Гелий

Гелий (He) – химический элемент 18 группы периодической системы. Инертный одноатомный газ. Вкуса, цвета и запаха не имеет. Во Вселенной является вторым по распространённости веществом после водорода.

Откуда такое название

Гелий был открыт в 1868 году во время спетрометрического исследования Солнца. Изучая линии излучения, учёные обнаружили неизвестную до того времени жёлтую линию, соответствующую новому элементу. Поскольку впервые элемент был обнаружен в составе солнца, название было дано «гелий» – от имени бога Солнца в древнегреческой мифологии.

В отличие от водорода, кислорода и многих других элементов, на русский язык название было не переведено, а протранскрибировано.

Роль в природе

Почти весь гелий во Вселенной образовался в первые минуты после Большого Взрыва в период первичного нуклеосинтеза. В космосе новые порции элемента образуются в ходе термоядерных реакций в недрах звёзд, на Земле – в результате распада тяжёлых элементов: альфа-частицы – это ядра гелия, которые затем, захватывая электроны, образуют атомы.

В атмосфере Земли гелий содержится в очень малых количествах: этот исключительно лёгкий газ быстро поднимается в верхние слои атмосферы и сдувается солнечным ветром. В недрах планеты запасы куда больше: образующиеся при альфа-распаде атомы гелия захватываются природным газом, в результате чего на некоторых месторождениях количество этого вещества может достигать до 16% по объёму (обычно всё же не больше 2%).

Химические и физические свойства

В нормальных условиях гелий – бесцветный газ без вкуса и запаха. Точка кипения у гелия – самая низкая среди любых веществ – всего 4,2 К, что на 4 градуса выше абсолютного нуля. В твёрдое состояние переходит лишь под давлением в 25 атмосфер.

В сжиженном состоянии гелий проявляет загадочные свойства сверхтекучести благодаря существованию двух фаз – гелия-I и гелия-II. Как установил советский учёный П.Л. Капица, у гелия-II вязкость отсутствует в принципе. В газообразном состоянии гелий легко проходит (диффундирует) через твёрдые материалы, что затрудняет его использование.

Будучи инертным газом, гелий практически не вступает в химические реакции. Соединения гелия удаётся получать лишь косвенным путём в ходе сложных реакций. При этом все такого рода соединения крайне нестабильны и способны существовать лишь в экстремальных условиях.

В жидкостях гелий растворяется слабее, чем любой другой известный науке газ. Любопытно, что из-за разницы скорости звука и разных условий резонанса в гелии и воздухе при вдыхании этого газа у человека резко меняется голос, становясь похожим на голос персонажей мультфильмов.

Изотопы гелия

Практически весь природный гелий состоит из изотопов с массой He4 и крайне редкого He3. Поскольку гелий-3 принципиально может считаться «топливом» для термоядерных реакторов, всерьёз обсуждаются перспективы его добычи из лунного реголита, где он накопился под воздействием миллиардов лет солнечного излучения. Кроме стабильных, учёные обнаружили 6 радиоактивных изотопов с разным атомным числом. Их время жизни крайне невелико.

Применение

Гелий используется:

в воздухоплавании – как наполнитель для дирижаблей, аэростатов, аэрозондов и даже бытовых воздушных шариков: гелий тяжелее водорода, но зато абсолютно не горюч;

как защитная газовая оболочка в металлургии при плавке сверхчистых металлов;

как хладогент при экспериментах со сверхнизкими температурами и сверхпроводимостью: вещество, холоднее жидкого гелия, получить можно только при электромагнитном охлаждении;

как элемент дыхательной смеси для сверхглубоких погружений, чтобы избежать кислородного отравления. Иногда приходится на батискафах и других подводных аппаратах использовать микрофоны специальной конструкции, чтобы на поверхности могли понимать «мультяшную» речь подводников;

для заполнения гасосветных трубок (в газоразрядных устройствах гелий светится бело-красным светом);

как инертный наполнитель в пищевой промышленности и в производстве сверхточных устройств (например, некоторых моделей магнитных дисков);

как индикатор в геологической съёмке при поиске глубинных разломов земной коры или залежей урановых руд;

в космонавтике и военном деле – для продувки баков ракетных двигателей на жидком топливе.

В целом гелий – достаточно дорогое вещество, потому что выделить его в чистом виде можно лишь при глубоком охлаждении газа.