гелий
ГЕЛИЙ (от греч. helios — солнце; лат. Helium) He
хим. элемент VIII гр. периодической системы, ат. н. 2, ат. м. 4,002602; относится к благородным газам. Атмосферный Г. 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.
Г. — один из наиболее распространенных элементов космоса-занимает второе место после водорода. Содержание Г. в атмосфере (образуется в результате
Свойства. Г. — одноатомный газ без цвета и запаха. Свойства изотопов Г. приведены в таблице. Уравнения температурной зависимости давления пара 4Не:
Теплопроводность Г. 0,1437 Вт/(м∙К); магн. восприимчивость — 1,9∙10−6; уравнение температурной зависимости вязкости:
СВОЙСТВА ИЗОТОПОВ ГЕЛИЯ
Жидкий Г. — квантовая жидкость, т. е. жидкость, в макроскопич. объеме которой проявляются квантовые свойства составляющих ее атомов. Квантовые эффекты существенны при очень низких температурах, 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.
Для газообразного Г. характерна высокая способность проникать сквозь перегородки из пластмасс, стекла и некоторых металлов. Растворимость Г.: в воде (смэ/л)-9,78 (0 °C), 8,61 (20 °C), 10,10 (80 °C); этаноле (% по объему)-2,8 (15 °C), 3,2 (25 °C). Г. характеризуется исключительной хим. инертностью.
Получение. Г. выделяют из прир. гелионосных горючих газов. Сухой газ, очищенный от CO2, под давл. 2 МПа подается в систему теплообменников и сепараторов, где благодаря конденсации при —28, —41 и −110 °C отделяется значит. часть углеводородов. Полученная парожидкостная смесь дросселируется до давл. 1,2 МПа и в результате отделения жидкой фазы парогазовая смесь обогащается Г. до содержания 3%. При послед. дросселировании до 1,0 МПа происходит дальнейшее обогащение-сначала до содержания 30–50% Г., затем при охлаждении кипящим при — 203 °C и 0,04 МПа азотом-до 90%. Сырой Г. (70–90% по объему Г.) очищают от водорода (4–5%) с помощью СиО при 650–800 К, а затем осушают в адсорберах силикагелем. Окончательная очистка достигается охлаждением сырого Г. кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2. Производят Г. техн. чистоты (99,80% по объему Г.) и высокой чистоты (99,985%).
Определение. Качественно Г. обнаруживают с помощью эмиссионного спектрального анализа; осн. характеристич. линии 587,56 и 388,86 нм. Для количеств. определения пользуются методами, основанными на измерении физ. свойств (плотности, теплопроводности и др.), а также масс-спектро-метрией и газовой хроматографией.
Применение. Газообразный Г. применяют: в качестве защитной среды при сварке, резке и плавке металлов (15% производимого Г.), при производстве твэлов (25%), при перекачивании ракетного топлива (35%), в производстве полупроводниковых материалов; для консервации пищ. продуктов; в качестве теплоносителя в высокотемпературных ядерных реакторах; для заполнения дирижаблей и аэростатов; в вакуумной технике в качестве рабочей среды при обнаружении течей гелиевым течеискателем; как компонент среды газовых лазеров; газ-носитель в хроматографии; термометрич. вещество в газовых эталонных термометрах в интервале температур 1–80 К; компонент дыхат. смесей для глубоководного погружения. Жидкий Г. — хладагент в эксперим. физике, при получении сверхпроводящих материалов для вычислит. и измерит, техники, в сверхпроводящих магнитах и др. Жидкий 3Не-термометрич. вещество для измерений температур ниже 1 К.
Мировое производство Г. ок. 54 млн. м3 (1979). Осн. страны-производители-США, СССР, ЮАР.
Хранится Г. под давл. 15 МПа в стальных баллонах емкостью 40 л, окрашенных в коричневый цвет; жидкий Г. — в дьюаровских сосудах емкрстью 10 л с защитным экраном, охлаждаемым жидким N2. Г. 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
Химическая энциклопедия