Гелий

Гелий в таблице менделеева

Название этот элемент получил по имени древнегреческого бога Солнца Гелиоса. История открытия гелия была непростой и растянулась на много лет. Французский физик Пьер-Жюль Жансен (1824—1907), находясь в Индии для наблюдения полного солнечного затмения, впервые наблюдал 18 августа 1868 г. с помощью спектроскопа спектр солнечных выбросов — протуберанцев. Аналогичные наблюдения провел английский астроном Джозеф Норман Локьер (1836—1920) 20 октября того же года в Лондоне, причем в отсутствие затмения. Отчеты Жансена и Локьера поступили в Парижскую академию наук одновременно и были зачитаны в один день. Новые исследования солнечной атмосферы произвели большое впечатление: в честь этого события Парижская академия вынесла постановление о чеканке золотой медали с профилями ученых. Ни о каком новом элементе тогда речи не было. Прошло меньше месяца, и итальянский астроном Пьетро Анджело Секки (1818—1878) 13 ноября обратил внимание на «замечательную линию» в солнечном спектре вблизи известной желтой D-линии натрия. Секки решил, что эту линию испускает водород, находящийся в экстремальных условиях Солнца.

Гелий в газоразрядной трубке
Гелий в газоразрядной трубке

И только через два с лишним года, в январе 1871 г., Локьер предположил, что эта линия может свидетельствовать о существовании на Солнце нового элемента. Впервые слово «helium» публично произнес в своей речи знаменитый английский физик Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824—1907) в июле 1871 г. При этом он сослался на Локьера и английского химика Эдуарда Франкленда (1813—1891), которые предложили это название. Наконец в 1895 г., спустя более четверти века, британский химик Уильям Рамзай (1852—1916) подействовал кислотой на урановый минерал клевеит и собрал выделившийся при этом газ. С помощью Локьера он исследовал его спектральным методом и увидел ту же линию. В результате «солнечный» элемент был обнаружен и на Земле.

Гелий в газоразрядной трубке
Гелий в газоразрядной трубке

Гелий — второй по распространенности элемент во Вселенной. Он непрерывно образуется в гигантских количествах из водорода на Солнце. Но на Земле гелия мало; он образуется в земной коре в результате радиоактивного распада радионуклидов, испускающих а-частицы (ядра гелия-4). Вылетев из радия, они тут же превращаются в атомы гелия, отрывая электроны от любых атомов, с которыми они сталкиваются. Например, 1 г радия каждые сутки выделяет 0,107 мм3 гелия; это показали в 1911 г. Э. Резерфорд и его стажер из США Бертрам Болтвуд (1870—1927).

Ежегодно в земной коре за счет распада радионуклидов образуются тысячи тонн гелия. Но, несмотря на непрерывное поступление в атмосферу, гелий в ней не накапливается. Атомы этого легкого газа, двигаясь с высокой скоростью (1350 м/с при 20 °С), постепенно, непрерывно сталкиваясь с молекулами воздуха, поднимаются в стратосферу и, как и молекулы водорода, уходят в космическое пространство. Сила тяжести на гигантском Юпитере значительно выше, и в его атмосфере содержится 24% гелия (по массе).

Рентабельным считается его содержание более 0,5%, однако изредка в природ-газе может быть более 10% гелия. Для очистки гелия используется тот факт, что при глубоком охлаждении все остальные вещества, кроме гелия, становятся жидкими или твердыми.

Мировая добыча гелия превышает 150 млн м3 в год. Очень много гелия запасено в недрах России. Однако три четверти всего гелия в настоящее время добывается в США, где стоимость 1 м3 в 2013 г. составила 3 доллара (в других странах гелий может быть значительно дороже, например в Японии 1 м3 стоит 22 доллара). Гелий в 7,2 раза легче воздуха. Газообразным гелием наполняют аэростаты, дирижабли, метеорологические зонды, детские шарики. Баллоны для глубоководного погружения заполняют сжатой смесью кислорода и гелия: гелий в отличие от азота значительно хуже растворяется в крови и не вызывает при подъеме кессонную болезнь. Однако тембр голоса человека, дышащего такой смесью, сильно искажается: низкий голос становится писклявым.

Гелий — один из основных элементов Солнца.

Гелий обладает высокой теплопроводностью, с его помощью отводят теплоту от ядерных реакторов. Инертность гелия используют для создания особо чистой атмосферы при получении кристаллов сверхчистого кремния, жидкокристаллических дисплеев, оптического волокна. Большие количества жидкого гелия используют для получения очень низких («гелиевых») температур. При таких температурах работают обмотки сверхпроводящих электромагнитов. Они выдерживают большие токи и потому создают очень сильные магнитные поля. Сверхпроводящие магниты работают в научных приборах ядерного магнитного резонанса, в адронном суперколлайдере Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН). Жидкий гелий дорог: в Европе в 2012 г. 1 литр жидкого гелия стоил 23 евро.

ПОДЕЛИТЬСЯ
Администратор и модератор CHEM-MIND.com, частный репетитор, преподаватель, инженер-исследователь ИНЭОС РАН.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here