Гелий как химический элемент таблицы Менделеева

Г Гелий является химическим элементом таблицы Менделеева под номером 2 и находится в 18 группе. Гелий представляет собой бесцветный нетоксичный газ без вкуса и запаха, который является первым элементом в группе благородных газов.

Как был открыт Гелий

Открытие такого химического элемента как гелий произошло 18 августа 1868 года в Индии. Французский астроном Жуль Янссен, во время полного солнечного затмения в Гунтуре, заметил ярко-желтую линию исходящую от солнца. Во время изучения хромосферы солнца астроном выяснил, что длинна волны составляет 587.49 нм. Ученый изначально принял эту линию за ионы натрия. 20 октября, того же 1868 года, английский астроном Норман Локьер так же выделил эту линию в спектре излучения Солнца, но в отличии от Янссена, он предположил что эта линия вызвана каким-то элементом на Солнце, которого не существует на Земле. Норман Локьер и Эдвард Франкленд назвали этот неизвестный элемент греческим словом солнце( helios ).

В 1881 году итальянский физик Луиджи Пальмиери обнаружил Гелий на Земле изучав вещества после извержения Везувия. 26 марта 1895 года шотландский химик Уильям Рамсей впервые искуственно выделил гелий обработав минеральный клевеит минеральными кислотами. В этом же году два Шведских ученых Теодор Клив и Абрахам Ланглет смогли собрать достаточное количество газа, чтобы точно определить его атомный вес. В 1908 году голландский физик Хайке Камерлинг-Оннес впервые провел сжиживание гелия. Удалось ему это благодаря понижению температуры до -5 кельвинов или -278 °С. В 1926 году ученику Оннеса Виллему Хендрику Кисому удалось отвердить 1 см³ гелия под высоким давлением. Затем русский физик Петр Леонидович Капица благодаря исследования изотопа гелия-4 ввел понятие сверхтекучести. Сверхтекучесть – представляет собой состояние при котором вещество почти не имеет вязкости. Ему удалось выявить это при температуре гелия близкой к 0 по Кельвину.

Распространенность Гелия

Что касается распространенности гелия, то тут можно отметить что по его количеству во вселенной он занимает почетное второе место. Его опережает только Водород.  Распространенность Гелия на Земле оценивается в 5.2*10^-4% от общего объема. Так же относительно невелика его распространенность в земной коре. Это объясняется тем, что такие радиоактивные элементы как самарий, торий и уран при распаде выделяют гелий.  Не смотря на то, что он постоянно улетучивается в космос, запасы этого газа пополняют радиоактивные элементы и минералы. Именно поэтому его объем на Земле относительно постоянный.

По неточным подсчетам в земной коре в год образуется около 3000 кубов гелия. Очень большой процент от общего количества гелия находится в месторождениях природного газа. По состоянию на 2011 год было заявлено, что общее число гелия на Земле составляет 40 миллиардов кубометров. Большая часть этих запасов приходится на Африку. Это место называется газоконденсатное месторождение «Южный Парс» или «Северный Купол». Месторождение открыто в 1871 году и принадлежит двум странам Ирану и Катару. В России также присутствуют залежи гелия в Ковыктинском и Чаяндинском месторождении.

Как добывают Гелий

Как уже становится понятно из текста выше, гелий добывается в месторождениях природного газа. Методом добычи является фракционная перегонка. Природный газ в своих месторождениях может содержать до 7% гелия. Его добыча осуществляется посредством низких темперратур и высокого давления. Это возможно потому, что гелий имеет самую низкую температуру кипения среди остальных компонентов. Полученый газ, который включает в себя смесь гелия, неона и водорода очищается активированным углем. После конечной очистки остается смесь гелия и неона, где процент неона составляет 0,005%. Затем посредством охлаждения до очень низких температур эта смесь переходит в жидкое состояние и ее готовят к транспортировке.

Это делается потому, что транспортировать его в газообразном состоянии коммерчески не выгодно. Ежегодно объем добычи гелия составляет свыше 100 миллионов кубических метров. Около 85% коммерческой добычи гелия приходится на США.  В последние десятилетия Катар и Иран начал составлять Америке конкуренцию в этом вопросе и вырвался на вторую позицию коммерческой добыче.  За 2000 — 2004 год цена за 1 куб гелия находилась в пределах 4 долларов США.

Применение Гелия

Применение гелия очень разнообразно, благодаря его некоторым уникальным свойствам. Наверное всем известна его развлекательная составляющая. Она включает в себя изменение голоса человека вдохнувшего гелий. Так же он используется для накачки воздушных шаров, потому что этот газ более легкий чем воздух. Но эта ниша коммерческой составляющей не является основой. Основными свойствами гелия являются низкая температура кипения, низкая плотность и растворимость, а также высокая теплопроводность и инертность. 32% от общего применения приходится на его криогенные свойства. В пример можно привести охлаждение сверхпроводящих магнитов в медицинских аппаратах магнитной терапии.  Другими областями применения являются системы герметизации, продувки и сварки. В добавок к вышеперечисленному этот газ используют для обнаружения утечек и поддержания контролируемой атмосферы.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с гелием достаточно много. Стоит начать наверное с того, что гелий на сегодняшний день является газом, который используется для поднятия в воздух воздушных шаров и дерижаблей. Во время Первой Мировой Войны этот газ вытеснул водород, который оказался слишком взрывоопасным.  Еще интересным моментом является то, что обычная цена за куб гелия составляла около 3 – 4$. В 2019 году цена резко подскочила и составляет на сегодняшний день 31.40$.

Так же интересным моментом является то, что этот газ имеет валентность 0. Это означает, что гелий не может вступать в химические реакции при нормальных условиях. Следующим интересным фактом является то, что этот газ может вызвать удушение. Хотя газ гелия является неопасным для человека были зафиксированы случаи смерти от удушения гелием из-за очень большого объема при вдыхании. Следует отметить еще одну уникальную функцию гелия. Скорость перемещения звука в гелие в 4 раза выше чем в  воздухе. Так же первые лазеры(сейчас они диодные), такие как лазерная указка или считыватель штрихкода были гелий-неоновые и еще многое другое.