Отримання гелію в промисловості. Гелій технічний - застосування в науці і промисловості. Національний запас США

гелій (He) - інертний газ, який є другим елементом періодичної системи елементів, а так само другим елементом по легкості і поширеності у Всесвіті. Він відноситься до простих речовин і при стандартних умовах (Standard temperature and pressure) являє собою одноатомний газ.

гелій не має смаку, кольору, запаху і не містить токсинів.

Серед всіх простих речовин, гелій має найменшу точку кипіння (T \u003d 4,216 K). При атмосферному тиску отримати твердий гелій неможливо, навіть при температурах, близьких до абсолютного нуля - для переходу в тверду форму, гелію необхідно тиск вище 25 атмосфер. Хімічних сполук гелію мало і всі при стандартних умовах вони нестабільні.
Зустрічається в природі гелій складається з двох стабільних ізотопів - He і 4He. Ізотоп "He" зустрічається дуже рідко (ізотопна поширеність 0,00014%) при 99,99986% у ізотопу 4He. Крім природних, відомі так само 6 штучних радіоактивних ізотопів гелію.
Появою практично все, що є у Всесвіті, гелію послужив первинний нуклеосинтез, що плив в перші хвилини після Великого вибуху.
В даний час практично весь гелій утворюється з водню в результаті термоядерного синтезу, що відбувається в надрах зірок. На нашій планеті гелій утворюється в процесі альфа-розпаду важких елементів. Та частина, гелію, якій вдається просочиться крізь земну кору, виходить назовні в складі природного газу і може становити до 7% від його складу. Що б виділити гелій з природного газу, використовується фракційна перегонка - процес низькотемпературного поділу елементів.

Історія відкриття гелію

18 серпня 1868 р очікувалося повне сонячне затемнення. Астрономи всього світу діяльно готувалися до цього дня. Вони сподівалися вирішити таємницю протуберанців - світяться виступів, видимих \u200b\u200bв момент повного сонячного затемнення по краях сонячного диска. Одні астрономи вважали, що протуберанці є високі місячні гори, які в момент повного сонячного затемнення висвітлюються променями Сонця; інші думали, що протуберанці - це гори на самому Сонці; треті бачили в сонячних виступах вогняні хмари сонячної атмосфери. Більшість же вважало, що протуберанці - не більше, ніж оптичний обман.

У 1851 р під час сонячного затемнення, що спостерігалося в Європі, німецький астроном Шмідт не тільки побачив сонячні виступи, але і встиг розгледіти, що обриси їх змінюються з плином часу. На підставі своїх спостережень Шмідт зробив висновок, що протуберанці є розпеченими газовими хмарами, що викидаються в сонячну атмосферу гігантськими виверженнями. Однак і після спостережень Шмідта багато астрономів і раніше вважали вогняні виступи обманом зору.

Тільки після повного затемнення 18 липня 1860 р яке спостерігалося в Іспанії, коли багато астрономів побачили сонячні виступи на власні очі, а італійцеві Секки і французу Делларю вдалося не тільки замалювати, але і сфотографувати їх, ні у кого вже не було сумнівів в існуванні протуберанців .

До 1860 р був уже винайдений спектроскоп - прилад, що дає можливість шляхом спостережень видимої частини оптичного спектру визначати якісний склад тіла, від якого виходить спостережуваний спектр. Однак в день сонячного затемнення ніхто з астрономів не скористався спектроскопом, щоб розглянути спектр протуберанців. Про спектроскопі згадали, коли затемнення вже закінчилося.

Ось чому, готуючись до сонячного затемнення 1868 р кожен астроном в список інструментів для спостереження включив і спектроскоп. Не забув цей прилад і Жюль Жансен, відомий французький вчений, вирушаючи для спостереження протуберанців в Індію, де умови для спостереження сонячного затемнення за обчисленнями астрономів були найкращими.

У момент, коли блискучий диск Сонця був повністю закритий Місяцем, Жюль Жансен, досліджуючи за допомогою спектроскопа оранжево-червоні язики полум'я, що виривалися з поверхні Сонця, побачив у спектрі, крім трьох знайомих ліній водню: червоною, зелено-блакитний та синій, нову, незнайому - яскраво-жовту. Жодне з речовин, відомих хімікам того часу, не мало такої лінії в тій частині спектру, де її виявив Жюль Жансен. Таке ж відкриття, але у себе вдома, в Англії, зробив астроном Норман Локіер.

25 жовтня 1868 р паризька Академія наук отримала два листи. Одне, написане на наступний день після сонячного затемнення, прийшло з Гунтур, маленького містечка на східному узбережжі Індії, від Жюля Жансена; інший лист, від 20 жовтня 1868 року було з Англії від Нормана Локіер.

Отримані листи були зачитані на засіданні професорів паризької Академії наук. У них Жюль Жансен і Норман Локіер, незалежно один від іншого, повідомили про відкриття одного і того ж "сонячної речовини". Це нова речовина, знайдене на поверхні Сонця за допомогою спектроскопа, Локіер пропонував назвати гелієм від грецького слова "Сонце" - "Геліос".

Такий збіг здивувало вчене збори професорів Академій і в той же час свідчило про об'єктивний характер відкриття нового хімічного речовини. На честь відкриття речовини сонячних смолоскипів (протуберанців) була вибита медаль. На одній стороні цієї медалі вибиті портрети Жансена і Локіер, а на іншій - зображення давньогрецького бога сонця Аполлона в колісниці, запряженій четвіркою коней. Під колісницею красувався напис французькою мовою: "Аналіз сонячних виступів 18 серпня 1868"

У 1895 р лондонський хімік Генрі Майерс звернув увагу Вільяма Рамзая, відомого англійського фізико-хіміка, на тоді вже забуту статтю геолога Хільдебранд. У цій статті Хільдебранд стверджував, що деякі рідкісні мінерали при нагріванні їх в сірчаної кислоти виділяють газ, не горить і не підтримує горіння. У числі таких рідкісних мінералів був слюда, знайдений в Норвегії Норденшельдом, знаменитим шведським дослідником полярних областей.

Рамзай вирішив досліджувати природу газу, що міститься в слюда. У всіх хімічних магазинах Лондона помічникам Рамзая вдалося купити всього лише ... один грам клевеїту, заплативши за нього всього 3,5 шилінга. Виділивши з отриманого кількості клевеїту кілька кубічних сантиметрів газу і очистивши його від домішок, Рамзай досліджував його за допомогою спектроскопа. Результат був несподіваним: виділений з клевеїту газ виявився ... гелієм!

Не довіряючи своєму відкриттю, Рамзай звернувся до Вільяму Крукс, найбільшому в той час в Лондоні фахівця спектрального аналізу, з проханням дослідити виділений з клевеїту газ.

Крукс досліджував газ. Результат дослідження підтвердив відкриття Рамзая. Так 23 березня 1895 на Землі було виявлено речовину, 27 років тому знайдене на Сонце. У той же день Рамзай опублікував своє відкриття, відправивши одне повідомлення в Лондонське королівське товариство, а інше - відомому французькому хіміку академікові Бертло. У листі до Бертло Рамзай просив повідомити про своє відкриття вченому зборам професорів паризької Академії.

Через 15 днів після Рамзая, незалежно від нього, шведський хімік Лангле виділив гелій з клевеїту і так само, як і Рамзай, повідомив про своє відкриття гелію хіміку Бертло.

Втретє гелій був відкритий в повітрі, куди, на думку Рамзая, він повинен був надходити з рідкісних мінералів (клевеїту і ін.) При руйнуванні і хімічних перетвореннях на Землі.

У невеликих кількостях гелій був виявлений і в воді деяких мінеральних джерел. Так, наприклад, він був знайдений Рамзаем в цілющому джерелі Котре в Піренейських горах, англійський фізик Джон Вільям Релей знайшов його в водах джерел на відомому курорті Бат, німецький фізик Кайзер відкрив гелій в ключах, що б'ють в горах Шварцвальда. Однак найбільше було виявлено гелію в деяких мінералах. Він міститься в самарскіті, Фергюсон, Колумбія, монацит, уран. У мінералі торіаніте з острова Цейлон міститься особливо багато гелію. Кілограм торіаніта при нагріванні до червоного виділяє 10 л гелію.

Незабаром було встановлено, що гелій зустрічається тільки в тих мінералах, у складі яких перебувають радіоактивні уран і торій. Альфа-промені, що випускаються деякими радіоактивними елементами, являють собою не що інше, як ядра атомів гелію.

З історії...

Його незвичайні властивості дозволяють широко використовувати гелій для самих різних цілей. Перша, абсолютно логічна, виходячи з його легкості - використання в повітряних кулях і дирижаблях. Причому на відміну від водню - він не вибухонебезпечний. Це властивість гелію використовувалося німцями в Першу Світову війну на бойових дирижаблях. Мінусом використання є те, дирижабль наповнений гелієм НЕ злетить так високо як водневий.

Для бомбардування великих міст, головним чином, столиць Англії і Франції, німецьке командування в першу світову війну використовувало дирижаблі (цепеліни). Для наповнення їх вживали водень. Тому боротьба з ними була порівняно простий: запальний снаряд, потрапляв в оболонку дирижабля, підпалював водень, той миттєво спалахував і апарат згорав. З 123 дирижаблів, побудованих в Німеччині за час першої світової війни, 40 згоріли від запальних снарядів. Але одного разу генеральний штаб англійської армії був здивований повідомленням особливої \u200b\u200bважливості. Прямі попадання запальних снарядів в німецький цепелін не дали результатів. Дирижабль не спалахнув, а повільно стікаючи якимось невідомим газом, полетів назад.

Військові фахівці дивувалися і, незважаючи на екстрене і докладне обговорення питання про незаймистість цепеліна від запальних снарядів, не могли знайти потрібного пояснення. Загадку розгадав англійський хімік Річард Трелфолл. У листі на адресу британського адміралтейства він писав: "... вважаю, що німці винайшли якийсь спосіб добувати в великій кількості гелій, і на цей раз наповнили оболонку свого цепеліна НЕ воднем, як зазвичай, а гелієм ..."

Переконливість доводів Трелфолл, однак, знижувалася фактом відсутності в Німеччині значних джерел гелію. Правда, гелій міститься а повітрі, але його там мало: в одному кубічному метрі повітря міститься всього лише 5 кубічних сантиметрів гелію. Холодильна машина системи Лінде, що перетворює в рідину кілька сот кубічних метрів повітря в одну годину, могла дати за цей час не більше 3 л гелію.

3 літри гелію в годину! А для наповнення цепеліна потрібно 5 ÷ 6 тис. Куб. м. Для отримання такої кількості гелію одна машина Лінде мала працювати без зупинки близько двохсот років, двісті таких машин дали б потрібну кількість гелію в один рік. Споруда 200 заводів по перетворенню повітря в рідину для отримання гелію економічно вельми невигідна, а практично безглузда.

Звідки ж німецькі хіміки отримували гелій?

Це питання, як з'ясувалося пізніше, було вирішено порівняно просто. Задовго до війни німецьким пароплавним компаніям, возівшім товари в Індію і Бразилію, дано вказівку вантажити повертаються пароплави не звичайним баластом, а монацитових піском, який містить гелій. Так був створений запас "гелиевого сировини" - близько 5 тис. Т монацитового піску, з якого і виходив гелій для цепелінів. Крім того, гелій добувався з води мінерального джерела Наугейм, який давав до 70 куб. м гелію щодня.

Випадок з негорючих Цепеліном з'явився поштовхом для нових пошуків гелію. Гелій стали посилено шукати хіміки, фізики, геологи. Він несподівано придбав величезну цінність. У 1916 р 1 кубометр гелію коштував 200 000 рублів золотом, т. Е. 200 рублів за літр. Якщо врахувати, що літр гелію важить 0,18 г, то 1 г його коштував понад 1000 рублів.

Гелій став об'єктом полювання комерсантів, спекулянтів, біржових ділків. Гелій в значних кількостях був виявлений в природних газах, що виходять з надр землі в Америці, в штаті Канзас, де після вступів Америки в воїну, поблизу міста Форт-Уорс був побудований гелевий завод. Але війна закінчилася, запаси гелію залишилися невикористаними, вартість гелію різко впала і становила в кінці 1918 р близько чотирьох рублів за кубічний метр.

Добутий з таким трудом гелій був використаний американцями тільки в 1923 р для наповнення тепер уже мирного дирижабля "Шенандоа". Він був першим і єдиним в світі повітряним вантажопасажирських кораблем, наповненим гелієм. Однак "життя" його виявилася нетривалою. Через два роки після свого народження "Шенандоа" був знищений бурею. 55 тис. Куб. м, майже весь світовий запас гелію, який збирався протягом шести років, безслідно розсіявся в атмосфері під час бурі, яка тривала всього 30 хвилин.

застосування гелію

Гелій в природі

В основному земної гелій утворюється при радіоактивному розпаді урану-238, урану-235, торію і нестабільних продуктів їх розпаду. Незрівнянно менші кількості гелію дає повільний розпад самарію-147 і вісмуту. Всі ці елементи породжують тільки важкий ізотоп гелію - He 4, чиї атоми можна розглядати як останки альфа часток, поховані в оболонці з двох спарених електронів - в електронному дублеті. У ранні геологічні періоди, Ймовірно, існували й інші, вже зникли з лиця Землі природно радіоактивні ряди елементів, що насичували планету гелієм. Одним з них був нині штучно відтворений нептуніевий ряд.

За кількістю гелію, замкнутого в гірській породі або мінералі, можна судити про їх абсолютному віці. В основі цих вимірів лежать закони радіоактивного розпаду: так, половина урану-238 за 4,52 мільярда років перетворюється в гелій і свинець.

гелій в земній корі накопичується повільно. Одна тонна граніту, що містить 2 г урану і 10 г торію, за мільйон років продукує усього 0,09 мг гелію - половину кубічного сантиметра. У далеко не всіх багатих ураном і торієм мінералах зміст гелію досить великий - кілька кубічних сантиметрів гелію на грам. Однак частка цих мінералів в природному виробництві гелію близька до нуля, так як вони дуже рідкісні.

На Землі гелію мало: 1 м 3 повітря містить всього 5,24 см 3 гелію, а кожен кілограм земного матеріалу - 0,003 мг гелію. Але за поширеністю у Всесвіті гелій займає 2-е місце після водню: на частку гелію припадає близько 23% космічної маси. Приблизно половина всього гелію зосереджена в земній корі, головним чином в її гранітній оболонці, акумулювати основні запаси радіоактивних елементів. Зміст гелію в земній корі невелике - 3 х 10 -7% по масі. Гелій накопичується у вільних газових скупченнях надр і в нафтах; такі родовища досягають промислових масштабів. Максимальні концентрації гелію (10 -13%) виявлені у вільних газових скупченнях і газах уранових рудників і (20-25%) в газах, спонтанно виділяються з підземних вод. Чим древнє вік газоносних осадових порід і чим вище в них вміст радіоактивних елементів, тим більше гелію в складі природних газів.

видобуток гелію

Видобуток гелію в промислових масштабах проводиться з природних і нафтових газів як вуглеводневого, так і азотного складу. За якістю сировини гелієві родовища підрозділяються: на багатих (вміст Чи не\u003e 0,5% за обсягом); рядові (0,10-0,50) і бідні< 0,10). Значительные его концентрации известны в некоторых месторождениях природного газа Канады, США (шт. Канзас, Техас, Нью-Мексико, Юта).

Світові запаси гелію становлять 45,6 млрд. Кубометрів. Великі родовища знаходяться в США (45% від світових ресурсів), далі йдуть Росія (32%), Алжир (7%), Канада (7%) і Китай (4%).
За виробництвом гелію також лідирують США (140 млн. Кубометрів на рік), потім - Алжир (16 млн.).

Росія займає третє місце в світі - 6 млн. Кубометрів на рік. Оренбурзький гелієвий завод є в даний час єдиним вітчизняним джерелом отримання гелію, причому виробництво газу знижується. У зв'язку з цим, газові родовища Східного Сибіру і далекого Сходу з високими концентраціями гелію (до 0,6%) набувають особливого значення. Одним з найбільш перспективних є Ковиктінське га зоконденсатное родовище, яке знаходиться на півночі Іркутської області. За оцінками фахівців тут міститься близько 25% загальносвітовихх запасів гелію.

найменування показника	Гелій (марки А) (по ТУ 51-940-80)	Гелій (марки Б) (по ТУ 51-940-80)	Гелій високої чистоти, марки 5.5 (по ТУ 0271-001-45905715-02)	Гелій високої чистоти, марки 6.0 (по ТУ 0271-001-45905715-02)
Гелій, не менше
Азот, не більше
Кисень + аргон
Неон, не більше
Водяна пара, не більше
Вуглеводні, не більше
СО2 + СО, не більше
Водень, не більше

Безпека

- Гелій не токсичний, не горючий, не вибухонебезпечний
- Гелій дозволено застосовувати в будь-яких місцях масового скупчення людей: на концертах, рекламних акціях, стадіонах, магазинах.
- Газоподібний гелій фізіологічно інертний і не представляє небезпеки для людини.
- Гелій не є небезпечним і для навколишнього середовища, тому знешкодження, утилізації та ліквідації його залишків в балонах не потрібно.
- Гелій значно легший за повітря і розсіюється в верхніх шарах атмосфери Землі.

Гелій (марки А і Б по ТУ 51-940-80)
технічне найменування	гелій
Хімічна формула
Номер за списком OON
Клас небезпеки при перевезеннях
Фізичні властивості
Фізичний стан	При нормальних умовах - газ
Щільність, кг / м³	При нормальних умовах (101,3 кПа, 20 С), 1627
Температура кипіння, С при 101,3 кПа
Температура 3-ної точки і рівноважний їй тиск С, (мПа)
Розчинність в воді	незначна
Пожежо- і вибухонебезпечність	пожежо-вибухобезпечне
Стабільність і хімічна активність
стабільність	стабільний
реакційна здатність	Інертний газ
Небезпека для людини
токсична дія	Не токсичний
екологічна небезпека	Шкідливого впливу на навколишнє середовище не робить
Засоби	Чи можливо застосувати будь-які засоби

Зберігання та перевезення гелію

Газоподібний гелій можна транспортувати усіма видами транспорту згідно з правилами перевезень вантажів на конкретному виді транспорту. Перевезення здійснюється в спеціальних сталевих балонах коричневого кольору і контейнерах для перевезення гелію. Рідкий гелій транспортують в транспортних посудинах типу СТГ-40, СТГ-10 і СТГ-25 обсягом 40, 10 і 25 літрів.

Правила перевезення балонів з технічними газами

Перевезення небезпечних вантажів в Російської Федерації регламентується наступними документами:

1. "Правила перевезення небезпечних вантажів автомобільним транспортом" (в ред. Наказів Мінтрансу РФ від 11.06.1999 №37, від 14.10.1999 №77; зареєстровані в Міністерстві юстиції Російської Федерації 18 грудня 1995, реєстраційний N 997).

2. "Європейська угода про міжнародне дорожнє перевезення небезпечних вантажів" (ДОПНВ), до якого Росія офіційно приєдналася 28 квітня 1994 року (постанова Уряду РФ від 03.02.1994 №76).

3. "Правила дорожнього руху"(ПДР 2006), а саме стаття 23.5, що встановлює що" Перевезення ... небезпечних вантажів ... здійснюється відповідно до спеціальних правил ".

4. "Кодекс РФ про адміністративні правопорушення", стаття 12.21 ч.2 якого передбачає відповідальність за порушення правил перевезення небезпечних вантажів у вигляді "адміністративного штрафу на водіїв у розмірі від одного до трьох неоподатковуваних мінімумів доходів громадян або позбавлення права керування транспортними засобами на строк від одного до трьох місяців; на посадових осіб, відповідальних за перевезення - від десяти до двадцяти неоподатковуваних мінімумів доходів громадян ".

Відповідно до п.п.3 п.1.2 "Дія Правил не поширюється на ... перевезення обмеженої кількості небезпечних речовин на одному транспортному засобі, Перевезення яких можна вважати як перевезення безпечного вантажу ". Там же роз'яснено, що" Обмежена кількість небезпечних вантажів визначається у вимогах по безпечному перевезенню конкретного виду небезпечного вантажу. При його визначенні можливе використання вимог Європейської угоди про міжнародне перевезення небезпечних вантажів (ДОПНВ) ". Таким чином, питання про максимальну кількість речовин, яке можна перевозити як безпечний вантаж зводиться до вивчення розділу 1.1.3 ДОПНВ, що встановлює вилучення з європейських правил перевезення небезпечних вантажів, пов'язані з різними обставинами.

Так, наприклад, відповідно до п. 1.1.3.1 "Положення RID не застосовуються ... до перевезення небезпечних вантажів приватними особами, коли ці вантажі упаковані для роздрібного продажу і призначені для їх особистого споживання, використання в побуті, дозвілля або спорту, при умови, що вжиті заходи для запобігання будь витоку вмісту в звичайних умовах перевезення ".

Однак, формально визнана правилами перевезення небезпечних вантажів група вилучень - вилучення пов'язані з кількостями, які перевозяться в одній транспортній одиниці (п.1.1.3.6).

Всі гази віднесені до другого класу речовин за класифікацією ДОПНВ. Негорючі, неотруйні гази (групи А - нейтральні і Про - окислюють) відносяться до третьої транспортної категорії, з обмеженням максимальної кількості в 1000 одиниць. Легкозаймисті (група F) - до другої, з обмеженням максимальної кількості в 333 одиниці. Під "одиницею" тут розуміється 1 літр місткості посудини, в якому знаходиться стиснений газ, або 1 кг зрідженого або розчиненого газу. Таким чином, максимальна кількість газів, яке можна перевозити в одній транспортній одиниці як безпечний вантаж, наступне:

Гелій - інертний газ. Змусити його вступити в які-небудь реакції поки не вдалося. Молекула гелію одноатомна. За легкістю цей газ поступається тільки водню, повітря в 7,25 рази важче гелію. Гелій майже не розчиняється у воді і інших рідинах. І точно так само в рідкому гелії помітно не розчиняється жодна речовина.

Твердий гелій не можна одержати ні при яких температурах, якщо не підвищувати тиск.

В історії відкриття, дослідження і застосування цього елемента зустрічаються імена багатьох великих фізиків і хіміків різних країн. Гелієм цікавилися, з гелієм працювали: Жансен (Франція), Локьер, Рамзай, Крукс, Резерфорд (Англія), Пальміері (Італія), Кеєзом, Камерлинг-Оннес (Голландія), Фейнман, Онсагер (США), Капіца, Кикоин, Ландау ( радянський Союз) І багато інших великих учених.

Неповторність вигляду атома гелію визначається поєднанням в ньому двох дивовижних природних конструкцій - абсолютних чемпіонів з компактності і міцності. В ядрі гелію, гелію-4, насичені обидві внутрішньоядерні оболонки - і протонна, і нейтронна. Електронний дублет, що оточує це ядро, теж насичений. У цих конструкціях - ключ до розуміння властивостей гелію. Звідси виникають і його феноменальна хімічна інертність і рекордно малі розміри його атома.

Величезною є роль ядра атома гелію - альфа-частинки в історії становлення та розвитку ядерної фізики. Якщо пам'ятаєте, саме вивчення розсіювання альфа-частинок призвело Резерфорда до відкриття атомного ядра. При бомбардуванні азоту альфа-частками було вперше здійснене взаємоперетворення елементів - те, про що століттями мріяли багато поколінь алхіміків. Правда, в цій реакції не ртуть перетворилася в золото, а азот в кисень, але це зробити майже так само важко. Ті ж альфа-частинки виявилися причетні до відкриття нейтрона і отримання першого штучного ізотопу. Пізніше за допомогою альфа-частинок були синтезовані кюрій, берклій, каліфорній.

Ми перерахували ці факти лише з однією метою - показати, що елемент № 2 - елемент досить незвичайний.

земний гелії

Гелій - елемент незвичайний, і історія його незвичайна. Він був відкритий в атмосфері Сонця на 13 років раніше, ніж на Землі. Точніше кажучи, в спектрі сонячної корони була відкрита яскраво-жовта лінія D, а що за нею ховалося, стало достовірно відомо лише після того, як гелій витягли із земних мінералів, що містять радіоактивні елементи.

У земній корі налічується 29 ізотопів, при радіоактивному розпаді яких утворюються альфа-частинки - високоактивні, що володіють великою енергією ядра атомів гелію.

В основному земний гелій утвориться при радіоактивному розпаді урану-238, урану-235, торію і нестабільних продуктів їх розпаду. Незрівнянно менші кількості гелію дає повільний розпад самарію-147 і вісмуту. Всі ці елементи породжують тільки важкий ізотоп гелію - 4 He, чиї атоми можна розглядати як останки альфа-частинок, захоронення в оболонці з двох спарених електронів - в електронному дублеті. У ранні геологічні періоди, ймовірно, існували й інші, вже зникли з лиця Землі природно радіоактивні ряди елементів, що насичували планету гелієм. Одним з них був нині штучно відтворений нептуніевий ряд.

За кількістю гелію, замкнутого в гірській породі або мінералі, можна судити про їх абсолютному віці. В основі цих вимірів лежать закони радіоактивного розпаду: так, половина урану-238 за 4,52 млрд. Років перетворюється в гелійі свинець.

Гелій в земній корі накопичується повільно. Одна тонна граніту, що містить 2 г урану і 10 г торію, за мільйон років продукує усього 0,09 мг гелію - половину кубічного сантиметра. У далеко не всіх багатих ураном і торієм мінералах зміст гелію досить великий - кілька кубічних сантиметрів гелію на грам. Однак частка цих мінералів в природному виробництві гелію близька до нуля, так як вони дуже рідкісні.
Гелій пі Сонце відкрили француз Ж. Жансен, який проводив свої спостереження в Індії 10 серпня 1868 і англієць Дж. Локьер - 20 жовтня того ж року. Листи обох вчених прийшли в Париж в один день і були зачитані на засіданні Паризької Академії наук 26 жовтня ц.р. інтервалом в декілька хвилин. Академіки, уражені таким дивним збігом, постановили викарбувати на честь цієї події золоту медаль.

Природні сполуки, в складі яких є альфа-активні ізотопи, - це тільки першоджерело, але не сировину для промислового одержання гелію. Правда, деякі мінерали, що володіють щільною структурою - самородні метали, магнетит, гранат, апатит, циркон і інші, - міцно утримують укладений в них гелій. Однак більшість мінералів з плином часу піддаються процесам вивітрювання, перекристалізації і т. Д., І гелій з них іде.

Вивільнені з кристалічних структур гелієві бульбашки відправляються в подорож по земній корі. Дуже незначна частина їх розчиняється в підземних водах. Для утворення більш-менш концентрованих розчинів гелію потрібні особливі умови, перш за все великі тиску. Інша частина гелію, що кочує через пори і тріщини мінералів виходить в атмосферу. Решта молекули газу потрапляють в підземні пастки, в яких накопичуються протягом десятків, сотень мільйонів років. Пастками служать шари пухких порід, порожнечі яких заповнюються газом. Ложем для таких газових колекторів зазвичай служать вода і нафта, а зверху їх перекривають газонепроникні товщі щільних порід.

Так як в земній корі мандрують та інші гази (головним чином метан, азот, вуглекислота), і до того ж в набагато більших кількостях, то чисто гелієвих скупчень не існує. Гелій в природних газах присутній як незначна домішка. Зміст його не перевищує тисячних, сотих, рідко - десятих часток відсотка. Велика (1,5-10%) геліємісність метаноазотних родовищ - явище вкрай рідкісне.

Природні гази виявилися практично єдиним джерелом сировини для промислового одержання гелію. Для відділення від інших газів використовують виняткову летючість гелію, пов'язану з його низькою температурою скраплення. Після того як всі інші компоненти природного газу сконденсуються при глибокому охолодженні, газоподібний гелій відкачують. Потім його очищають від домішок. Чистота заводського гелію досягає 99,995%.

Запаси гелію на Землі оцінюються в 54014 м 3; судячи ж за обчисленнями, його накопичилось в земній корі за 2 млрд. років в десятки разів більше. Така розбіжність теорії з практикою можна пояснити. Гелій - легкий газ і, подібно водню (хоча і повільніше), він випаровується з атмосфери в світовий простір. Ймовірно, за час існування Землі гелій нашої планети неодноразово оновлювався - старий розсіювався в космос, а замість нього в атмосферу потрапляв свіжий - «видихається» Землею.

У літосфері гелію щонайменше в 200 тис. Разів більше, ніж в атмосфері; ще більше потенційного гелію зберігається в «утробі» Землі - в альфа-активних елементах. але загальний вміст цього елемента в Землі й атмосфері невеликий. Гелій - рідкий газ. На 1 кг земного матеріалу доводиться всього 0,003 мг гелію, а зміст його в повітрі - 0,00052 об'ємного відсотка. Настільки мала концентрація не дозволяє поки економічно витягувати гелій з повітря.

Інертний, але дуже потрібний гелій

В кінці минулого століття англійський журнал «Панч» помістив карикатуру, на якій гелій був зображений хитро підморгуючим чоловічком - жителем Сонця. Текст під малюнком свідчив: «Нарешті-то мене зловили і на Землі! Це тривало досить довго! Цікаво знати, скільки часу пройде, поки вони здогадаються, що робити зі мною? »

Дійсно, пройшло 34 роки з дня відкриття земного гелію (перше повідомлення про це було опубліковано в 1881 р), перш ніж він знайшов практичне застосування. Певну роль тут зіграли оригінальні фізико-технічні, електричні і в меншій мірі хімічні властивості гелію, що зажадали тривалого вивчення. Головними ж перешкодами були неуважність і висока вартість елемента № 2. Тому практиці гелій був недоступний.

Першими гелій застосували німці. У 1915 р вони стали наповнювати їм свої дирижаблі, що бомбили Лондон. Незабаром легкий, але негорючий гелій став незамінним наповнювачем повітроплавальних апаратів. Розпочатий в середині 30-х років занепад дирижаблебудування спричинив деякий спад у виробництві гелію, але лише на короткий час. Цей газ все більше привертав до себе увагу хіміків, металургів і машинобудівників.

Багато технологічних процесів і операції не можна вести в повітряному середовищі. Щоб уникнути взаємодії одержуваного речовини (або вихідної сировини) з газами повітря, створюють спеціальні захисні середовища; і немає для цих цілей більш підходящого газу, ніж гелій.

Інертний, легкий, рухливий, добре проводить тепло гелій - ідеальний засіб для передавливания з однієї ємності в іншу легкозаймистих рідин і порошків; саме ці функції виконує він в ракетах і керованих снарядах. У гелиевой захисному середовищі проходять окремі стадії отримання ядерного пального. У контейнерах, заповнених гелієм, зберігають і транспортують тепловиділяючі елементи ядерних реакторів. За допомогою особливих течошукачів, дія яких заснована на винятковій дифузійної здатності гелію, виявляють найменші можливості витоку в атомних реакторах або інших системах, що знаходяться під тиском або вакуумом.

Останні роки ознаменовані повторним підйомом дирижаблебудування, тепер на більш високій науково-технічній основі. У ряді країн побудовані і будуються дирижаблі з гелієвим наповненням вантажопідйомністю від 100 до 3000 т. Вони економічні, надійні і зручні для транспортування великогабаритних вантажів, таких, як батоги газопроводів, нафтоочищувальні установки, опори ліній електропередач і т. П. Наповнення з 85% гелію і 15% водню огнебезопасний і тільки на 7% знижує підйомну силу в порівнянні з водневим наповненням.

Почали діяти високотемпературні ядерні реактори нового типу, в яких теплоносієм є гелій.

В наукових дослідженнях і в техніці широко застосовується рідкий гелій. Наднизькі температури сприяють поглибленому пізнанню речовини і його будови - при більш високих температурах тонкі деталі енергетичних спектрів маскуються тепловим рухом атомів.

Вже існують надпровідні соленоїди з особливих сплавів, що створюють при температурі рідкого гелію сильні магнітні поля (до 300 тис. Ерстед) при незначних витратах енергії.

При температурі рідкого гелію багато металів і сплави стають сверхпроводниками. Надпровідникові реле - кріотрони все ширше застосовуються в конструкціях електронно-обчислювальних машин. Вони прості, надійні, дуже компактні. Надпровідники, а з ними і рідкий гелій стають необхідними для електроніки. Вони входять в конструкції детекторів інфрачервоного випромінювання, молекулярних підсилювачів (мазерів), оптичних квантових генераторів (лазерів), приладів для вимірювання надвисоких частот.

Звичайно, цими прикладами не вичерпується роль гелію в сучасній техніці. Але якби не обмеженість природних ресурсів, які не крайня неуважність гелію, він знайшов би ще безліч застосувань. Відомо, наприклад, що при консервуванні в середовищі гелію харчові продукти зберігають свій первинний смак і аромат. Але «гелієві» консерви поки залишаються «річчю в собі», тому що гелію не вистачає і застосовують його лише в найважливіших галузях промисловості і там, де без нього ніяк не обійтися. Тому особливо прикро усвідомлювати, що з пальним природним газом через апарати хімічного синтезу, топки і печі проходять і йдуть в атмосферу набагато більші кількості гелію, ніж ті, що видобуваються з геліємісність джерел.

Зараз вважається вигідним виділяти гелій тільки в тих випадках, якщо його вміст у природному газі не менш 0,05%. Запаси такого газу весь час зменшуються, і не виключено, що вони будуть вичерпані ще до кінця нашого століття. Однак проблема «гелиевой недостатності» до цього часу, ймовірно, буде вирішена - частково за рахунок створення нових, більш досконалих методів поділу газів, вилучення з них найбільш цінних, хоч і незначних за обсягом фракцій, і частково завдяки керованого термоядерного синтезу. Гелій стане важливим, хоча і побічним, продуктом діяльності «штучних сонць».

Ізотопів гелію, В природі існують два стабільних ізотопи гелію: гелій-3 і гелій-4. Легкий ізотоп поширений на Землі в мільйон разів менше, ніж важкий. Це найрідкісніший з стабільних ізотопів, що існують на нашій планеті. Штучним шляхом отримані ще три ізотопу гелію. Всі вони радіоактивні. Період напіврозпаду гелію-5 - 2,440-21 секунди, гелію-6 - 0,83 секунди, гелію-8 - 0,18 секунди. Найважчий ізотоп, цікавий тим, що в його ядрах на один протон припадає три нейтрона, вперше отриманий в Дубні в 60-х роках. Спроби отримати гелій-10 поки були невдалі.

ОСТАННІЙ ТВЕРДИЙ ГАЗ. У рідкий і твердий стан гелій був переведений найостаннішим з усіх газів. Особливі складнощі скраплення і затвердіння гелію пояснюються будовою його атома і деякими особливостями фізичних властивостей. Зокрема, гелій, як і водень, при температурі вище - 250 ° C, розширюючись, що не охолоджується, а нагрівається. З іншого боку, критична температура гелію вкрай низька. Саме тому рідкий гелій вперше вдалося отримати лише в 1908, а твердий - в 1926 р

Гелієвих ПОВІТРЯ. Повітря, в якому весь азот або більша його частина замінена гелієм, сьогодні вже не новина. Його широко використовують на землі, під землею і під водою.

Гелієвий повітря втричі легше і набагато більш рухливими звичайного повітря. Він активніше поводиться в легких - швидко підводить кисень і швидко евакуює вуглекислий газ. Ось чому гелієвий повітря дають хворим при розладах дихання і деяких операціях. Він знімає задухи, лікує бронхіальну астму і захворювання гортані.

Дихання гелієвим повітрям практично виключає азотну емболію (кесонну хвороба), якій при переході від підвищеного тиску до нормального схильні водолази і фахівці інших професій, робота яких проходить в умовах підвищеного тиску. Причина цієї хвороби - досить значна, особливо при підвищеному тиску, розчинність азоту в крові. У міру зменшення тиску він виділяється у вигляді газових бульбашок, які можуть закупорити кровоносні судини, пошкодити нервові вузли ... На відміну від азоту, гелій практично не розчиняється в рідинах організму, тому він не може бути причиною кесонної хвороби. До того ж гелевий повітря виключає виникнення «азотного наркозу», зовні схожого з алкогольним сп'янінням.

Рано чи пізно людству доведеться навчитися довго жити і працювати на морському дні, щоб всерйоз скористатися мінеральними і харчовими ресурсами шельфу. А на великих глибинах, як показали досліди радянських, французьких і американських дослідників, гелевий повітря поки незамінний. Біологи довели, що тривале дихання гелієвим повітрям не викликає негативних зрушень в людському організмі і не загрожує змінами в генетичному апараті: гелієва атмосфера не впливає на розвиток клітин і частоту мутацій. Відомі роботи, автори яких вважають гелевий повітря оптимальної повітряним середовищем для космічних кораблів, Що здійснюють тривалі польоти у Всесвіт.

НАШ ГЕЛІЙ. У 1980 р група вчених і фахівців на чолі з І. Л. Андрєєвим була удостоєна Державної премії за створення і впровадження технології отримання гелієвих концентратів з порівняно бідних геліємісність газів. На Оренбурзькому газовому родовищі побудований гелевий завод, який став головним нашим постачальником «сонячного газу» для потреб різних галузей.

Гелієвих КОМПЛЕКС. У 1978 р академіку В. А. Легасова з співробітниками при розпаді ядер тритію, включених в молекулу амінокислоти гліцину, вдалося зареєструвати парамагнетичний гелійсодержащій комплекс, в якому спостерігалося надтонке взаємодія ядра гелію-3 з неспареним електроном. Це поки найбільше досягнення в хімії гелію.

існує три основних джерела отримання гелію:

• з гелійсодержащіх природних газів
• з мінералів
• з повітря

Отримання гелію з природного газу

Основним способом отримання гелію є метод фракційної конденсації з природних гелійсодержащіх газів, тобто методом глибокого охолодження. Причому використовується його характерна властивість - найнижча в порівнянні з відомими речовинами Температура кипіння. Це дозволяє конденсувати всі супутні гелію гази, перш за все метан і азот. Процес здійснюється зазвичай у дві стадії:

• виділення так званого сирого гелію (концентрату, що містить 70-90% He)
• очищення з отриманням технічно чистого гелію.

На малюнку нижче наведена одна зі схем установки для вилучення гелію з природного газу.

Газ стискається до 25 атмосфер і під цим тиском надходить в установку. Очищення від (CO 2) і часткова осушення газу проводяться в скрубберах, які зрошуються розчином, що містить 10-20% моноетаноламіна, 70-80% діетиленгліколю і 5-10% води. Після скрубберов в газі залишається 0,003-0,008% вуглекислоти CO 2, а точка роси не перевищує 5 ° С. Подальша осушення здійснюється в адсорберах з силікагелем, де досягається температура точки роси -45 ° С.

Під тиском близько 20 атмосфер чистий сухий газ надходить в попередній теплообмінник 1, де охолоджується до -28 ° С зворотними газовими потоками. При цьому відбувається конденсація важких вуглеводнів, які відділяються в сепараторі 2. У аміачних холодильнику 3 газ охолоджується до -45 ° С, конденсат відділяється в сепараторі 4. В основному теплообміннику 5 температура газу знижується до -110 ° С, в результаті чого вони вбирають значна частина метану. Паро-рідинна суміш (близько 20% рідини) дросселируется до тиску 12 атмосфер в перший протиточний конденсатор 6, на виході з якого паро-газова суміш збагачується гелієм до 3%. Утворився в трубках конденсат стікає в отпарную секцію, на тарілках якої з рідини видаляється розчинений в ній гелій, який приєднується до паро-газовому потоку.

Рідина дросселируется до 1,5 атмосфер в міжтрубний простір конденсатора, де служить холодоагентом. Утворився тут пар виводиться через теплообмінники 5 і 1. Паро-газова суміш, що виходить з конденсатора 6 і містить до 3% He, під тиском 12 атмосфер йде в другій протиточний конденсатор 7, що складається з двох частин: в нижній частині знаходиться змієвиковий теплообмінник, в трубках якого випаровується сдросселірованная з 12 до 1,5 атмосфер кубовая рідина, а у верхній частині - прямотрубчатий теплообмінник, в міжтрубному просторі якого кипить азот при температурі -203 ° с і тиску 0,4 атмосфери. В результаті конденсації компонентів газової суміші в нижній частині апарату 7 газ збагачується гелієм до 30-50%, а у верхній частині - до 90-92%.

Сирий гелій такого складу під тиском 11-12 атмосфер надходить в теплообмінники, де нагрівається і виводиться з установки. Так як в природному газі містяться невеликі домішки водню, то в сирому гелії концентрація водню збільшується до 4-5%. Видалення водню виробляють каталітичним гідруванням з подальшою осушенням газу в адсорберах з силікагелем. Сирий гелій стискається до 150- 200 атмосфер мембранним компресором 8, охолоджується в теплообміннику 9 і надходить в прямоточний змієвиковий конденсатор 10, охолоджуваний азотом, киплячим під вакуумом. Конденсат (рідкий) збирається в сепараторі 11 і періодично виводиться, а Несконденсировавшиеся газ, що містить приблизно 98% He йде в адсорбер 12 з активованим вугіллям, що охолоджується рідким азотом. Гелій, що виходить з адсорбера, містить домішок менше 0,05% і надходить в балони 13 в якості продукту.

Особливо багаті гелієм природні гази в США, що визначає широке застосування гелію для в цій країні.

Отримання гелію з мінералів

Іншим джерелом гелію є деякі радіоактивні мінерали містять уран, торій і самарій:

• слюда
• фергюсон
• самарскит
• гадолініт
• монацит
• торіаніт

Зокрема монацітовие піски, Велике родовище яких є в Траванкора (Індія): монацитом цього родовища містять близько 1 см 3 гелію в 1 г руди.

Для отримання гелію з моноціта необхідно нагріти в закритій посудині моноцит до 1000 ° С. Гелій виділяється разом з вуглекислим газом (CO 2), який потім поглинався розчином їдкого натрію (NaOH). Залишковий газ містить 96,6% He. Подальша очищення проводиться при 600 ° С на металевому магнії для видалення азоту, а потім при 580 ° С - на металевому кальції для видалення залишилися домішок. Продукційний газ містить понад 99,5% He. З 1000 т монацитового піску можна отримати близько 80 м 3 чистого гелію. такий спосіб отримання гелію не представляє технічного і промислового інтересу..

Отримання гелію з повітря

У невеликій кількості гелій знаходиться в повітрі, З якого він може бути отриманий як побічний продукт при виробництві кисню та азоту з повітря, описаного в статті «». У промислових ректифікаційних колонах для поділу повітря над рідким азотом збирається залишається газоподібної суміш неону і гелію. На малюнку нижче показаний апарат Клода, Спеціально пристосований для відділення такої суміші.

Газ, що виходить з апарату через вентиль Д, охолоджується в змійовику S, який поливається рідким азотом з Т, щоб скондесувати залишковий азот. Якщо вентиль R трохи відкрити, виходить суміш, яка містить дуже мало азоту. При такому методі промислового одержання гелію, крім труднощі, що полягає в необхідності обробити велика кількість повітря, зустрічається ще додаткове утруднення - необхідність відділення гелію від неону. Це відділення може бути виконано за допомогою рідкого водню, в якому неон твердне, або за допомогою адсорбції неону активованим вугіллям, що охолоджується рідким азотом.

Отримання гелію з повітря недоцільно внаслідок його малої кількості - 0,00046% обсягу або 0,00007% ваги. Розрахунки показують, що вартість одного кубометра гелію, видобутого з повітря, буде в тисячі разів більше, ніж при добуванні його з природних газів. Така висока вартість, звичайно, виключає можливість промислового виділення гелію з повітря.

Наприклад: Щоб добути 1 кубометр гелію, потрібно виділити 116 т азоту.

Хімічний елемент гелій спочатку був виявлений на Сонце і лише потім - на Землі.

Ключову роль в історії відкриття гелію зіграв Норман Локьер, засновник одного з передових світових наукових видань - журналу Nature. У процесі підготовки до випуску журналу він познайомився з лондонським науковим істеблішментом і захопився астрономією. Це був час, коли, натхненні відкриттям Кірхгофа-Бунзена, астрономи тільки починали вивчати спектр світла, що випускається зірками. Локьер самому вдалося зробити ряд важливих відкриттів - зокрема, він першим показав, що сонячні плями холодніше решти сонячної поверхні, а також перший вказав на наявність у Сонця зовнішньої оболонки, назвавши її хромосферою. У 1868 році, досліджуючи світло, що випромінюється атомами в протуберанцях - величезних викидах плазми з поверхні Сонця, - Локьер зауважив ряд раніше невідомих спектральних ліній ( см. Спектроскопія). Спроби отримати такі ж лінії в лабораторних умовах закінчилися невдачею, з чого Локьер зробив висновок, що він виявив новий хімічний елемент. Локьер назвав його гелієм, від грецького helios - «Сонце».

Вчені дивувалися, як їм поставитися до появи гелію. Одні припускали, що при інтерпретації спектрів протуберанців була допущена помилка, проте ця точка зору отримувала все менше прихильників, оскільки все більшій кількості астрономів вдавалося спостерігати лінії Лок'єра. Інші стверджували, що на Сонці є елементи, яких немає на Землі - що, як уже говорилося, суперечить головному положенню про закони природи. Треті (їх було меншість) вважали, що коли-небудь гелій буде знайдений і на Землі.

В кінці 1890-х років лорд Релей і сер Вільям Рамзай провели серію дослідів, що призвели до відкриття аргону. Рамзай переробив свою установку, щоб з її допомогою досліджувати гази, що виділяються урансодержащих мінералами. В спектрі цих газів Рамзай виявив невідомі лінії і послав зразки кількох колегам для аналізу. Отримавши зразок, Локьер відразу ж дізнався лінії, які понад чверть століття тому він спостерігав в сонячному світлі. Загадка гелію була вирішена: газ, безсумнівно, знаходиться на Сонце, але він існує також і тут, на Землі. У наш час цей газ найбільше відомий в звичайному житті як газ для надування дирижаблів і повітряних куль ( см. Закон Грема), а в науці - завдяки його застосуванню в кріогеніка, Технології досягнення наднизьких температур.

Короною і небуло

Питання про те, чи є де-небудь у Всесвіті хімічні елементи, яких немає на Землі, не втратив своєї актуальності і в XX столітті. При дослідженні зовнішньої сонячної атмосфери - сонячної корони, Що складається з гарячої сильно розрідженій плазми, - астрономи виявили спектральні лінії, які їм не вдалося ототожнити ні з одним з відомих земних елементів. Вчені припустили, що ці лінії належать новому елементу, який отримав назву короною. А при вивченні спектрів деяких туманностей - далеких скупчень газів і пилу в Галактиці - були виявлені ще одні загадкові лінії. Їх приписали іншому «новому» елементу - небули. У 1930-ті роки американський астрофізик Айра Спрейг Боуен (Ira Sprague Bowen, 1898-1973) прийшов до висновку, що лінії небуло насправді належать кисню, але придбали такий вид через екстремальних умов, Існуючих на Сонце і в туманностях, причому умови ці не можуть бути відтворені у земних лабораторіях. Короною же виявився сильно іонізованим залізом. А ці лінії отримали назву заборонені лінії.

Норман Лок'єр
Joseph Norman Lockyer, 1836-1920

Англійський учений. Народився в місті Рагбі в родині військового лікаря. Локьер прийшов в науку незвичайним шляхом, почавши свою кар'єру чиновником у військовому міністерстві. Щоб підробити, він, скориставшись громадським інтересом до науки, став видавати науково-популярний журнал. У 1869 році вийшов перший номер журналу Nature, І протягом 50 років Локьер залишався його редактором. Він брав участь у багатьох експедиціях, що спостерігають за повними сонячними затемненнями. Одна з таких експедицій і привела його до відкриття гелію. Локьер також відомий як засновник археоастрономії - науки, що вивчає астрономічний зміст древніх споруд, таких як Стоунхендж, - і автор багатьох науково-популярних книг.

ВИЗНАЧЕННЯ

гелій - другий елемент Періодичної таблиці. Позначення - Hе від латинського «helium». Розташований в першому періоді, VIIIа групі. Відноситься до групи інертних (благородних) газів. Заряд ядра дорівнює 2.

Гелій зустрічається на Землі в основному в атмосфері, однак деякі його кількості виділяються в певних місцях з надр Землі разом з природними газами. Води багатьох мінеральних джерел теж виділяють гелій.

Гелій є безбарвний, трудносжіжаемий газ (температура кипіння -268,9 o С), твердіє тільки під надлишковим тиском (схема будови атома представлена \u200b\u200bна рис. 1). Володіє здатністю проникати через скло і металеву фольгу. Погано розчиняється у воді, краще - в бензолі, етанолі, толуолі.

Рис. 1. Будова атома гелію.

Атомна і молекулярна маса гелію

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносна молекулярна маса M r - це молярна маса молекули, віднесена до 1/12 молярної маси атома вуглецю-12 (12 С). Це безрозмірна величина.

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносна атомна маса A r - це молярна маса атома речовини, віднесена до 1/12 молярної маси атома вуглецю-12 (12 С).

Оскільки у вільному стані гелій існує у вигляді одноатомних молекул He, значення його атомної і молекулярної мас збігаються. Вони рівні 4,003.

ізотопи гелію

Гелій - найбільш поширений після водню елемент космосу - складається з двох стабільних ізотопів: 4 He і 3 He. Їх масові числа рівні 4 і 3. Ядро атома гелію 4 He містить два протони і два нейтрони, а атома 3 He - таке ж число протонів і один нейтрон.

Спектральний аналіз показує присутність його в атмосфері Сонця, зірок, в метеоритах. Накопичення світовим співтовариством ядер 4 He у Всесвіті обумовлено термоядерної реакцією, яка є джерелом сонячної і зоряної енергії.

Іони гелію

У звичайних умовах гелій хімічно інертний, але при сильному збудженні атомів він може утворювати молекулярні іони He 2 +. У звичайних умовах ці іони нестійкі; захоплюючи електрон, вони розпадаються на два нейтральних атома.

Молекула і атом гелію

У вільному стані гелій існує у вигляді одноатомних молекул He.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

завдання	Вуглеводень містить 92,3% вуглецю (с). Виведіть молекулярну (емпіричну) формулу вуглеводню (С х Н у), якщо щільність його парів за гелію (Не) дорівнює 6,5.
Рішення	Масова частка елемента Х в молекулі складу НХ розраховується за такою формулою: ω (Х) \u003d n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Позначимо число атомів вуглецю в молекулі через «х», число атомів водню через «у». Знайдемо процентний вміст водню в складі вуглеводню: ω (Н) \u003d 100% - ω (С) \u003d 100% - 92,3% \u003d 7,7%. Знайдемо відповідні відносні атомні маси елементів вуглецю і водню (значення відносних атомних мас, взяті з Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва, округлимо до цілих чисел). Ar (С) \u003d 12 а.е.м .; Ar (Н) \u003d 1 а.е.м. Процентний вміст елементів розділимо на відповідні відносні атомні маси. Таким чином ми знайдемо співвідношення між числом атомів в молекулі сполуки: x: y \u003d m (Сa) / Ar (С): m (Н) / Ar (Р); x: y \u003d 92,3 / 12: 7,7 / 1; x: y: z \u003d 7,7: 7,7 \u003d 1: 1. Значить найпростіша формула вуглеводню СН. M (CH) \u003d Ar (C) + Ar (H) \u003d 12 + 1 \u003d 13 / моль. Значення молярної маси органічної речовини можна визначити за допомогою його щільності по гелію: M substance \u003d M (Не) × D (Не); M substance \u003d 4 × 6,5 \u003d 26 г / моль. Щоб знайти справжню формулу вуглеводню знайдемо відношення отриманих молярних мас: M substance / M (CH) \u003d 26/13 \u003d 2. Значить індекси атомів вуглецю і водню повинні бути в 2 рази вище, тобто молекулярна (емпірична) формула вуглеводню має вигляд C 2 H 2 .Це ацетилен.
відповідь	C 2 H 2 .Це ацетилен.

ПРИКЛАД 2

завдання	У балоні місткістю 60 л при 20 o С і 40 атм знаходиться гелій. Визначте обсяг витраченого гелію при н.у., якщо після 8 годин роботи тиск в балоні знизився до 32 атм, а температура зросла до 22 o С.
Рішення	Спочатку переведемо градуси в Кельвіна: T 1 \u003d 273 + 20 \u003d 293 К; T 2 \u003d 273 + 22 \u003d 295 К. За об'єднаному газовому закону: PV / T \u003d P 0 V 0 / T 0; V 0 \u003d PVT 0 / P 0 T. Для вихідного стану гелію в балоні наведений обсяг склав: V 0 initial \u003d P 1 × V 1 × T 0 / P 0 × T 1. Для кінцевого стану гелію в балоні наведений обсяг склав: V 0 final \u003d P 2 × V 2 × T 0 / P 0 × T 2. Висловимо обсяг витраченого гелію при н.у .: V x \u003d V 0 initial - V 0 final; V x \u003d -; V x \u003d (T 0 / P 0) × [(P 1 × V 1 / T 1) - (P 2 × V 2 / T 2)]. Так як місткість балона постійна, то V 1 \u003d V 2 \u003d V, тоді: V x \u003d (T 0 × V / P 0) × [(P 1 / T 1) - (P 2 / T 2)]; V x \u003d (273 × 60/1) × [(40/293) - (32/295)] \u003d 459 л.
відповідь	459 л.