История открытия гелия, химические и физические свойства, его роль в природе


Гелий знаменит своей способностью изменять голос человека, поднимая его на несколько тонов выше, делая похожим на звуки мультяшных героев. Его используют в качестве наполнителей воздушных шариков. Вещество обладает необычными свойствами, которые позволяют применять его в разных сферах промышленности.

История открытия

Во время солнечного затмения 1868 года французский ученый, работающий в Индии, впервые исследовал спектр солнечной короны с помощью спектроскопа. Вместе с линиями водорода обнаружил ярко-желтое свечение, которое не относилась ни к одному из известных химических элементов. 

Гелий

В это же время Англии астроном Н. Локьер смог измерить длину этой волны, оказавшуюся равной 587,6 нм. Временно этой волне присвоили символ D³. Спустя 2 года изучений вместе с химиком Э. Франкландом они обозначили открытый элемент гелием, производным от «helios», что означает Солнце в переводе с греческого языка.

Но только в 1895 году этот элемент был выявлен на земле. Во время разложения клевеита выпускается газ, имеющий яркое желтое свечение, которое совпадает с волной D³. Благодаря открытию удалось измерить атомную массу нового элемента. 

Через год было доказано нахождение вещества в атмосфере. Понемногу его стали находить в воде, разных минералах, горных породах. Было выяснено, что содержится он только в минералах, в которых присутствуют уран, торий.

В 1908 году экспериментальным путем получили жидкий гелий – для этого газ охлаждали в жидком водороде. 

Гелий в таблице Менделеева

Элемент относится к инертным газам. В таблице Менделеева ему присвоен номер 2, а располагается он в 8 группе 1 периода. Атомная масса равна 4,0026 – это вес моля гелия. 

Гелий в таблице Менделеева

Из-за такой низкой массы его теплопроводность, теплоемкость, скорость проведения звука больше, чем у других газов. Степень окисления +8. Не имеет ни запаха, ни цвета. Плотность гелия составляет 0,00017 г/см³. 

Строение атома гелия

Атом состоит из ядра, которое имеет положительный заряд, и 2 электронов на оболочке: – 1s2. Электроны имеют сильное притяжение ядра, поэтому не способны расставаться с ними, не могут притягивать другие. Гелий устойчив к химическим реакциям, не имеет стабильных соединений.

В природе состоит из 4 изотопов. Искусственным путем выведено 6 радиоактивных изотопов.

Строение атома гелия

Химические свойства

Имеет нулевую валентность, степень окисления. При взаимодействии с током гелий способен менять цвет, и, одновременно, при разном давлении меняется от желтого до розового и зеленого цвета. 

Это наименее активный из всех элементов, представленных в таблице Менделеева.

Соединения с другими веществами способны недолго существовать в газообразном состоянии. Образует:

  • фторид HeF при взаимодействии с фтором;
  • хлорид HeСl с хлором;
  • холодный газ LiHe с литием. 

Для формирования таких соединений необходимы низкие температуры и высокое давление. При обычных условиях все соединения носят нестабильный характер. 

Физические свойства

Простое вещество не обладает цветом, вкусом, запахом. В нормальных условиях представляет собой простой летучий газ. Кипит при -268°С, а температура гелия в момент начала плавления составляет -272,2°С. 

Физические свойства гелия

Переходя в жидкое состояние, не твердеет даже при низких температурах. При давлении более 25 атмосфер возможно получить кристаллы гелия. Он негорючий и нетоксичный. В воде растворяется плохо из-за своих особенностей. У него высокая проницаемость и большая степень преломления. Из всех газов у него наибольшие показатели теплопроводности и теплоемкости.

Гелий в природе

Во вселенной гелий – самый распространенный элемент после водорода. Входит в состав атмосферы, земной коры, морской воды, но в небольших количествах. В виде газа встречается в США, ЮАР, Бразилии, Индии, России и Канаде. Из минералов его добывают с помощью нагревания.

Для промышленных нужд получают из природных газов, содержащих в себе гелий. Его очищают от примесей путем охлаждения, получают «сырой» материал, который содержит:

  • гелий;
  • водород;
  • частички неона. 

Продолжая процесс охлаждения и добавляя уголь как адсорбент, получают технический гелий. Перевозят такой материал в специальных стальных баллонах и сосудах. Они не являются опасными и не наносят вреда природе, поэтому не требуют особой утилизации.

Такой элемент образуется во время распадов радиоактивных урана и тория. Появляется во время разложений висмута и самария. В земной коре накапливается медленно. Он способен образовываться в нефтяных, газовых месторождениях. 

Так как он очень легкий и не удерживается гравитацией, гелий свободно рассеивается, улетая из верхних слоев атмосферы. 

Применение

Свойства этого газа широко применяются в разных сферах:

  1. В металлургии – защита для выплавки, резки, сварки от кислорода, производство титана и циркония. 
  2. В пищевой промышленности – упаковка продуктов и как добавка Е939. При консервации благодаря этому газу продукты хорошо сохраняют вкус, запах.
  3. В дайвинге смесью на его основе наполняют баллоны для погружения. 
  4. В ядерной промышленности – для горения реакторов. 
  5. Во время работ на адронном коллайдере – охлаждающий элемент. 
  6. В сканирующих устройствах используются газовые лазеры с гелием. Биологический микроскоп с ионами гелия показывает более точные значения.
  7. В метеорологии применяют зонды, наполненные гелием, для получения данных о погоде. 
  8. В ракетостроении применяют при разработке двигателей ракет. 
  9. В геологии помогает обнаружить разломы поверхности земли, геотермальные источники. 
  10. В медицине – для охлаждения аппаратов МРТ, лечения заболеваний органов дыхательной системы. 
  11. В электрической промышленности – добавляют в колбы светодиодных ламп для охлаждения диодных нитей. 
  12. В оптической сфере им наполняют межлинзовое пространство телескопов, делая их более точными. 

Пары гелия вдыхают для изменения голоса. Этим газом наполняют праздничные шары, что обеспечивает эффект парения. Благодаря неспособности воспламеняться, им наполняют дирижабли.

Он необходим для выявления протечек в котлах, кондиционерах, реакторах и других системах, которые работают под давлением. Его используют в качестве гасителя пламени при хранении огнеопасных веществ. 

Запасы гелия в природе

Благодаря своим особенностям он используется в импульсных установках, сверхзвуковых аэродинамических трубах. При смеси с другими газами его применяют в маркетинге для создания неоновых рекламных щитов. В военном деле используют для перемещения легковоспламеняющихся веществ.

Технический гелий имеет несколько маркировок.

МаркировкаНазначение
Газообразный с примесями водорода, кислорода, азота Применяется для надувания шаров
«А» Используется в ядерных реакторах
«Б» Находит применение в крионике
«5,5» и «6,0» Применяются в хроматографии и других областях, где необходим этот чистый газ
«7,0» Практически без примесей, используется при создании инертной атмосферы в химических реакциях, во время работ с металлом
«Жидкий» Необходим для проведения электричества, создания магнитных полей и для ядерных исследований

Существует отдельная наука «гелиометрия» по изучению возможностей гелия проходить через разные условия. Достижения и открытия этой сферы применяются для составления тектонических карт.

Нетоксичный газ, обладающий полезными свойствами, применяют в разных сферах промышленности и производства. Он легкий, не горит, не имеет запаха и цвета. Он используется в медицине, науке и других областях. 

Элемент хорошо выдерживает низкие температуры, так как имеет самую низкую температуру кипения, поэтому является важной составляющей крионики, а также используется в качестве охлаждающего источника. 

При проведении работ при повышенном давлении среды гелиевый воздух безопаснее для человека, так как не способен растворяться в крови. К тому же, он не воспламеняется, поэтому им заполняют аэростаты и дирижабли. Гелий не опасен для экологии и не наносит вреда человеческому здоровью.

Была ли полезна вам наша статья? Сохраняйте ее в закладки, делитесь с друзьями в социальных сетях.

Также рекомендуем посмотреть подобранные видео по нашей теме.

Гелий – сверхтекучий и самый холодный элемент!

Физические и химические свойства гелия.

Источники:

  • https://chemiday.com/ru/encyclopedia/he
  • http://www.mining-enc.ru/g/gelij
  • http://www.chem100.ru/elem.php?n=2
  • http://www.himsnab-spb.ru/article/ps/he

 

Помогла статья? Оцените её
ЛайкДизлайк
Загрузка...

Отзывы и комментарии

Adblock
detector