2 ГелиЙ 4,0026

Гелий - подлинно благородный газ. Заставить его вступить в какие-либо реакции пока не удалось.

Молекула Гелия одноатомна. По легкости - уступает только Водороду. Воздух в 7,25 раза тяжелее Гелия.

Гелий почти нерастворим в воде и других жидкостях. И в жидком Гелии заметно не растворяется ни одно вещество.

Твердый Гелий, без повышения давления получить невозможно ни при каких температурах.

Неповторимость облика атома Гелия определяется сочетанием в нем двух удивительных природных конструкций - абсолютных чемпионов по компактности и прочности. В ядре Гелия, Гелия-4, насыщены обе внутриядерные оболочки - и протонная, и нейтронная.
   Электронный дублет, обрамляющий это ядро - тоже насыщенный.

В этих конструкциях - ключ к пониманию свойств Гелия. Отсюда проистекают и его феноменальная химическая инертность и рекордно малые размеры его атома.

Огромна роль альфа-частицы (ядра атомов Гелия) в истории становления и развития ядерной физики - именно альфа-изучение привело Резерфорда к открытию атомного ядра. При бомбардировке азота альфа частицами было впервые осуществлено взаимопревращение элементов.
   Правда, в этой реакции не ртуть превратилась в золото (как мечтали веками жаждущие взаимопревращения алхимики), а азот в кислород.

Те же ядра атомов Гелия (альфа частицы) оказались причастны к открытию нейтрона и получению первого искусственного изотопа.
   Позже с помощью альфа частиц были синтезированы кюрий, берклий, калифорний, менделевий.




Гелий был открыт в атмосфере Солнца на 13 лет раньше, чем на Земле - в спектре солнечной короны была открыта ярко-желтая линия D, а что за ней скрывалось, стало достоверно известно лишь после того, как Гелий извлекли из земных минералов, содержащих радиоактивные элементы.



В земной коре насчитывается 29 изотопов, при радиоактивном распаде которых образуются альфа частицы - высокоактивные, обладающие большой энергией ядра атомов Гелия.

В основном земной Гелий образуется при радиоактивном распаде Урана-238, Урана-235, Тория и нестабильных продуктов их распада. Несравнимо меньшие количества Гелия дает медленный распад Самария-147 и Висмута.
   Все эти элементы порождают только тяжелый изотоп Гелия (4Не).

По количеству Гелия, замкнутого в горной породе или минерале, можно судить об их абсолютном возрасте. В основе этих измерений лежат законы радиоактивного распада. Например половина Урана-238 за 4 520 000 000 лет превращается в Гелий и Свинец.

В земной коре Гелий накапливается медленно. Одна тонна гранита, содержащая 2 грамма Урана и 10 грамм Тория, за 1 000 000 лет продуцирует всего 0,09 миллиграмм Гелия - 0.5 см³.
   В очень немногих богатых Ураном и Торием минералах содержание Гелия велико - несколько см³ Гелия на 1 грамм. Однако доля этих минералов в естественном производстве Гелия близка к нулю - они очень редки.

Природные соединения, в составе которых есть альфа активные изотопы - это только первоисточник, но не сырье для промышленного получения Гелия. Правда, некоторые минералы, обладающие плотной структурой - самородные металлы, магнетит, гранат, апатит, циркон и другие - прочно удерживают заключенный в них Гелий. Однако большинство минералов с течением времени подвергаются процессам выветривания, перекристаллизации и т.д., и Гелий из них уходит.
   Высвободившиеся из породы Гелиевые пузырьки отправляются в путешествие по земной коре. Очень незначительная часть их растворяется в подземных водах. Для образования более концентрированных растворов Гелия, нужны особые условия - прежде всего большие давления.

Другая часть кочующего Гелия, через поры и трещины минералов выходит в атмосферу.

Остальные молекулы газа попадают в подземные ловушки, в которых скапливаются в течение многих лет.
   Ловушками служат пласты рыхлых пород, пустоты которых заполняются газом. А ложем для таких газовых коллекторов обычно служат вода и нефть. Сверху эти газовые скопления перекрывают газонепроницаемые толщи плотных пород.

Так как в земной коре странствуют и другие газы (в основном Метан, Азот, Углекислота), и притом в гораздо больших чем Гелий количествах, то чисто Гелиевых скоплений не существует.
   В результате смешений, Гелий содержится в природных газах, но лишь в тысячных, сотых, редко - десятых долях процента. Большая (от 1,5 до 10%) Гелиеносность Метано-Азотных месторождений - явление крайне редкое.

Тем не менее именно природные газы оказались практически единственным источником сырья для промышленного получения Гелия.
   Для отделения Гелия от прочих газов используют его исключительную летучесть, связанную с его низкой температурой сжижения - после того как все прочие компоненты природного газа сконденсируются при глубоком охлаждении, газообразный Гелий откачивают. Затем его очищают от примесей.

Чистота заводского Гелия достигает 99,995%.




В литосфере Гелия по меньшей мере в 200 000 раз больше, чем в атмосфере. Еще больше потенциального Гелия хранится в «утробе» Земли - в радиоактивных (альфа-активных) элементах. Но общее содержание Гелия в Земле и атмосфере невелико. На 1 килограмм земного материала приходится всего 0,003 миллиграмма Гелия, а содержание его в воздухе - 0,00052% от всего объема.

Однако во вселенной, до 23% всей космической массы приходится на Гелий. Исключив из этого абсолютного рекордсмена (Водород), на все прочие элементы космоса остается только 1%.
   Таким образом, мировую материю можно назвать Водородно-Гелиевой - эти два элемента главенствуют в звездах, планетарных туманностях и межзвездном газе.

В целом, наибольшую относительную распространенность во вселенной имеют элементы (и их изотопы), массовое число которых делится на четыре.

Гелий обильно представлен например в атмосфере Юпитера.

Ядра Гелия синтезируются при звездных температурах из протонов в результате термоядерных процессов, высвобождающих 175 000 000 Киловатт-Часов энергии на каждый килограмм Гелия.
   Реакция синтеза Гелия - основа энергетической деятельности звезд, их свечения. Следовательно, синтез Гелия можно считать праотцом всех реакций в природе.




Атом Гелия (он же молекула) - прочнейшая из молекулярных конструкций. Орбиты двух его электронов совершенно одинаковы и проходят предельно близко от ядра. Чтобы оголить ядро Гелия, нужно затратить рекордно большую энергию - 78,61 МэВ. Отсюда - феноменальная химическая нейтральность Гелия.
   Химикам удалось получить более 150 химических соединений тяжелых благородных газов. Однако инертность Гелия остается, как и прежде, вне подозрений. Если бы и был найден путь получения, например фторида или окисла Гелия, то при образовании они поглотили бы так много энергии, что получившиеся молекулы были бы «взорваны» этой энергией изнутри.

Молекулы Гелия неполярны - силы межмолекулярного взаимодействия между ними меньше, чем в любом другом веществе. Отсюда - самые низкие значения критических величин - наинизшая температура кипения, наименьшие теплоты испарения и плавления.
   При давлении меньше 25 атмосфер, температуры плавления у Гелия вообще нет. Жидкий Гелий при сколь угодно близкой к абсолютному нулю температуре не затвердевает, если помимо температуры, на него не действует давление в 25 или больше атмосфер. Второго такого вещества в природе нет.

Нет также другого газа, столь ничтожно растворимого в жидкостях, особенно полярных, и так мало склонного к адсорбции, как Гелий.

Гелий - наилучший (среди газов) проводник электричества и второй, после Водорода, проводник тепла. Его теплоемкость очень велика, а вязкость мала.

Поразительно быстро проникает Гелий сквозь тонкие перегородки из некоторых органических полимеров, фарфора, кварцевого и боросиликатного стекла.
   Сквозь мягкое стекло Гелий проникает (диффундирует) в 100 раз медленнее, чем сквозь боросиликатное.

Гелий может проникать и через многие металлы. Полностью непроницаемы для него лишь Железо и металлы Платиновой группы, даже раскаленные.
   На принципе избирательной проницаемости основан и один из методов извлечения чистого Гелия из природного газа.




Жидкий Гелий - это самая холодная жидкость, в которой к тому же не растворяется заметно ни одно вещество. И это самая легкая из жидкостей с минимальной величиной поверхностного натяжения.

При температуре 2,172°К происходит скачкообразное изменение свойств жидкого Гелия. Образующаяся разновидность (изотоп) условно названа Гелием II.
   Гелий II не бурлит при кипении, поверхность его остается совершенно спокойной. Гелий II проводит тепло в 300 000 000 раз лучше, чем обычный жидкий Гелий (Гелий I). Вязкость Гелия II практически равна нулю - она в 1000 раз меньше вязкости жидкого Водорода. Поэтому Гелий II обладает сверхтекучестью - способностью вытекать без трения через капилляры сколь угодно малого диаметра.

Другой - стабильный - изотоп Гелия (Гелий-3 или 3Не) переходит в сверхтекучее состояние при температуре, отстоящей от абсолютного пуля всего на сотые доли градусов.
   Сверхтекучие Гелий-4 и Гелий-3 называют квантовыми жидкостями - в них проявляются квантово-механические эффекты еще до их отвердевания. Этим объясняется весьма детальная изученность жидкого Гелия. Да и производят его немало - сотни тысяч литров в год.

Твердый Гелий почти не изучен - велики трудности исследования этого самого холодного тела.




Как и всякое научное открытие, впервые Гелий был применен для разрушения. Первыми его начали применять немцы - в 1915 году они стали наполнять им свои дирижабли... - бомбившие Лондон.
   Вскоре легкий, но негорючий Гелий стал незаменимым наполнителем воздухоплавательных аппаратов.

Многие технологические процессы и операции нельзя вести в воздушной среде. Чтобы избежать взаимодействия получаемого вещества (или исходного сырья) с газами воздуха, создают специальные защитные среды. И нет для этих целей более подходящего газа, чем Гелий.
   Инертный, легкий, подвижный, хорошо проводящий тепло Гелий - идеальное средство для передавливания из одной емкости в другую легко воспламеняемых жидкостей и порошков - именно эти функции выполняет он в ракетах и управляемых снарядах.

В Гелиевой защитной среде проходят отдельные стадии получения ядерного горючего. Так же в заполненных Гелием контейнерах хранят и транспортируют тепловыделяющие элементы ядерных реакторов.
   С помощью особых течеискателей, действие которых основано на исключительной диффузионной способности Гелия, выявляют малейшие возможности утечки в атомных реакторах и других системах, находящихся под давлением или вакуумом.

В ряде стран построены и строятся дирижабли с Гелиевым наполнением, грузоподъемностью от 100 до 3000 тонн. Они экономичны, надежны и удобны для транспортировки крупногабаритных грузов, таких, как плети газопроводов, нефтеочистительные установки, опоры линий электропередач и т.п..
   Наполнение из 85% Гелия и 15% Водорода уже огнебезопасно. А подъемная сила, в сравнении с чисто Водородным (взрывоопасным) наполнением, снижается лишь на 7%.

Действуют высокотемпературные ядерные реакторы, в которых теплоносителем служит Гелий.

В научных исследованиях и в технике широко применяется жидкий Гелий - сверхнизкие температуры, когда движение частиц вещества замирает, благоприятствуют углубленному познанию вещества и его строения.
   При более высоких температурах, тонкие детали энергетических спектров маскируются движением атомов.

Существуют и сверхпроводящие соленоиды из особых сплавов, создающие при температуре жидкого Гелия сильные магнитные поля (до 300 000 эрстед) при ничтожных затратах энергии.
   При температуре жидкого Гелия вообще многие металлы и сплавы становятся сверхпроводниками.

Сверхпроводники, а с ними и жидкий Гелий входят в конструкции детекторов инфракрасного излучения, молекулярных усилителей (мазеров), оптических квантовых генераторов (лазеров), приборов для измерения сверхвысоких частот.




С горючим природным газом, через аппараты химического синтеза, топки и печи - проходят и уходят в атмосферу намного большие количества Гелия, чем те, что добываются из Гелиеносных источников.

Однако считается выгодным выделять Гелий только в тех случаях, если его содержание в природном газе не меньше 0,05%.




В природе существуют 2 стабильных изотопа Гелия: Гелий-3 и Гелий-4. Легкий изотоп (Гелий-3) распространен на Земле в миллион раз меньше, чем тяжелый (Гелий-4). Это самый редкий из стабильных изотопов, существующих на Земле.

Искусственным путем получены еще три - соответственно более тяжелые - изотопа Гелия: Гелий-5, Гелий-6, Гелий-8.
   Самый тяжелый из них интересен тем, что в его ядрах на один протон приходится три нейтрона.




В жидкое и твердое состояние Гелий был переведен самым последним из всех газов. Особые сложности сжижения и отверждения Гелия объясняются строением его атома и некоторыми особенностями физических свойств. В частности он (как и Водород) при температуре выше - 250°C, расширяясь, не охлаждается, а нагревается!
   При этом критическая (когда различие свойств жидкой и газообразной фаз исчезает) температура Гелия крайне низка.

Воздух, в котором весь Азот или большая его часть заменена Гелием, широко используют на земле, под землей и под водой.
   Гелиевый воздух втрое легче и намного подвижнее обычного воздуха. Он активнее ведет себя в легких - быстро подводит Кислород и быстро эвакуирует Углекислый газ. Поэтому Гелиевый воздух дают больным при расстройствах дыхания и некоторых операциях - он снимает удушья, лечит бронхиальную астму и заболевания гортани.

Дыхание Гелиевым воздухом практически исключает Азотную эмболию (кессонную болезнь), которой при переходе от повышенного давления к нормальному подвержены водолазы и специалисты других профессий, работа которых проходит в условиях повышенного давления.
   Причина этой болезни - значительная (особенно при повышенном давлении) растворимость Азота в крови. По мере уменьшения давления Азот выделяется в виде газовых пузырьков, которые могут закупорить кровеносные сосуды, повредить нервные узлы...

В отличие от Азота, Гелий практически нерастворим в жидкостях организма и, соответственно не может быть причиной кессонной болезни.

К тому же Гелиевый воздух исключает возникновение «Азотного наркоза» - внешне сходного с алкогольным опьянением.
   Собственно именно на основе чистого Азота предлагается осуществлять и приведение в исполнение судебных приговоров о высшей мере наказания. Предполагая что «Азотный наркоз» - максимально гуманный способ.

Длительное же дыхание Гелиевым воздухом напротив - не вызывает отрицательных сдвигов в человеческом организме и не грозит изменениями в генетическом аппарате.
   Гелиевая атмосфера не влияет в частности на развитие клеток и частоту мутаций.


Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732