Надо Знать

добавить знаний



Гелий



План:


Введение

Гелий - химический элемент с атомным номером 2, который возглавляет группу инертных газов в периодической таблице.


1. Общее описание

Гелий нетоксичен, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях является одноатомных газом. Его точка кипения (T = 4,216 K) наименьшая среди всех элементов. При атмосферном давлении он не переходит в твердую фазу даже при абсолютном нуле. Твердый гелий получен лишь при давлении свыше 25 атмосфер. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при стандартной температуре и давления. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов : 4 He (изотопная распространенность - 99,99986%), и гораздо более редкого 3 He (0,00014%, содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьировать в достаточно широких пределах). Известны еще шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия.

Гелий занимает второе место по распространенности в Вселенной и легкостью (после водорода). Однако на Земли гелий является редким элементом. В современной Вселенной почти весь новый гелий создается в результате термоядерного синтеза из водорода в звездах. На Земле он создается в результате альфа-распада тяжелых элементов ( альфа-частицы, излучаемые при альфа-распаде - это ядра гелия-4). Часть гелия, возникшего при альфа-распаде и просачивался сквозь породы земной коры, увлекается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 7% от объема. Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения, что называется фракционной перегонкой.


2. История

Спектральные линии гелия

Открытие гелия началось с 1868 года, когда при наблюдении солнечного затмения астрономы француз П. Ж. Жансан и англичанин Д. Н. Локьер независимо друг от друга обнаружили в спектре солнечной короны желтую линию (она получила название D 3-линии), которую нельзя было приписать ни одному из известных в то время элементов. В 1871 Локьер объяснил ее происхождение присутствием на Солнце нового элемента. В 1895 году англичанин Уильям Рамзай выделил из природной радиоактивной руды клевеита газ, в спектре которого наблюдалась та же D 3-линия.


3. Происхождение названия

Локкьер дал гелия имя, отражающее историю его открытия (от греч. Helios - Солнце). Поскольку Локкьер считал, что обнаруженный элемент - металл, он использовал в латинском названии элемента окончание ium" (соответствует украинским окончанию "й"), которое обычно употребляется в названии металлов. Таким образом, гелий задолго до своего открытия на Земле получил имя, которое окончанием отличает его от названий остальных инертных газов.


4. Распространение

4.1. Во Вселенной

Среди всех элементов гелий занимает второе место по распространенности во Вселенной после водорода - около 23% по массе [1]. Однако на планетах земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) гелия мало. Практически весь гелий Вселенной образовался в первые несколько минут после Большого Взрыва в ходе реакций первичного нуклеосинтеза. В современной Вселенной почти весь новый гелий образуется в результате термоядерного синтеза из водорода в недрах звезд (см. протон-протонный цикл, углеродно-азотный цикл). На Земле он образуется в результате альфа-распада тяжелых элементов - урана и тория. Часть гелия, возникшего в результате альфа-распада и мигрирует через породы земной коры, увлекается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 8-16% об.


4.2. В земной коре

Среди элементов восьмой группы гелий по Кларку в земной коре занимает второе место (после аргона) [2]. Содержание гелия в атмосфере Земли (образуется в результате радиоактивного распада Ac, Th, U) - 5,27 10 -4% об. и 7,24 10 -5% по массе. Запасы гелия в атмосфере, литосфере и гидросфере Земли оценивается в 5 10 14 м 3.

Гелий в природном газе содержится в концентрациях обычно до 2% об. Очень редко встречаются скопления природных газов, в которых содержание гелия достигает 8-16% об. Максимальная концентрация гелия отмечается в уран-и торийсодержащих минералах: клевеита, фергюсонити, самарските, гадолинит, монацита (монацитов пески в Индии и Бразилии), торианити - от 0,8 до 10,5 л / кг. Все природные газы, содержащие гелий в концентрациях превышающих 0,02% делятся на четыре группы:

  • а) бедные - концентрация гелия 0,02-0,05%;
  • б) богатые - 0,05-0,30%;
  • в) очень богаты - 0,30-1,0%;
  • г) уникально богатые -> 1,0%.

Часто при оценке запасов и ресурсов гелиюя группу "в" и "г" объединяют в одну. В Украине, России, Казахстане и других странах бывшего СССР запасы гелия классифицируют по категориям А, B, C 1, С 2, а ресурсы - по категориям С 3, Д 1 и Д 2.


5. Получение

В настоящее время гелий выделяют из природных газов, пользуясь методом глубокого охлаждения (гелий сжижается труднее всех остальных газов). Месторождения таких газов имеются в России, США, Канаде и ЮАР. Гелий содержится также в некоторых минералах ( монацита, торианити и других), при этом из 1 кг минерала при нагревании можно выделить до 10 л гелия.

6. Сверхтекучесть

При температуре 2.1768 K жидкий гелий переходит в состояние, в котором теряет вязкость. Такое состояние называется сверхтекучим или состоянием гелия II. В сверхтекучем состоянии гелий имеет ряд интересных властвостей, например, ползет вверх стенками сосуда, тянется к источнику тепла и т.д..

7. Применение

Свечение наполненной гелием газоразрядной лампы

Гелий используется для создания инертной и защитной атмосферы при сварке, резке и плавке металлов, при перекачивании ракетного топлива, для наполнения дирижаблей и аэростатов, как компонент среды гелий-неоновых лазеров, как газ-носитель в газовой хроматографии. Гелий-3 используется для наполнения газовых нейтронных детекторов, как рабочее тело гелиевых течеискателей. Жидкий гелий, жидкость, которая конденсируется при низкой температуре, - уникальный хладагент в экспериментальной физике, что позволяет использовать сверхнизкие температуры в научных исследованиях (например, при изучении электрической сверхпроводимости). Благодаря тому, что гелий очень плохо растворяется в крови, его используют как составную часть искусственного воздуха, подаваемого для дыхания водолазам. Замена азота в гелий предотвращает кессонной болезни (при вдыхании обычного воздуха азот под повышенным давлением растворяется в крови, а затем выделяется из нее в виде пузырьков, которые закупоривают мелкие сосуды).


8. Сноски

  1. "Helium: geological information". www.webelements.com . http://www.webelements.com/helium/geology.html . Проверено 2009-07-11 .
  2. "Abundance in Earth's crust". www.webelements.com . http://www.webelements.com/periodicity/abundance_crust/ . Проверено 2009-07-11 .

Литература

  • Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им .. Л.М.Литвиненка НАН Украины, Донецкий национальный университет - М.: "Вебер", 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам