Як виходить гелій

0 Comments

Факти про гелій (атомний номер 2 або He)

Гелій є атомним номером 2 у таблиці Менделєєва з символом елемента He. Це безбарвний газ без запаху, найбільш відомий завдяки використанню для наповнення повітряних куль. Ось добірка фактів про цей легкий, цікавий елемент:

Факти про елемент гелій

Атомний номер гелію: 2

Символ гелію : He

Атомна вага гелію: 4,002602(2)

Відкриття гелію: Янссен, 1868, деякі джерела говорять, що сер Вільям Ремсі, Нільс Лангет, П. Т. Клів 1895

Електронна конфігурація гелію: 1 с 2

Походження слова: грецьке: геліос , сонце. Гелій вперше був виявлений як нова спектральна лінія під час сонячного затемнення, тому його назвали на честь грецького Титана Сонця.

Ізотопи: відомо 9 ізотопів гелію . Стабільними є тільки два ізотопи: гелій-3 і гелій-4. У той час як ізотопний вміст гелію змінюється залежно від географічного розташування та джерела, 4 He становить майже весь природний гелій.

Властивості: Гелій – дуже легкий, інертний, безбарвний газ. Гелій має найнижчу температуру плавлення з усіх елементів. Це єдина рідина, яку неможливо затвердіти при зниженні температури. Він залишається рідким до абсолютного нуля при звичайному тиску, але може затвердіти при збільшенні тиску. Питома теплоємність газоподібного гелію надзвичайно висока. Щільність пари гелію при нормальній температурі кипіння також дуже висока, причому пара сильно розширюється при нагріванні до кімнатної температури . Хоча валентність гелію зазвичай дорівнює нулю, він має слабку тенденцію до сполучення з деякими іншими елементами.

Застосування: Гелій широко використовується в кріогенних дослідженнях, оскільки його температура кипіння близька до абсолютного нуля . Він використовується для вивчення надпровідності, як захист від інертного газу для дугового зварювання, як захисний газ при вирощуванні кристалів кремнію та германію та виробництві титану та цирконію, для створення тиску в ракетах з рідким паливом, для використання в магнітно-резонансній томографії (МРТ), як охолоджуюче середовище для ядерних реакторів і як газ для надзвукових аеродинамічних труб. Суміш гелію та кисню використовується як штучна атмосфера для дайверів та інших осіб, які працюють під тиском. Гелій використовується для наповнення повітряних куль і дирижаблів.

Джерела: окрім водню, гелій є найпоширенішим елементом у Всесвіті. Це важливий компонент протон-протонної реакції та вуглецевого циклу , які забезпечують енергію сонця та зірок. Гелій добувають із природного газу. Насправді весь природний газ містить принаймні слідові кількості гелію. Джерелом енергії для водневої бомби є синтез водню в гелій. Гелій є продуктом розпаду радіоактивних речовин, тому міститься в рудах урану, радію та інших елементів. Більшість гелію на Землі утворилася ще з моменту формування планети, хоча невелика кількість потрапляє на Землю в космічному пилу, а частина утворюється в результаті бета-розпаду тритію.

Сполуки : Оскільки атом гелію має нульову валентність, він має надзвичайно низьку хімічну реакційну здатність. Однак при підведенні до газу електрики можуть утворюватися нестабільні сполуки, які називаються ексимерами. HeH + є стабільним у своєму основному стані, але це найсильніша кислота Бренстеда, яка здатна протонувати будь-які види, з якими вона стикається. Сполуки Ван-дер-Ваальса утворюються з кріогенним газоподібним гелієм, таким як LiHe.

Класифікація елементів: благородний газ або інертний газ

Звичайна фаза: газ

Щільність (г/куб.см): 0,1786 г/л (0 °C, 101,325 кПа)

Характеристика і застосування гелію

18 серпня 1868 французький учений П’єр Жансен під час повного сонячного затемнення в індійському місті Гунтур вперше досліджував хромосферу Сонця. Спектроскопія сонячних протуберанців поряд з лініями водню – синьою, зелено-блакитний і червоною – виявила дуже яскраву жовту лінію, спочатку прийняту Жансеном та іншими спостерігали її астрономами за лінію D натрію. Незалежно від нього англійський астроном Норман Локьер виявив у спектрі невідому жовту лінію з довжиною хвилі 587,56 нм, і позначив її як D3. Через два роки Локьер, спільно з англійським хіміком Едвардом Франкланда, прийшов до думки, що ця яскраво-жовта лінія не належить жодному з раніше відомих хімічних елементів і запропонував дати новому елементу назву “гелій” (від грец. Hlioz – “сонце”) .

Знаходження в природі, одержання:

Гелій займає друге місце за поширеністю у Всесвіті після водню – близько 23% за масою. Проте на Землі гелій рідкісний, образуясь в результаті альфа-розпаду важких елементів. В рамках восьмої групи гелій за вмістом у земній корі займає друге місце (після аргону). Запаси гелію в атмосфері, літосфері і гідросфері оцінюються в 5 · 1014 м3. Геліоносние природні гази містять як правило до 2% гелію за обсягом (рідко 8-16%). Середній вміст гелію в земній речовині – 3 г / т. Найбільша концентрація гелію спостерігається в мінералах, що містять уран, торій і самарій: слюда, Фергюсон, самарскиті, гадолините, монацит (монацітовие піски в Індії і Бразилії), торіаніте. Зміст гелію в цих мінералах становить 0,8-3,5 л / кг, а в торіаніте воно досягає 10,5 л / кг. Природний гелій складається з двох стабільних ізотопів: 4He і 3He. Відомі ще шість штучних радіоактивних ізотопів гелію.
У промисловості гелій отримують з гелійсодержащіх природних газів.

Фізичні властивості:

Проста речовина гелій – нетоксичне, не має кольору, запаху і смаку. При нормальних умовах являє собою одноатомний газ, tКИП = 4,2K (найменша серед всіх простих речовин). При атмосферному тиску він не переходить у тверду фазу навіть при вкрай близьких до абсолютного нуля температурах.
При нормальних умовах гелій поводиться практично як ідеальний газ. Щільність 0,17847 кг / м3. Він володіє теплопровідністю (0,1437 Вт / (м · К) при н.у.) більшою, ніж у інших газів, крім водню. Коефіцієнт заломлення гелію ближче до одиниці, ніж у будь-якого іншого газу. Гелій менш розчинний у воді, ніж будь-який інший відомий газ (при 20 ° C близько 8,8 мл / л). Швидкість його дифузії крізь тверді матеріали в три рази вище, ніж у повітря, і приблизно на 65% вище, ніж у водню.
При пропущенні струму через заповнену гелієм трубку спостерігаються розряди різних кольорів, що залежать головним чином від тиску газу в трубці.

Хімічні властивості:

Гелій – найменш хімічно активний елемент восьмий групи таблиці Менделєєва. У газовій фазі він може утворювати (при дії електричного розряду або ультрафіолетового випромінювання) так звані ексимерні молекули, у яких стійкі збуджені електронні стани і нестійко основний стан: двоатомні молекули He2, фторид HeF, хлорид HeCl. Час життя таких частинок дуже мало, зазвичай становить лічені наносекунди. На відміну від багатьох інших газів гелій не утворює клатратов, так як маленькі атоми гелію “вислизають” з дуже великих для них пустот в структурі води.
Застосування:

Унікальні властивості гелію широко використовуються:
– В металургії в якості захисного інертного газу для виплавки чистих металів;
– В харчовій промисловості зареєстрований як харчової добавки E939, як пропелента і пакувального газу;
– В якості холодоагенту для отримання наднизьких температур;
– Для наповнення Воздухоплавающая судів (дирижаблі), повітряних куль і оболонок метеорологічних зондів;
– В якості теплоносія в деяких типах ядерних реакторів;
– В якості носія в газової хроматографії;
– Для пошуку витоків у трубопроводах і котлах;
– Для заповнення газорозрядних трубок;
– Як компонент робочого тіла в гелій-неонових лазерах;
– В техніці нейтронного розсіювання в якості поляризатора і наповнювача для позиційно-чутливих нейтронних детекторів;
– В дихальних сумішах для глибоководного занурення;
– Для зміни тембру голосових зв’язок (ефект підвищеної тональності голосу) за рахунок відмінності щільності звичайної повітряної суміші і гелію, тощо;
– Нуклід 3He є перспективним паливом для термоядерної енергетики.