijeđenom ioniziranom heliju moguće je otkriti prilično stabilne dvoatomne He 2+ ione.
Primjena
Helij se koristi za stvaranje inertne i zaštitne atmosfere kod zavarivanja, rezanja i taljenja metala, kod pumpanja raketnog goriva, za punjenje zračnih brodova i balona, kao sastavni dio okoline helijskih lasera. Tekući helij, najhladnija tekućina na Zemlji, jedinstvena je rashladna tekućina u eksperimentalnoj fizici, koja omogućuje korištenje ultraniskih temperatura u znanstvenim istraživanjima (na primjer, u proučavanju električne supravodljivosti (cm. SUPRAVODLJIVOST)). Zbog činjenice da je helij vrlo slabo topljiv u krvi, koristi se kao komponenta umjetni zrak koji se dovodi roniocima za disanje. Zamjena dušika helijem sprječava dekompresijsku bolest (cm. KEZONSKA BOLEST)(kada udišete obični zrak, dušik se pod visokim tlakom otapa u krvi i zatim se iz nje oslobađa u obliku mjehurića koji začepljuju male žile).
enciklopedijski rječnik. 2009 .
Sinonimi:Pogledajte što je "helij" u drugim rječnicima:
- (lat. Helium) He, kemijski element VIII skupine periodnog sustava, atomski broj 2, atomska masa 4,002602, pripada plemenitim plinovima; bez boje i mirisa, gustoće 0,178 g/l. Teže ga je ukapljiti od svih poznatih plinova (na 268,93.C);... ... Veliki enciklopedijski rječnik
- (grčki, od helyos sunce). Elementarno tijelo otkriveno u solarnom spektru i prisutno na zemlji u nekim rijetkim mineralima; nalazi se u zraku u zanemarivim količinama. Rječnik stranih riječi uključenih u ruski jezik. Chudinov A.N ... Rječnik stranih riječi ruskog jezika
- (simbol He), plinoviti nemetalni element, PLEMENITI PLIN, otkriven 1868. Prvi put dobiven iz minerala klevita (vrsta uranita) 1895. Trenutno je njegov glavni izvor prirodni plin. Također sadržano u ... ... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik
Ja, muž. , staro Eliy, I. Izvješće: Gelievich, Gelievna Izvedenice: Gelya (Gela); Elya.Podrijetlo: (Od grčkog hēlios sunce.)Imendan: 27. srpnja Rječnik osobnih imena. Helij Vidi Ellij. Dnevni anđeo. Referenca... Rječnik osobnih imena
HELIJ- kem. element, simbol He (lat. Helium), at. n. 2, na. m. 4.002, odnosi se na inertne (plemenite) plinove; bez boje i mirisa, gustoće 0,178 kg/m3. Pod uobičajenim uvjetima, plin je monoatomski plin, čiji se atom sastoji od jezgre i dva elektrona; formiran je... Velika politehnička enciklopedija
- (Helij), He, kemijski element VIII skupine periodnog sustava, atomski broj 2, atomska masa 4,002602; spada u plemenite plinove; tvar s najnižim vrelištem (t.k. 268,93°C), jedina koja se ne stvrdnjava pri normalnom tlaku;... ... Moderna enciklopedija
Chem. element osmi gr. periodni sustav, redni broj 2; inertni plin s at. V. 4.003. Sastoji se od dva stabilna izotopa He4 i He3. Soder. Oni nisu konstantni i ovise o izvoru nastanka, ali uvijek prevladava teški izotop. U…… Geološka enciklopedija
Helij- (Helij), He, kemijski element VIII skupine periodnog sustava, atomski broj 2, atomska masa 4,002602; spada u plemenite plinove; tvar s najnižim vrelištem (vrelište 268,93°C), jedina koja se ne stvrdnjava pri normalnom tlaku;... ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik
Helij(He) je inertni plin, koji je drugi element periodnog sustava elemenata, kao i drugi element po lakoći i obilju u Svemiru. Spada u jednostavne tvari i pod standardnim uvjetima (standardna temperatura i tlak) je jednoatomski plin.
Helij Bez okusa je, bez boje, mirisa i ne sadrži toksine.
Među svima jednostavne tvari, helij ima najniže vrelište (T = 4,216 K). Pri atmosferskom tlaku nemoguće je dobiti čvrsti helij, čak ni pri temperaturama blizu apsolutne nule - da bi prešao u čvrsti oblik, heliju je potreban tlak iznad 25 atmosfera. Kemijski spojevi Ima malo helija i svi su nestabilni u standardnim uvjetima.
Helij koji se nalazi u prirodi sastoji se od dva stabilna izotopa, He i 4He. Izotop "He" je vrlo rijedak (zastupljenost izotopa 0,00014%) s 99,99986% za izotop 4He. Osim prirodnih, poznato je i 6 umjetnih radioaktivnih izotopa helija.
Pojava gotovo svega u Svemiru, helija, bila je primarna nukleosinteza koja se dogodila u prvim minutama nakon Velikog praska.
Trenutno, gotovo svi helij nastaje iz vodika kao rezultat termonuklearne fuzije koja se odvija u unutrašnjosti zvijezda. Na našem planetu helij nastaje tijekom alfa raspada teških elemenata. Onaj dio helija koji uspije procuriti kroz Zemljinu koru izlazi kao dio prirodnog plina i može činiti čak 7% njegovog sastava. Označiti helij od prirodnog plina koristi se frakcijska destilacija – postupak niskotemperaturnog odvajanja elemenata.
Povijest otkrića helija
Dana 18. kolovoza 1868. godine očekivala se potpuna pomrčina Sunca. Astronomi diljem svijeta aktivno su se pripremali za ovaj dan. Nadali su se riješiti misterij prominencija - svjetlećih izbočina vidljivih u trenutku potpune pomrčine Sunca duž rubova sunčevog diska. Neki su astronomi vjerovali da su prominencije visoke Mjesečeve planine, koje su u trenutku potpune pomrčine Sunca bile obasjane Sunčevim zrakama; drugi su mislili da su prominencije planine na samom Suncu; treći su pak u sunčevim izbočinama vidjeli vatrene oblake sunčeve atmosfere. Većina je vjerovala da prominencije nisu ništa više od optičke varke.
Godine 1851., tijekom pomrčine Sunca promatrane u Europi, njemački astronom Schmidt ne samo da je vidio solarne izbočine, već je uspio vidjeti i da se njihovi obrisi mijenjaju tijekom vremena. Na temelju svojih opažanja, Schmidt je zaključio da su prominencije oblaci vrućih plinova izbačenih u sunčevu atmosferu golemim erupcijama. Međutim, čak i nakon Schmidtovih opažanja, mnogi astronomi još uvijek su vatrene projekcije smatrali optičkom varkom.
Tek nakon potpune pomrčine 18. srpnja 1860., koja je opažena u Španjolskoj, kada su mnogi astronomi svojim očima vidjeli Sunčeve izbočine, a Talijan Secchi i Francuz Dellar uspjeli ih ne samo skicirati, nego i fotografirati, nitko imao ikakvih sumnji o postojanju prominencija .
Do 1860. godine već je izumljen spektroskop - uređaj koji omogućuje da se promatranjem vidljivog dijela optičkog spektra odredi kvalitativni sastav tijela od kojeg se dobiva promatrani spektar. Međutim, na dan pomrčine Sunca nitko od astronoma nije spektroskopom ispitao spektar prominencija. Sjetili su se spektroskopa kad je pomrčina već bila gotova.
Zato je pripremajući se za pomrčinu Sunca 1868. svaki astronom uvrstio spektroskop u popis instrumenata za promatranje. Jules Jansen, poznati francuski znanstvenik, nije zaboravio ovaj uređaj kada je otišao u Indiju promatrati prominencije, gdje su uvjeti za promatranje pomrčine Sunca, prema proračunima astronoma, bili najbolji.
U trenutku kada je svjetlucavi disk Sunca bio potpuno prekriven Mjesecom, Jules Jansen je pomoću spektroskopa, promatrajući narančasto-crvene plamenove koji su izbijali s površine Sunca, u spektru, osim tri poznate linije, vidio i vodika: crvena, zeleno-plava i plava, nova, nepoznata – jarko žuta. Nijedna od tvari poznatih kemičarima tog vremena nije imala takvu liniju u onom dijelu spektra gdje ju je otkrio Jules Jansen. Do istog otkrića, ali kod kuće u Engleskoj, došao je astronom Norman Lockyer.
25. listopada 1868. Pariška akademija znanosti primila je dva pisma. Jedna, napisana dan nakon pomrčine Sunca, stigla je iz Guntura, malog grada na istočnoj obali Indije, od Julesa Jansena; drugo pismo, od 20. listopada 1868., bilo je iz Engleske od Normana Lockyera.
Primljena pisma pročitana su na sastanku profesora Pariške akademije znanosti. U njima su Jules Jansen i Norman Lockyer, neovisno jedan o drugom, izvijestili o otkriću iste “solarne tvari”. Lockyer je predložio da se ova nova tvar, pronađena na površini Sunca pomoću spektroskopa, nazove helijem od grčke riječi za sunce - helios.
Ova koincidencija iznenadila je znanstveni skup profesora Akademija i ujedno posvjedočila o objektivnoj prirodi otkrića novog kemijska tvar. U čast otkrića tvari sunčevih baklji (prominencija) iskovana je medalja. Na jednoj strani ove medalje nalaze se portreti Jansena i Lockyera, a na drugoj je slika starogrčkog boga sunca Apolona u kočiji koju vuku četiri konja. Ispod kola nalazio se natpis na francuski: "Analiza solarnih izbočina 18. kolovoza 1868."
Godine 1895. londonski kemičar Henry Myers skrenuo je pozornost Williama Ramsaya, poznatog engleskog fizikalnog kemičara, na tada zaboravljeni članak geologa Hildebranda. U ovom je članku Hildebrand tvrdio da neki rijetki minerali, kada se zagrijavaju u sumpornoj kiselini, ispuštaju plin koji ne gori i ne podržava gorenje. Među tim rijetkim mineralima bio je kleveit, kojeg je u Norveškoj pronašao Nordenskiöld, poznati švedski istraživač polarnih područja.
Ramsay je odlučio istražiti prirodu plina sadržanog u kleveitu. U svim kemijskim trgovinama u Londonu, Ramsayjevi pomoćnici uspjeli su kupiti samo... jedan gram kleveita, plativši ga samo 3,5 šilinga. Nakon što je iz dobivene količine kleveita izdvojio nekoliko kubičnih centimetara plina i očistio ga od nečistoća, Ramsay ga je ispitao spektroskopom. Rezultat je bio neočekivan: pokazalo se da je plin oslobođen iz kleveita... helij!
Ne vjerujući svom otkriću, Ramsay se obratio Williamu Crookesu, tada najvećem stručnjaku za spektralnu analizu u Londonu, sa zahtjevom da prouči plin izoliran iz kleveita.
Crookes je pregledao plin. Rezultat istraživanja potvrdio je Ramsayjevo otkriće. Tako je 23. ožujka 1895. godine na Zemlji otkrivena tvar koja je prije 27 godina pronađena na Suncu. Istoga dana Ramsay je objavio svoje otkriće, poslavši jednu poruku Kraljevskom društvu u Londonu, a drugu poznatom francuskom kemičaru akademiku Berthelotu. U pismu Berthelotu, Ramsay je tražio da o svom otkriću izvijesti znanstveni sastanak profesora na Pariškoj akademiji.
15 dana nakon Ramsaya, neovisno o njemu, švedski kemičar Langlais izolirao je helij iz kleveita i, poput Ramsaya, o svom otkriću helija izvijestio kemičara Berthelota.
Po treći put otkriven je helij u zraku, gdje je, prema Ramsayu, trebao doći iz rijetkih minerala (cleveite i dr.) tijekom razaranja i kemijskih transformacija na Zemlji.
Helij je također pronađen u malim količinama u vodi nekih mineralnih izvora. Na primjer, pronašao ga je Ramsay u ljekovitom izvoru Cauterets u planinama Pirineja, engleski fizičar John William Rayleigh pronašao ga je u vodama izvora u poznatom ljetovalištu Bath, njemački fizičar Kaiser otkrio je helij u izvorima koji teku u planinama Schwarzwald. Međutim, helija je bilo najviše u nekim mineralima. Nalazi se u samarskitu, fergusonitu, kolumbitu, monazitu i uranitu. Mineral torianit s otoka Cejlon sadrži posebno velike količine helija. Kilogram torianita oslobađa 10 litara helija kada se zagrije do crvenog.
Ubrzo je otkriveno da se helij nalazi samo u onim mineralima koji sadrže radioaktivni uran i torij. Alfa zrake koje emitiraju neki radioaktivni elementi nisu ništa drugo nego jezgre atoma helija.
Iz povijesti...
Njegova neobična svojstva omogućuju široku primjenu helija u razne svrhe. Prvi, sasvim logičan, s obzirom na njegovu lakoću, je korištenje u balonima i zračnim brodovima. Štoviše, za razliku od vodika, nije eksplozivan. Ovo svojstvo helija koristili su Nijemci u Prvom svjetskom ratu na borbenim zračnim brodovima. Loša strana njegove uporabe je ta što zračni brod napunjen helijem neće letjeti tako visoko kao onaj na vodik.
Bombardirati velike gradove, uglavnom prijestolnice Engleske i Francuske, prvo je njemačko zapovjedništvo svjetski rat rabljeni zračni brodovi (cepelini). Za njihovo punjenje korišten je vodik. Stoga je borba protiv njih bila relativno jednostavna: zapaljivi projektil koji je pogodio oklop zračnog broda zapalio je vodik, koji je odmah planuo i naprava je izgorjela. Od 123 zračna broda izgrađena u Njemačkoj tijekom Prvog svjetskog rata, 40 je uništeno u požaru. zapaljive granate. Ali jednog dana glavni stožer britanske vojske iznenadila je poruka od posebne važnosti. Izravni pogoci zapaljivim granatama na njemački Zeppelin bili su neuspješni. Zračni brod nije planuo, već je polako iscurio s nekim nepoznatim plinom i odletio natrag.
Vojni stručnjaci bili su zbunjeni i, unatoč hitnoj i detaljnoj raspravi o pitanju nezapaljivosti Zeppelina od zapaljivih granata, nisu mogli pronaći potrebno objašnjenje. Zagonetku je riješio engleski kemičar Richard Threlfall. U pismu britanskom Admiralitetu napisao je: "... Vjerujem da su Nijemci izmislili neki način proizvodnje helija u velikim količinama, a ovaj put nisu napunili oklop svog cepelina vodikom, kao obično, već s helij..."
Međutim, vjerodostojnost Threlfallovih argumenata bila je umanjena činjenicom da u Njemačkoj nije bilo značajnih izvora helija. Istina, helija ima u zraku, ali ga ima malo: jedan kubični metar zraka sadrži samo 5 kubičnih centimetara helija. Rashladni stroj Linde System, koji u jednom satu pretvara nekoliko stotina kubičnih metara zraka u tekućinu, za to vrijeme nije mogao proizvesti više od 3 litre helija.
3 litre helija na sat! A za punjenje cepelina treba vam 5-6 tisuća kubika. m. Da bi se dobila tolika količina helija, jedan Lindeov stroj morao je raditi bez prestanka oko dvjesto godina, dvije stotine takvih strojeva dalo bi potrebnu količinu helija u jednoj godini. Izgradnja 200 postrojenja za pretvaranje zraka u tekućinu za proizvodnju helija ekonomski je vrlo neisplativa i praktički besmislena.
Odakle su njemački kemičari dobili helij?
Ovo je pitanje, kako se kasnije pokazalo, riješeno relativno jednostavno. Davno prije rata, njemačke brodarske tvrtke koje su prevozile robu u Indiju i Brazil dobile su upute da brodove koji se vraćaju ne krcaju običnim balastom, već monacitnim pijeskom koji sadrži helij. Tako je stvorena rezerva "sirovina helija" - oko 5 tisuća tona monazitnog pijeska, iz kojeg je dobiven helij za cepeline. Osim toga, helij je izvađen iz vode mineralnog izvora Nauheim, koji je dao do 70 kubnih metara. m helija dnevno.
Incident s vatrostalnim cepelinom bio je poticaj za nove potrage za helijem. Kemičari, fizičari i geolozi počeli su intenzivno tragati za helijem. Odjednom je dobio ogromnu vrijednost. Godine 1916. 1 kubni metar helija koštao je 200 000 rubalja u zlatu, tj. 200 rubalja po litri. Ako uzmemo u obzir da litra helija teži 0,18 g, tada 1 g košta više od 1000 rubalja.
Helij je postao predmetom lova trgovaca, špekulanata i burzovnih posrednika. Helij je u znatnim količinama otkriven u prirodnim plinovima koji izbijaju iz utrobe zemlje u Americi, u državi Kansas, gdje je nakon ulaska Amerike u rat u blizini grada Fort Wortha izgrađena tvornica helija. Ali rat je završio, rezerve helija ostale su neiskorištene, cijena helija naglo je pala i krajem 1918. iznosila je oko četiri rublje po kubnom metru.
Tako teško dobiven helij Amerikanci su upotrijebili tek 1923. za punjenje danas miroljubivog zračnog broda Shenandoah. Bio je to prvi i jedini zračni teretno-putnički brod punjen helijem. Međutim, pokazalo se da je njegov "život" bio kratkog daha. Dvije godine nakon rođenja, Shenandoah je uništila oluja. 55 tisuća kubika m, gotovo cjelokupna svjetska zaliha helija, prikupljena tijekom šest godina, raspršila se bez traga u atmosferi tijekom oluje koja je trajala samo 30 minuta.
Primjena helija
Helij u prirodi
Uglavnom zemaljski helij nastaje tijekom radioaktivnog raspada urana-238, urana-235, torija i nestabilnih proizvoda njihovog raspada. Neusporedivo manje količine helija nastaju sporim raspadom samarija-147 i bizmuta. Svi ovi elementi stvaraju samo teški izotop helija - He 4, čiji se atomi mogu smatrati ostacima alfa čestica ukopanih u ljusci od dva uparena elektrona - u elektronskom dubletu. U ranim geološkim razdobljima vjerojatno je bilo drugih prirodno radioaktivnih nizova elemenata koji su već nestali s lica Zemlje, zasitivši planet helijem. Jedna od njih bila je sada umjetno rekreirana serija neptunija.
Prema količini helija zaključanog u stijeni ili mineralu, može se procijeniti njegova apsolutna starost. Ta se mjerenja temelje na zakonima radioaktivnog raspada: na primjer, polovica urana-238 pretvara se u helij i voditi.
Helij polako se nakuplja u zemljinoj kori. Jedna tona granita koja sadrži 2 g urana i 10 g torija proizvodi samo 0,09 mg helija tijekom milijun godina - pola kubičnog centimetra. Vrlo malo minerala bogatih uranom i torijem ima prilično visok sadržaj helija - nekoliko kubičnih centimetara helija po gramu. Međutim, udio ovih minerala u prirodnoj proizvodnji helija je blizu nule, jer su vrlo rijetki.
Na Zemlji ima malo helija: 1 m 3 zraka sadrži samo 5,24 cm 3 helija, a svaki kilogram zemaljskog materijala sadrži 0,003 mg helija. Ali u smislu rasprostranjenosti u svemiru, helij je na drugom mjestu nakon vodika: helij čini oko 23% kozmičke mase. Otprilike polovica ukupnog helija koncentrirana je u zemljinoj kori, uglavnom u njezinoj granitnoj ljusci, koja je akumulirala glavne rezerve radioaktivnih elemenata. Sadržaj helija u zemljinoj kori je nizak - 3 x 10 -7% po masi. Helij se nakuplja u nakupinama slobodnog plina u podzemlju i uljima; Takve naslage dosežu industrijske razmjere. Najveće koncentracije helija (10-13%) utvrđene su u akumulacijama slobodnog plina i plinovima rudnika urana te (20-25%) u plinovima spontano oslobođenim iz podzemnih voda. Što su plinonosne sedimentne stijene starije i što je sadržaj radioaktivnih elemenata u njima veći, to je više helija u sastavu prirodnih plinova.
Ekstrakcija helija
Helij se proizvodi u industrijskim razmjerima iz prirodnih i naftnih plinova ugljikovodika i dušika. Na temelju kvalitete sirovine nalazišta helija dijele se na: bogata (sadržaj he > 0,5% vol.); obični (0,10-0,50) i siromašni< 0,10). Значительные его концентрации известны в некоторых месторождениях природного газа Канады, США (шт. Канзас, Техас, Нью-Мексико, Юта).
Svjetske rezerve helija iznose 45,6 milijardi kubičnih metara. Veliki depoziti nalaze se u SAD-u (45% svjetskih resursa), zatim u Rusiji (32%), Alžiru (7%), Kanadi (7%) i Kini (4%).
Sjedinjene Države također vode u proizvodnji helija (140 milijuna kubičnih metara godišnje), a slijedi ih Alžir (16 milijuna).
Rusija je treća u svijetu - 6 milijuna kubičnih metara godišnje. Tvornica helija u Orenburgu trenutno je jedini domaći izvor proizvodnje helija, a proizvodnja plina je u padu. U tom smislu, plinska polja istočnog Sibira i Daleki istok s visokim koncentracijama helija (do 0,6%) dobivaju posebnu važnost. Jedan od najperspektivnijih je Kovykta ha je polje kondenzata koje se nalazi na sjeveru Irkutske regije. Prema stručnjacima, sadrži oko 25% svjetskih x rezerve helija.
|
Naziv indikatora |
Helij (razred A) (prema TU 51-940-80) |
Helij (razred B) (prema TU 51-940-80) |
Helij visoke čistoće, stupanj 5.5 (prema TU 0271-001-45905715-02) |
Helij visoke čistoće, stupanj 6.0 (prema TU 0271-001-45905715-02) |
|
Helij, ništa manje |
||||
|
Dušik, ne više |
||||
|
Kisik + argon |
||||
|
Neon, ništa više |
||||
|
Vodena para, ne više |
||||
|
Ugljikovodici, ne više |
||||
|
CO2 + CO, ne više |
||||
|
Vodik, ne više |
Sigurnost
– Helij nije otrovan, nije zapaljiv, nije eksplozivan
– Helij je dopušteno koristiti na svim mjestima s velikim brojem ljudi: na koncertima, reklamnim događajima, stadionima, u trgovinama.
– Plin helij je fiziološki inertan i ne predstavlja opasnost za ljude.
– Helij nije opasan za okoliš pa nije potrebna neutralizacija, recikliranje i odlaganje njegovih ostataka u cilindre.
– Helij je mnogo lakši od zraka i rasipa se u gornjim slojevima Zemljine atmosfere.
|
Helij (stupnjevi A i B prema TU 51-940-80) |
|
|
Tehnički naziv |
Plin helij |
|
OON broj |
|
|
Klasa opasnosti u transportu |
|
|
Fizička svojstva |
|
|
Psihičko stanje |
U normalnim uvjetima - plin |
|
Gustoća, kg/m³ |
U normalnim uvjetima (101,3 kPa, 20 C), 1627 |
|
Vrelište, C pri 101,3 kPa |
|
|
Temperatura 3. točke i njen ravnotežni tlak C, (mPa) |
|
|
Topivost u vodi |
neznatan |
|
Opasnost od požara i eksplozije |
otporan na požar i eksploziju |
|
Stabilnost i reaktivnost |
|
|
Stabilnost |
Stabilan |
|
Reaktivnost |
Inertni plin |
|
Opasnost za ljude |
|
|
Toksični učinci |
Netoksičan |
|
Opasnost po okoliš |
Nema štetan utjecaj na okoliš |
|
Objekti |
Primjenjivo je bilo koje sredstvo |
Skladištenje i transport helija
Plinoviti helij može se prevoziti svim vrstama prijevoza u skladu s pravilima za prijevoz robe na određenom načinu prijevoza. Prijevoz se obavlja u specijalnim smeđim čeličnim cilindrima i spremnicima za prijevoz helija. Tekući helij transportira se u transportnim posudama tipa STG-40, STG-10 i STG-25 zapremine 40, 10 i 25 litara.
Pravila za prijevoz boca s tehničkim plinovima
Prijevoz opasnih tvari u Ruska Federacija reguliran je sljedećim dokumentima:
1. „Pravila za prijevoz opasnih tvari cestom” (izmijenjena Nalozima Ministarstva prometa Ruske Federacije od 11. lipnja 1999. br. 37, od 14. listopada 1999. br. 77; registrirano pri Ministarstvu Pravosuđe Ruske Federacije 18. prosinca 1995., registarski broj 997).
2. “Europski sporazum o međunarodnom cestovnom prijevozu opasnih tvari” (ADR), kojem se Rusija službeno pridružila 28. travnja 1994. (Uredba Vlade RF br. 76 od 02.03.1994.).
3. "Pravila" promet"(Prometni propisi 2006), odnosno članak 23.5, koji utvrđuje da se "Prijevoz... opasnih tvari... obavlja u skladu s posebnim pravilima."
4. „Kodeks Ruske Federacije o upravnim prekršajima”, članak 12.21, dio 2 koji predviđa odgovornost za kršenje pravila za prijevoz opasnih tvari u obliku „administrativne novčane kazne za vozače u iznosu od jednog do tri puta većeg od minimalne plaće ili oduzimanje prava na upravljanje motornim vozilima u trajanju od jednog do tri mjeseca; za službene osobe zadužene za promet – od desetostrukog do dvadesetostrukog iznosa minimalne plaće.”
U skladu s klauzulom 3, točkom 1.2, “Pravila se ne primjenjuju na... prijevoz ograničene količine opasnih tvari na jednom vozilu, čiji se prijevoz može smatrati prijevozom neopasnog tereta.” Također se pojašnjava da je "ograničena količina opasnih tvari određena u zahtjevima za siguran prijevoz određene vrste opasnih tvari. Pri određivanju iste moguće je koristiti zahtjeve Europskog sporazuma o međunarodnom prijevozu opasnih tvari (ADR)." Dakle, pitanje maksimalne količine tvari koje se mogu prevoziti kao neopasne robe svodi se na proučavanje odjeljka 1.1.3 ADR-a, koji utvrđuje iznimke od europskih pravila za prijevoz opasnih roba povezanih s različitim okolnostima.
Tako, na primjer, u skladu s klauzulom 1.1.3.1 „Odredbe ADR-a ne primjenjuju se... na prijevoz opasnih tvari od strane privatnih osoba, kada je ta roba pakirana za maloprodaju i namijenjena je za njihovu osobnu potrošnju, kućanstvo korištenje, slobodno vrijeme ili sport, pod uvjetom da su poduzete mjere za sprječavanje bilo kakvog curenja sadržaja u normalnim uvjetima prijevoza."
Međutim, skupina izuzeća formalno priznatih pravilima za prijevoz opasnih tvari su izuzeća povezana s količinama koje se prevoze u jednoj prijevoznoj jedinici (klauzula 1.1.3.6).
Svi plinovi svrstani su u drugu klasu tvari prema ADR klasifikaciji. Nezapaljivi, neotrovni plinovi (skupine A - neutralni i O - oksidirajući) pripadaju trećoj transportnoj kategoriji, s maksimalnom količinom ograničenom na 1000 jedinica. Lako zapaljivo (skupina F) - do druge, s maksimalnom količinom ograničenom na 333 jedinice. Pod "jedinicom" ovdje podrazumijevamo 1 litru zapremine posude koja sadrži stlačeni plin ili 1 kg ukapljenog ili otopljenog plina. Dakle, maksimalna količina plinova koja se može prevoziti u jednoj transportnoj jedinici kao neopasan teret je sljedeća:
Svima nam je poznat helij - vrlo lagan plin zahvaljujući kojem Baloni a cepelini se dižu u zrak. Helij ima vrlo važnu sigurnosnu prednost - ne gori niti eksplodira kao vodik. Ovaj plin također je sastavni dio zračnih smjesa koje koriste za disanje ronioci u dubokom moru - za razliku od dušika, gotovo je netopljiv u krvi ili lipidima (komponente masti) čak i pod uvjetima vrlo visokog tlaka.
Helij vam pomaže bez njega dušična narkoza, u kojem je živčani sustav (koji se sastoji od 60% lipida) prožet dušikom, ostavljajući ronioce osjećaj kao da su popili jedan martini na dubini od 30 metara. Ovaj plin također pomaže u izbjegavanju pojave dekompresijske bolesti, poznate i kao dekompresijska bolest. Ovo je bolno i opasno stanje u kojem u krvi, živčani sustav Mjehurići dušika stvaraju se u roniočevim zglobovima i ispod kože kada tlak padne prebrzo dok se ronilac izdiže na površinu. Mješavina helija i kisika (zvana heliox) čini glas vrlo piskavim - to je zbog činjenice da zvuk kroz helij putuje mnogo brže nego kroz zrak, a upravo to svojstvo helija čini ga omiljenom šalom tijekom blagdana kada su baloni napuhani helijem. .
Helij je drugi najlakši kemijski element, koji ima mnogo nevjerojatna svojstva . Ovaj je plin dobio ime po tome što je prvi put otkriven u svjetlosnoj slici na suncu (na grčki helios) prije nego što je otkriven na Zemlji. Svi se plinovi, kada su dovoljno ohlađeni, kondenziraju u tekuće stanje, a helij ima najnižu temperaturu kondenzacije od svih poznatih tvari (–269°C ili –452°F). Za razliku od drugih kemijskih elemenata, helij se nikada ne smrzava, bez obzira koliko je hladan, osim u uvjetima vrlo visokog tlaka. Dodatno, tekući oblik helija, kada se ohladi na temperature ispod –271°C (–456°F) formira jedinstvenu fazu koja se naziva superfluid – ovo supertekući Teče savršeno, bez ikakvog otpora (viskoznosti).
Vjeruje se da je helij na suncu nastao od nuklearna fuzija . Ovo je proces u kojem same jezgre vodika svjetlosni element, spajaju se u helij, oslobađajući ogromne količine energije.
Na Zemlji, ovaj plin nastaje uglavnom kao rezultat radioaktivnog alfa(a)-raspad. Poznati novozelandski fizičar Ernest Rutherford (1871. – 1937.) prvi je otkrio da su alfa čestice zapravo jezgre atoma helija. Tako helij nastaje od radioaktivnih elemenata sadržanih u stijenama, poput urana ili torija, te iz njih ulazi u zrak.
Znanstvenici mogu odrediti koliko brzo helij nastaje, koliko brzo napušta stijenu i koliko ga ulazi u zrak te koliko helija može biti izgubljeno iz zraka u svemir. Također mogu mjeriti količinu helija u stijenama i zraku. Na temelju toga znanstvenici mogu izračunati maksimalnu starost stijena i zraka. Rezultati su zbunjujući za one koji vjeruju u milijarde godina. Naravno, svi takvi proračuni temelje se na propozicijama o prošlosti, kao što su pretpostavke o početnim uvjetima i konstantnim koeficijentima raznih procesa. Nikada neće moći dokazati starost nečega. Za ovo vam je potreban očevidac koji je sve vidio svojim očima ( izgled Job 38:4 ).
Helij u atmosferi
Zrak se uglavnom sastoji od dušika (78,1%) i kisika (20,1%). Količina helija u njemu je vrlo mala (0,0005%). Ali to je još uvijek puno helija, točnije 3,71 milijardi tona. Međutim, budući da svake sekunde Budući da 67 grama helija ulazi u atmosferu iz zemljine kore, tada bi za nakupljanje helija koji danas postoji u atmosferi bilo potrebno oko dva milijuna godina , iako ga na samom početku uopće nije bilo.
Evolucionisti smatraju da je naša zemlja 2500 puta starija, tj 4,5 milijardi godina. Naravno, Zemlja je mogla biti stvorena s većinom promatranog helija, dakle dva milijuna godina maksimalna dob . (Ova starost bi mogla biti puno manja, poput 6000 godina.)
Osim toga, treba napomenuti da bi se u prošlosti stvaranje helija događalo brže nego u sadašnjosti, kako su se radioaktivni izvori raspadali. To bi dodatno smanjilo raspon starosti Zemlje.
Jedini način da se eliminira ovaj problem je pretpostaviti da helij jednostavno curi u svemir. Ali da bi se to dogodilo, atomi helija moraju se kretati dovoljno brzo da izbjegnu Zemljinu gravitaciju (tj. brzinom većom od brzina bijega). Sudari između atoma usporavaju njihovo kretanje, ali iznad kritične visine ( egzobaza), otprilike 500 kilometara iznad zemlje, sudari se događaju vrlo rijetko. Atomi koji prijeđu ovu visinu imaju šanse pobjeći ako putuju dovoljno brzo - najmanje 10,75 kilometara u sekundi. Imajte na umu da, iako će helij u balonu lebdjeti, kada se otvori jednostavno će se ravnomjerno pomiješati sa svim drugim plinovima, kao što je slučaj sa svim normalnim plinovima.
Prosječna brzina atoma može se izračunati ako je temperatura poznata, budući da je izravno povezana s prosječnom energijom atoma ili molekula. Poznati fizičar (i kreacionist) James Clerk Maxwell izračunao koliko bi atoma plina (ili molekula) imalo određenu brzinu pri bilo kojoj temperaturi i masi. Na taj način možemo izračunati koliko bi atoma prilično brzo prešlo egzobazu da bi pobjeglo u svemir.
Egzobaza je vrlo vruća. Ali čak i ako pretpostavimo temperaturu od 1500 K (1227°C ili 2241°F), što je više od prosječne temperature, najčešća brzina atoma helija je samo 2,5 kilometara u sekundi (5625 m/h), ili manje od četvrtine protoka. Malo se atoma kreće brže od prosječne brzine, a ipak količina helija koja teče u svemir je približno 1/40 količine helija koji ulazi u atmosferu. Ostali mehanizmi za bijeg također ne uspijevaju uzeti u obzir malu količinu helija u zraku, koja je oko 1/2000 količine koja bi bila prisutna u zraku nakon očekivanih milijardi godina.
Ovo je neriješen problem za atmosferskog fizičara koji vjeruje u duge epohe zemljine povijesti, K.G. Walkera, koji je rekao sljedeće: “...što se tiče razine helija u atmosferi, ovdje se suočavamo s problemom”. Drugi stručnjak, D.W. Chamberlain je također rekao da je ovaj problem u vezi s nakupljanjem helija “... neće nestati samo od sebe i ostat će neriješeno”.
Evolucijska zajednica očajnički pokušava pronaći druga objašnjenja za ovaj nedostatak helija, ali nijedno od njih nije prikladno. Jednostavno rješenje problema može se naći ako prihvatimo da Zemlja uopće nije tako stara kao što evolucionisti vjeruju! Kreacionist, znanstvenik Larry Vardiman, koji je proučavao atmosferu, dublje je proučio ovo pitanje i napisao opširniju studiju o ovom pitanju.
Helij u stijenama
Kao što smo već rekli, većina helija na zemlji nastaje kao rezultat radioaktivnog raspada u stijenama. Mali atomi plinovitog helija slobodno teku iz stijena u atmosferu.
Gore smo također rekli da je utvrđena brzina kojom helij ulazi u atmosferu. Ali također možemo mjeriti brzinu kojom helij istječe iz stijena. Taj se proces odvija brže u toplijim stijenama, a što dublje ulazite u zemlju, stijene postaju toplije.
Fizičar stvaranja Robert Gentry istraživao je duboko ležeći granit kao mogući način za sigurno skladištenje opasnog radioaktivnog otpada iz nuklearnih elektrana. Sigurno skladištenje zahtijeva da elementi ne prolaze prebrzo kroz stijenu.
Granit sadrži mineralne kristale tzv cirkoni(cirkonijev silikat, ZrSiO 4), koji često sadrže radioaktivne elemente. To znači da moraju formirati helij, koji mora teći u atmosferu.
Ali Gentry je otkrio da čak i duboko ležeći cirkoni (197°C ili 387°F) sadrže previše helija- to jest, ako su imali milijarde godina da istječu.
Međutim, ako je u stvarnosti prošlo samo nekoliko tisuća godina tijekom kojih je taj helij ušao u atmosferu, onda ne čudi da je tamo ostalo toliko helija.
[listopad 2002 Vijesti: Pogledajte podatke o ubrzanom nuklearnom raspadu u članku Nuklearni raspad: dokaz o mladosti svijeta , koju je napisao nuklearni fizičar kreacionist Dr Russell Humphreys .]
Zaključak
Količina helija u zraku i stijenama potpuno je u suprotnosti s idejom da je naša Zemlja stara milijardama godina, kako tvrde evolucionisti i progresivni kreacionisti. Ova količina helija je prilično znanstveni dokaz male dobi, kako jasno i jasno stoji u knjizi Postanka.
Helij je uistinu plemeniti plin. Još ga nije bilo moguće natjerati na bilo kakvu reakciju. Molekula helija je monoatomska. Što se tiče lakoće, ovaj plin je drugi nakon vodika, zrak je 7,25 puta teži od helija. Helij je gotovo netopljiv u vodi i drugim tekućinama. I na isti način, niti jedna tvar se ne otapa vidljivo u tekućem heliju.
Čvrsti helij ne može se dobiti ni na jednoj temperaturi osim ako se ne poveća tlak.
U povijesti otkrića, istraživanja i primjene ovog elementa mogu se pronaći imena mnogih istaknutih fizičara i kemičara. različite zemlje. Za helij su se zanimali i radili s helijem: Jansen (Francuska), Lockyer, Ramsay, Crookes, Rutherford (Engleska), Palmieri (Italija), Keesom, Kamerlingh-Onnes (Nizozemska), Feynman, Onsager (SAD), Kapitza , Kikoin, Landau ( Sovjetski Savez) i mnogi drugi istaknuti znanstvenici.
Jedinstveni izgled atoma helija određen je kombinacijom dviju nevjerojatnih prirodnih struktura - apsolutnih prvaka u kompaktnosti i čvrstoći. U jezgri helija, helij-4, obje unutarnuklearne ljuske su zasićene - i proton i neutron. Elektronski dublet koji uokviruje ovu jezgru također je zasićen. Ovi dizajni sadrže ključ za razumijevanje svojstava helija. To je izvor njegove fenomenalne kemijske inertnosti i rekordno male veličine njegovog atoma.
Uloga jezgre atoma helija - alfa čestice - ogromna je u povijesti nastanka i razvoja nuklearne fizike. Ako se sjećate, Rutherforda je do otkrića dovelo proučavanje raspršenja alfa čestica atomska jezgra. Bombardiranjem dušika alfa česticama po prvi put je postignuta međupretvorba elemenata - nešto o čemu su mnoge generacije alkemičara sanjale stoljećima. Istina, u ovoj se reakciji nije živa pretvorila u zlato, već dušik u kisik, ali to je gotovo jednako teško učiniti. Iste alfa čestice bile su uključene u otkriće neutrona i proizvodnju prvog umjetnog izotopa. Kasnije su pomoću alfa čestica sintetizirani curium, berkelium, californium i mendelevium.
Ove činjenice smo naveli samo s jednom svrhom - da pokažemo da je element broj 2 vrlo neobičan element.
Zemljin helij
Helij je neobičan element, a neobična je i njegova povijest. Otkriven je u sunčevoj atmosferi 13 godina ranije nego na Zemlji. Točnije, u spektru Sunčeve korone otkrivena je svijetlo žuta D linija, a što se iza nje krije postalo je pouzdano poznato tek nakon izdvajanja helija iz zemaljskih minerala koji sadrže radioaktivne elemente.
U zemljinoj kori postoji 29 izotopa čijim radioaktivnim raspadom nastaju alfa čestice – visoko aktivne jezgre atoma helija visoke energije.
U osnovi, zemaljski helij nastaje tijekom radioaktivnog raspada urana-238, urana-235, torija i nestabilnih proizvoda njihovog raspada. Neusporedivo manje količine helija nastaju sporim raspadom samarija-147 i bizmuta. Svi ti elementi proizvode samo teški izotop helija - 4 He, čiji se atomi mogu smatrati ostacima alfa čestica, zakopanih u ljusci od dva uparena elektrona - u elektronskom dubletu. U ranim geološkim razdobljima vjerojatno je bilo drugih prirodno radioaktivnih nizova elemenata koji su već nestali s lica Zemlje, zasitivši planet helijem. Jedna od njih bila je sada umjetno rekreirana serija neptunija.
Po količini helija zaključanog u stijeni ili mineralu može se procijeniti njihova apsolutna starost. Ta se mjerenja temelje na zakonima radioaktivnog raspada: na primjer, polovica urana-238 pretvara se u helij i voditi.
Helij se polako nakuplja u zemljinoj kori. Jedna tona granita koja sadrži 2 g urana i 10 g torija proizvodi samo 0,09 mg helija - pola kubičnog centimetra - tijekom milijun godina. Vrlo malo minerala bogatih uranom i torijem ima prilično visok sadržaj helija - nekoliko kubičnih centimetara helija po gramu. Međutim, udio ovih minerala u prirodnoj proizvodnji helija je blizu nule, jer su vrlo rijetki.
Helij pi Sunce su otkrili Francuz J. Jansen, koji je svoja promatranja obavio u Indiji 10. kolovoza 1868., i Englez J. Lockyer 20. listopada iste godine. Pisma obojice znanstvenika stigla su u Pariz istog dana i pročitana su na sastanku Pariške akademije znanosti 26. listopada, u razmaku od nekoliko minuta. Akademci, zadivljeni takvom čudnom slučajnošću, odlučili su izbaciti zlatnu medalju u čast ovog događaja.
Prirodni spojevi koji sadrže alfa-aktivne izotope samo su primarni izvor, ali ne i sirovina za industrijsku proizvodnju helija. Istina, neki minerali guste strukture - izvorni metali, magnetit, granat, apatit, cirkon i drugi - čvrsto zadržavaju helij sadržan u njima. Međutim, tijekom vremena većina minerala prolazi kroz procese trošenja, rekristalizacije itd., a helij ih napušta.
Mjehurići helija oslobođeni iz kristalnih struktura kreću na putovanje kroz zemljinu koru. Vrlo mali dio njih se otapa u podzemnim vodama. Da biste formirali više ili manje koncentrirane otopine helija, trebate posebni uvjeti, posebno visoki pritisci. Drugi dio lutajućeg helija bježi u atmosferu kroz pore i pukotine minerala. Preostale molekule plina padaju u podzemne zamke, gdje se nakupljaju desecima ili stotinama milijuna godina. Zamke su slojevi labavih stijena čije su šupljine ispunjene plinom. Podloga za takva plinska ležišta obično je voda i nafta, a na vrhu su prekriveni slojevima gustih stijena nepropusnim za plin.
Budući da i drugi plinovi (uglavnom metan, dušik, ugljični dioksid) također putuju u zemljinoj kori, i to u puno većim količinama, nakupine čistog helija ne postoje. Helij je prisutan u prirodnim plinovima kao manja nečistoća. Njegov sadržaj ne prelazi tisućinke, stotinke, rijetko desetinke postotka. Veliki (1,5-10%) sadržaj helija u naslagama metan-dušika izuzetno je rijetka pojava.
Pokazalo se da su prirodni plinovi praktički jedini izvor sirovina za industrijsku proizvodnju helija. Kako bi se odvojio od ostalih plinova, koristi se izuzetna hlapljivost helija, povezana s njegovom niskom temperaturom ukapljivanja. Nakon što su se sve ostale komponente prirodnog plina kondenzirale tijekom dubokog hlađenja, plin helij se ispumpava. Zatim se čisti od nečistoća. Čistoća tvorničkog helija doseže 99,995%.
Rezerve helija na Zemlji procjenjuju se na 54 014 m3; sudeći po izračunima, desetke puta više ga je formirano u zemljinoj kori tijekom 2 milijarde godina. Ovaj nesklad između teorije i prakse sasvim je razumljiv. Helij je lagani plin i poput vodika (iako sporije) isparava iz atmosfere u svemir. Vjerojatno se tijekom postojanja Zemlje helij našeg planeta više puta obnavljao - stari je ispario u svemir, a umjesto njega u atmosferu je ušao svježi helij - "izdahnut" od strane Zemlje.
U litosferi ima najmanje 200 tisuća puta više helija nego u atmosferi; Još više potencijalnog helija pohranjeno je u "utrobi" Zemlje - u alfa-aktivnim elementima. Ali ukupni sadržaj ovog elementa u Zemlji i atmosferi je mali. Helij je rijedak i difuzan plin. Postoji samo 0,003 mg helija na 1 kg zemaljskog materijala, a njegov sadržaj u zraku je 0,00052 posto volumena. Tako niska koncentracija još ne omogućuje ekonomično izdvajanje helija iz zraka.
Inertan, ali prijeko potreban helij
Krajem prošlog stoljeća engleski časopis Punch objavio je karikaturu u kojoj je helij prikazan kao lukavo namigujući čovječuljak – stanovnik Sunca. Tekst ispod slike je glasio: “Konačno sam uhvaćen na Zemlji! Ovo je trajalo dovoljno dugo! Pitam se koliko će trebati dok ne shvate što će sa mnom?”
Doista, 34 godine je prošlo od otkrića zemaljskog helija (prvi izvještaj o tome objavljen je 1881.) prije nego što je pronašao praktičnu upotrebu. Određenu ulogu tu su odigrali izvorni fizikalno-tehnički, električni i, u manjoj mjeri, Kemijska svojstva helija, što je zahtijevalo dugotrajno proučavanje. Glavne prepreke bile su rasipanje i visoka cijena elementa br. 2. Zbog toga helij nije bio dostupan u praksi.
Nijemci su prvi upotrijebili helij. Godine 1915. počeli su njime puniti svoje zračne brodove koji su bombardirali London. Ubrzo je lagani, ali nezapaljivi helij postao nezamjenjivo punilo za aeronautička vozila. Pad u izgradnji zračnih brodova koji je započeo sredinom 30-ih doveo je do određenog pada proizvodnje helija, ali samo nakratko. Ovaj plin je sve više privlačio pažnju kemičara, metalurga i inženjera strojarstva.
Mnogi tehnološki procesi i operacije ne mogu se provoditi u zraku. Kako bi se izbjegla interakcija dobivene tvari (ili sirovine) sa zračnim plinovima, stvaraju se posebna zaštitna okruženja; a za te svrhe nema prikladnijeg plina od helija.
Inertan, lagan, pokretljiv i dobar vodič topline, helij je idealno sredstvo za prešanje zapaljivih tekućina i praha iz jedne posude u drugu; Upravo te funkcije obavlja u projektilima i vođenim projektilima. Pojedine faze proizvodnje nuklearnog goriva odvijaju se u zaštitnom okruženju helija. Gorivi elementi nuklearnih reaktora skladište se i transportiraju u spremnicima napunjenima helijem. Uz pomoć posebnih detektora curenja, čije se djelovanje temelji na iznimnoj difuzijskoj sposobnosti helija, identificiraju i najmanju mogućnost curenja u nuklearnim reaktorima ili drugim sustavima pod tlakom ili vakuumom.
Posljednje godine obilježene su ponovnim usponom izgradnje zračnih brodova, sada na višoj znanstvenoj i tehničkoj osnovi. U nizu zemalja izgrađeni su i grade se zračni brodovi s punjenjem helijem nosivosti od 100 do 3000 tona, ekonomični su, pouzdani i prikladni za prijevoz tereta velikih dimenzija, poput nizova plinovoda, rafinerija nafte. , nosači dalekovoda itd. Punjenje s 85% helija i 15% vodika otporno je na vatru i smanjuje uzgon samo za 7% u usporedbi s punjenjem vodikom.
Počeli su s radom visokotemperaturni nuklearni reaktori novog tipa, u kojima helij služi kao rashladno sredstvo.
Tekući helij naširoko se koristi u znanstvenim istraživanjima i tehnologiji. Ultra niske temperature pogoduju dubinskom poznavanju materije i njezine strukture - na višim temperaturama suptilni detalji energetskih spektara maskirani su toplinskim kretanjem atoma.
Već postoje supravodljivi solenoidi izrađeni od posebnih legura koje stvaraju jaku magnetska polja(do 300 tisuća oersteda) uz zanemarivu potrošnju energije.
Na temperaturi tekućeg helija mnogi metali i legure postaju supravodiči. U dizajnu elektroničkih računala sve se više koriste supravodljivi releji - kriotroni. Jednostavni su, pouzdani i vrlo kompaktni. Supervodiči, a s njima i tekući helij, postaju neophodni za elektroniku. Uključeni su u konstrukcije detektora infracrvenog zračenja, molekularnih pojačala (mazera), optičkih kvantnih generatora (lasera) i instrumenata za mjerenje ultravisokih frekvencija.
Naravno, ovi primjeri ne iscrpljuju ulogu helija u modernoj tehnologiji. Ali ako ne radi ograničenja prirodni resursi, bez ekstremnog rasipanja helija, imao bi mnogo više upotreba. Poznato je, primjerice, da prehrambeni proizvodi kod konzerviranja u heliju zadržavaju svoj izvorni okus i miris. Ali “helijske” konzerve i dalje ostaju “stvar za sebe”, jer helija nema dovoljno i koristi se samo u najvažnijim industrijama i tamo gdje se bez njega ne može. Stoga je posebno uvredljiva spoznaja da kod zapaljivog prirodnog plina mnogo veće količine helija prolaze kroz aparate za kemijsku sintezu, peći i peći i izlaze u atmosferu od onih izvađenih iz izvora koji sadrže helij.
Sada se smatra isplativim ispuštanje helija samo u slučajevima kada njegov sadržaj u prirodnom plinu nije manji od 0,05%. Rezerve takvog plina stalno se smanjuju, a moguće je da će biti iscrpljene prije kraja ovog stoljeća. Međutim, problem "nedostatka helija" vjerojatno će biti riješen do sada - dijelom kroz stvaranje novih, naprednijih metoda za odvajanje plinova, izdvajanje iz njih najvrjednijeg, iako beznačajnog volumnog udjela, a dijelom zahvaljujući kontroliranim termonuklearna fuzija. Helij će postati važan, iako nusproizvod, aktivnosti "umjetnih sunaca".
IZOTOPI HELIJA.U prirodi postoje dva stabilna izotopa helija: helij-3 i helij-4. Laki je izotop raspoređen na Zemlji milijun puta manje od teškog. Ovo je najrjeđi stabilni izotop koji postoji na našem planetu. Još tri izotopa helija dobivena su umjetnim putem. Svi su radioaktivni. Poluživot helija-5 je 2,440-21 sekundi, helija-6 je 0,83 sekunde, helija-8 je 0,18 sekundi. Najteži izotop, zanimljiv jer se u njegovoj jezgri nalaze tri neutrona po protonu, prvi put je dobiven u Dubni 60-ih godina. Pokušaji dobivanja helija-10 do sada su bili neuspješni.
POSLJEDNJI ČVRSTI PLIN. Helij je posljednji od svih plinova preveden u tekuće i čvrsto stanje. Posebne poteškoće ukapljivanja i skrućivanja helija objašnjavaju se strukturom njegovog atoma i nekim značajkama fizička svojstva. Konkretno, helij se, kao i vodik, na temperaturama iznad - 250°C pri širenju ne hladi, već zagrijava. S druge strane, kritična temperatura helija je izuzetno niska. Zato je tekući helij prvi put dobiven tek 1908. godine, a čvrsti helij 1926. godine.
HELIJ ZRAK. Zrak u kojem je sav ili veći dio dušika zamijenjen helijem danas više nije vijest. Široko se koristi na kopnu, pod zemljom i pod vodom.
Helijev zrak je tri puta lakši i mnogo pokretljiviji od običnog zraka. Aktivnije se ponaša u plućima - brzo opskrbljuje kisikom i brzo evakuira ugljični dioksid. Zato se helij zrak daje pacijentima s poremećajima disanja i nekim operacijama. Ublažava gušenje, liječi bronhijalnu astmu i bolesti grkljana.
Udisanje zraka s helijem praktički eliminira dušičnu emboliju (kesonsku bolest) kojoj su podložni ronioci i stručnjaci drugih struka koji rade u uvjetima visokog tlaka pri prijelazu s visokog tlaka na normalni. Uzrok ove bolesti je prilično značajan, osobito kod visokog krvnog tlaka, topljivost dušika u krvi. Smanjenjem tlaka on se oslobađa u obliku mjehurića plina, koji mogu začepiti krvne žile, oštetiti živčane čvorove... Za razliku od dušika, helij je praktički netopljiv u tjelesnim tekućinama pa ne može izazvati dekompresijsku bolest. Osim toga, zrak s helijem eliminira pojavu "dušične narkoze", koja je izvana slična opijanju alkoholom.
Prije ili kasnije, čovječanstvo će morati naučiti dugo živjeti i raditi na morskom dnu kako bi ozbiljno iskoristilo mineralne i prehrambene resurse šelfa. A na velikim dubinama, kako su pokazali pokusi sovjetskih, francuskih i američkih istraživača, zrak s helijem još uvijek je nezamjenjiv. Biolozi su dokazali da produljeno udisanje zraka s helijem ne uzrokuje negativne promjene u ljudskom tijelu i ne prijeti promjenama u genetskom aparatu: atmosfera helija ne utječe na razvoj stanica i učestalost mutacija. Postoje radovi čiji autori smatraju da je helijev zrak optimalno zračno okruženje za svemirski brodovi, čineći duge letove u Svemir.
NAŠ HELIJ. Godine 1980. nagrađena je skupina znanstvenika i stručnjaka pod vodstvom I. L. Andreeva Državna nagrada za stvaranje i implementaciju tehnologije za proizvodnju koncentrata helija iz relativno siromašnih plinova koji sadrže helij. Na plinskom polju Orenburg izgrađeno je postrojenje helija koje je postalo naš glavni opskrbljivač „solarnim plinom“ za potrebe raznih industrija.
HELIJ KOMPLEKS. Godine 1978., akademik V. A. Legasov i njegovi kolege, tijekom raspada jezgri tricija uključenih u molekulu aminokiseline glicina, uspjeli su registrirati paramagnetski kompleks koji sadrži helij u kojem je opažena hiperfina interakcija jezgre helija-3 s nesparenim elektronom. . Ovo je dosad najveće postignuće u kemiji helija.
Helij(lat. Helium), simbol He, kemijski element VIII skupine periodnog sustava, odnosi se na inertne plinove; redni broj 2, atomska masa 4,0026; plin bez boje i mirisa. Prirodni helij sastoji se od 2 stabilna izotopa: 3 He i 4 He (sadržaj 4 He naglo prevladava).
Povijesna referenca. Helij je prvi put otkriven ne na Zemlji, gdje ga ima malo, već u atmosferi Sunca. Godine 1868. Francuz J. Jansen i Englez J. N. Lockyer proučavali su spektroskopski sastav sunčevih prominencija. Slike koje su dobili sadržavale su jarko žutu liniju (tzv. D3 liniju), koja se nije mogla pripisati niti jednom od tada poznatih elemenata. Godine 1871. Lockyer je objasnio njegov nastanak prisutnošću novog elementa na Suncu, koji je nazvan helij (od grčkog helios - Sunce). Na Zemlji je Helij prvi izolirao 1895. godine Englez W. Ramsay iz radioaktivnog minerala kleveita. Spektar plina koji se oslobađa zagrijavanjem kleveita pokazao je istu liniju.
Rasprostranjenost helija u prirodi. Helija na Zemlji ima malo: 1 m 3 zraka sadrži samo 5,24 cm 3 helija, a svaki kilogram zemaljskog materijala sadrži 0,003 mg helija. Što se tiče rasprostranjenosti u svemiru, helij je na drugom mjestu nakon vodika: helij čini oko 23% kozmičke mase.
Na Zemlji se Helij (točnije izotop 4 He) neprestano stvara raspadom urana, torija i drugih radioaktivnih elemenata (ukupno se u zemljinoj kori nalazi oko 29 radioaktivnih izotopa koji proizvode 4 He).
Otprilike polovica ukupnog helija koncentrirana je u zemljinoj kori, uglavnom u njezinoj granitnoj ljusci, koja je akumulirala glavne rezerve radioaktivnih elemenata. Sadržaj helija u zemljinoj kori je nizak - 3·10 -7% po masi. Helij se nakuplja u slobodnim nakupinama plina u podzemlju i u nafti; Takve naslage dosežu industrijske razmjere. Najveće koncentracije helija (10-13%) utvrđene su u slobodnim plinskim akumulacijama i plinovima rudnika urana te (20-25%) u plinovima spontano oslobođenim iz podzemnih voda. Što su plinonosne sedimentne stijene starije i što je sadržaj radioaktivnih elemenata u njima veći, to je više helija u sastavu prirodnih plinova. Vulkanske plinove obično karakterizira nizak sadržaj helija.
Helij se proizvodi u industrijskim razmjerima iz prirodnih i naftnih plinova ugljikovodika i dušika. Na temelju kvalitete sirovine nalazišta helija dijele se na: bogata (sadržaj he > 0,5% vol.); obična (0,10-0,50) i loša (<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).
Izotopi, atom i molekula helija. U prirodnom heliju bilo kojeg porijekla (atmosferski, iz prirodnih plinova, iz radioaktivnih minerala, meteorit itd.) prevladava izotop 4 He. Sadržaj 3 He je obično nizak (ovisno o izvoru helija, kreće se od 1,3·10 -4 do 2·10 -8%) i samo u heliju izoliranom iz meteorita doseže 17-31,5%. Brzina stvaranja 4 He tijekom radioaktivnog raspada je mala: u 1 toni granita koji sadrži npr. 3 g urana i 15 g torija, 1 mg helija nastaje u 7,9 milijuna godina; međutim, budući da se taj proces odvija stalno, Zemlja bi tijekom postojanja morala osigurati sadržaj helija u atmosferi, litosferi i hidrosferi koji znatno premašuje postojeći (oko 5 10 14 m 3). Ovaj nedostatak helija objašnjava se njegovim stalnim isparavanjem iz atmosfere. Lagani atomi helija, padajući u gornje slojeve atmosfere, tamo postupno dobivaju brzinu veću od druge kozmičke brzine i time dobivaju priliku svladati sile gravitacije. Istodobno stvaranje i isparavanje helija dovodi do toga da je njegova koncentracija u atmosferi gotovo konstantna.
Izotop 3 He, posebno, nastaje u atmosferi tijekom β-raspada teškog izotopa vodika - tricija (T), koji pak nastaje interakcijom neutrona iz kozmičkog zračenja s dušikom u zraku:
14 7 N + 3 0 n → 12 6 C + 3 1 T.
Jezgre atoma 4 He (koji se sastoje od 2 protona i 2 neutrona), zvane alfa čestice ili helioni, najstabilnije su među složenim jezgrama. Energija vezanja nukleona (protona i neutrona) u 4 He ima najveću vrijednost u usporedbi s jezgrama drugih elemenata (28,2937 MeV); stoga je stvaranje jezgri 4 He iz jezgri vodika (protona) 1 H praćeno oslobađanjem ogromne količine energije. Vjeruje se da je ova nuklearna reakcija:
4 1 H = 4 He + 2β + + 2n
[istodobno s 4 He nastaju dva pozitrona (β +) i dva neutrina (ν)] služi kao glavni izvor energije za Sunce i njemu slične zvijezde. Zahvaljujući ovom procesu, u Svemiru se akumuliraju vrlo značajne rezerve helija.
Fizikalna svojstva helija. U normalnim uvjetima, helij je monoatomski plin, bez boje i mirisa. Gustoća 0,17846 g/l, vrelište -268,93°C, talište -272,2°C. Toplinska vodljivost (na 0°C) 143,8·10 -3 W/(cm·K). Polumjer atoma helija, određen različitim metodama, kreće se od 0,85 do 1,33 Å. U 1 litri vode pri 20°C otopi se oko 8,8 ml helija. Primarna ionizacijska energija helija veća je nego kod bilo kojeg drugog elementa - 39,38·10 -13 J (24,58 eV); Helij nema afinitet prema elektronima. Tekući helij, koji se sastoji samo od 4 He, pokazuje niz jedinstvenih svojstava.
Kemijska svojstva helija. Do sada su pokušaji dobivanja stabilnih kemijskih spojeva helija završavali neuspjehom.
Dobivanje helija. U industriji se helij dobiva iz prirodnih plinova koji sadrže helij (trenutačno se eksploatiraju uglavnom ležišta koja sadrže > 0,1% helija). Helij se od ostalih plinova odvaja dubokim hlađenjem, koristeći činjenicu da se teže ukapljuje od svih ostalih plinova.
Primjena helija. Zbog svoje inertnosti, helij se široko koristi za stvaranje zaštitne atmosfere pri topljenju, rezanju i zavarivanju aktivnih metala. Helij je manje električki vodljiv od drugog inertnog plina, argona, pa stoga električni luk u atmosferi helija proizvodi više temperature, što značajno povećava brzinu elektrolučnog zavarivanja. Zbog niske gustoće u kombinaciji s nezapaljivošću, helij se koristi za punjenje stratosferskih balona. Visoka toplinska vodljivost helija, njegova kemijska inertnost i izuzetno niska sposobnost ulaska u nuklearnu reakciju s neutronima omogućuju korištenje helija za hlađenje nuklearnih reaktora. Tekući helij je najhladnija tekućina na Zemlji i služi kao rashladno sredstvo u raznim znanstvenim istraživanjima. Jedna od metoda za određivanje njihove apsolutne starosti temelji se na određivanju sadržaja helija u radioaktivnim mineralima. S obzirom na to da je helij vrlo slabo topiv u krvi, koristi se kao sastavni dio umjetnog zraka koji se dovodi roniocima za disanje (zamjenom dušika helijem sprječava se pojava dekompresijske bolesti). Proučavaju se i mogućnosti korištenja helija u atmosferi kabine svemirske letjelice.
Helij je tekućina. Relativno slaba interakcija atoma helija uzrokuje da on ostane plinovit do nižih temperatura nego bilo koji drugi plin. Najveća temperatura ispod koje se može pretvoriti u tekućinu (njegova kritična temperatura Tk) je 5,20 K. Tekući helij je jedina tekućina koja se ne smrzava: pri normalnom tlaku, helij ostaje u tekućem stanju na proizvoljno niskim temperaturama i skrutne se samo na tlakovima većim od 2,5 Mn. /m2 (25 at).
