Список веществ по алфовитy а б в г д е ж з и к л м н п р с т у ф х ц ч ш э ю я

Гелий

ГЕЛИЙ (от греч. helios-солнце; лат. Helium) He, хим. элемент VIII гр. периодич. системы, ат. н. 2, ат. м. 4,002602; относится к благородным газам. Атмосферный гелий состоит из изотопов 3Не (0,00013% по объему) и 4Не. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для 4Не 68*10-32 м2, для 3Не-54*10-26 м2. Конфигурация электронной оболочки 1s2; энергия ионизации Не0 -> Не+ -> Не2 + соотв. 2372 и 5250 кДж/моль; ван-дер-ваальсов радиус 0,122 нм, ковалентный радиус 0,04-0,06 нм.

Гелий-один из наиб. распространенных элементов космоса-занимает второе место после водорода. Содержание гелия в атмосфере (образуется в результате1101-1.jpgраспада Ac, Th, U) 5,27*10-4% по объему. Запасы гелия в атмосфере, литосфере и гидросфере оцениваются в 5*1014 м3. Гелионосные прир. газы содержат, как правило, до 2% по объему гелия; главные пром. месторождения этих газов находятся в США (2,1*1010 м3 Т.), СССР, Канаде (108 м3), ЮАР. Гелий содержится также в минералах: клевеите, монаците, торианите (до 10,5 л/кг).

Свойства. Гелий-одноатомный газ без цвета и запаха. Св-ва изотопов гелия приведены в таблице. Ур-ния температурной зависимости давления пара 4Не: 
1101-2.jpg

Теплопроводность гелия 0,1437 Вт/(м*К); магн. восприимчивость — 1,9*10-6; ур-ние температурной зависимости вязкости:1101-3.jpg*107 = 5,023Т0,647 Па*с (4-1000 К).

СВОЙСТВА ИЗОТОПОВ ГЕЛИЯ 
1101-4.jpg

Жидкий гелий-квантовая жидкость, т.е. жидкость, в макроскопич. объеме к-рой проявляются квантовые св-ва составляющих ее атомов. Квантовые эффекты существенны при очень низких т-рах, когда длина волны де Бройля для теплового движения атомов становится сравнимой с расстоянием между ними. На рисунке приведенадиаграмма состояния 4Не. При 2,17 К и давлении паров 0,005 МПа (т. наз.1101-5.jpg-точка) жидкий 4Не (бозе-жидкость) претерпевает фазовый переход второго рода (от Не I к Не II), сопровождающийся резким изменением ряда св-в: теплоемкости, вязкости, плотности и др. С увеличением давления т-ра перехода1101-6.jpg смещается в область более низких т-р (зависимость1101-7.jpgот давления показана на рисунке1101-8.jpg-линией). Для Не II характерна сверхтекучесть-способность протекать без трения через узкие (диам. менее 100 нм) капилляры и щели. Это св-во открыто в 1938 П.Л. Капицей. Сверхтекучесть обусловлена переходом при т-рах ниже1101-9.jpgчасти атомов жидкого гелия в состояние с нулевым импульсом. Не I бурно кипит во всем объеме, Не II-спокойная жидкость с ясно выраженным мениском. Различие в их поведении объясняется необычайно высокой теплопроводностью Не II (во много миллионов раз выше, чем у Не I). Сверхтекучесть проявляет также и жидкий 3Не (ферми-жидкость) вблизи абс. нуля (менее 2,6*10-3 К) и давлении ок. 3,4 МПа. Жидкий гелий-единственное в-во, не затвердевающее при нормальном давлении даже вблизи О К. Он кристаллизуется только под давлением более 2,5 МПа. Кристаллич. решетка 4Не гексагональная с плотной упаковкой. 3Не при одной и той же т-ре в зависимости от давления может находиться в двух модификациях:1101-10.jpg (решетка кубическая) и1101-11.jpg (гексагональная с плотной упаковкой); т-ра тройной точки1101-12.jpg 3,15 К, давл. 14,3 МПа; у 4Не тройная точка отсутствует.

Для газообразного гелия характерна высокая способность проникать сквозь перегородки из пластмасс, стекла и нек-рых металлов. Р-римость гелия: в воде (смэ/л)-9,78 (0°С), 8,61 (20°С), 10,10 (80°С); этаноле (% по объему)-2,8 (15°С), 3,2 (25 °С). Гелий характеризуется исключительной хим. инертностью.

Получение. Гелий выделяют из прир. гелионосных горючих газов. Сухой газ, очищенный от СО2, под давл. 2 МПа подается в систему теплообменников и сепараторов, где благодаря конденсации при —28, —41 и — 110°С отделяется значит. часть углеводородов. Полученная парожидкостная смесь дросселируется до давл. 1,2 МПа и в результате отделения жидкой фазы парогазовая смесь обогащается гелием до содержания 3%. При послед. дросселировании до 1,0 МПа происходит дальнейшее обогащение-сначала до содержания 30-50% гелия, затем при охлаждении кипящим при - 203°С и 0,04 МПа азотом-до 90%. Сырой гелий (70-90% по объему гелия) очищают от водорода (4-5%) с помощью СиО при 650-800 К, а затем осушают в адсорберах силикагелем. Окончательная очистка достигается охлаждением сырого гелия кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2. Производят гелий техн. чистоты (99,80% по объему гелия) и высокой чистоты (99,985%).

Определение. Качественно гелий обнаруживают с помощью эмиссионного спектрального анализа; осн. характеристич. линии 587,56 и 388,86 нм. Для количеств. определения пользуются методами, основанными на измерении физ. св-в (плотности, теплопроводности и др.), а также масс-спектро-метрией и газовой хроматографией.

Применение. Газообразный гелий применяют: в кач-ве защитной среды при сварке, резке и плавке металлов (15% производимого гелия), при произ-ве твэлов (25%), при перекачивании ракетного топлива (35%), в произ-ве полупроводниковых материалов; для консервации пищ. продуктов; в кач-ве теплоносителя в высокотемпературных ядерных реакторах; для заполнения дирижаблей и аэростатов; в вакуумной технике в кач-ве рабочей среды при обнаружении течей гелиевым течеискателем; как компонент среды газовых лазеров; газ-носитель в хроматографии; термометрич. в-во в газовых эталонных термометрах в интервале т-р 1-80 К; компонент дыхат. смесей для глубоководного погружения. Жидкий гелий-хладагент в эксперим. физике, при получении сверхпроводящих материалов для вычислит. и измерит, техники, в сверхпроводящих магнитах и др. Жидкий 3Не-термометрич. в-во для измерений т-р ниже 1 К. 
1101-13.jpg

Мировое произ-во гелия ок. 54 млн. м3 (1979). Осн. страны-производители-США, СССР, ЮАР.

Хранится гелий под давл. 15 МПа в стальных баллонах емкостью 40 л, окрашенных в коричневый цвет; жидкий гелий-в дьюаровских сосудах емкрстью 10 л с защитным экраном, охлаждаемым жидким N2. Гелий открыт в 1868 Ж. Жансеном и Н. Локьером в спектре солнечной короны; впервые выделен в 1895 У. Рамзаем из минералаклевеита.