Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


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 приведена диаграмма 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 минерала клевеита.

Лит. см. при ст. Благородные газы. В. Б. Соколов.


===
Исп. литература для статьи «ГЕЛИЙ»: нет данных

Страница «ГЕЛИЙ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн