Меню

Каким цветом горит гелий



Гелий: сферы применения и способы добычи

Гелий — это химический элемент, который представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Впервые был замечен при спектроскопии света (расщеплении света на лучи разного цвета), источаемого солнцем во время затмения. В 1868 году французский астроном Пьер Жюль Жансен вместе с английским коллегой Джозефом Норманом Локьером смогли наблюдать новую светло-желтую линию, до этого неизвестную науке. Как выяснилось, так отобразился ранее не известный элемент, который позже назвали гелием.

По распространению во вселенной гелий находится на втором месте после водорода, но на нашей планете этого газа не много. Лишь в 1895 году химик из Шотландии Уильям Рамзай выделил гелий из минерала клевеита.

Классификация месторождений

На сегодняшний день столь редкий элемент добывают из природного газа. Оренбургский газоперерабатывающий завод занимается этим в России. В найденных месторождениях находится всего 0,055 % гелия в природном газе, что относит этот источник к «бедному». «Богатыми» месторождениями можно называть те, в которых процент искомого вещества составляет не ниже 0,5 %. Если доля гелия в газе составляет 0,1–0,5 %, то такое месторождение носит имя «рядовое».

Гелий в природе

Земной гелий чаще всего образуется при распаде урана-235, тория и урана-238, а также нестабильных продуктов их распада. Газ медленно накапливается в земной коре. За миллионы лет одна тонна гранита, в которой содержится 10 г тория и 2 г урана, вырабатывает всего 0,5 см3 (или 0,09 мг) элемента. Лишь немногие минералы, богатые торием и ураном, могут похвастаться высоким содержанием гелия. Кроме того, большая часть минералов подвергается выветриванию, перекристаллизации и другим процессам, в результате которых гелий уходит. Высвободившиеся пузырьки могут раствориться в подземных водах или выйти в атмосферу через трещины и поры в минералах.

Производство гелия

На нашей планете всего насчитывается до 41 млрд кубометров гелия. Большое количество месторождений расположено в Китае, США, России, Алжире. Всего в мире человечеством добывается приблизительно 175 млн кубометров гелия в год, из которых в России производится не более 5 млн м³. Вызвано это тем, что самые богатые месторождения данного газа находятся в Сибири и на Дальнем Востоке, где производство пока что не налажено.

Как добывается гелий из природного газа

Добыча гелия из природного газа состоит из двух этапов. Вследствие проведения низкотемпературной конденсации можно получить гелиевый концентрат, в котором необходимого вещества уже имеется 80 %. Далее необходимо очисть полученный концентрат от примесей (методы зависят от элементов): водорода, аргона, неона, азота, метана.

Сферы применения гелия

Гелий имеет много полезных свойств, среди которых электропроводимость и теплопроводность. Во многих сферах требуются именно эти свойства. Газ часто применяется в авиации, ракетостроении, атомной и электронной промышленности, в медицине.

Впервые гелий применили в Германии в 1915 году, им стали наполнять дирижабли. Очень быстро этот легкий и негорючий газ стал незаменимым наполнителем для воздухоплавательных аппаратов. В 30-х годах интерес к дирижаблестроению спал, что повлекло за собой сокращение объемов производства гелия, правда лишь на короткое время, так как на элемент начали обращать внимание химики, металлурги и машиностроители.

Гелий очень легкий, что позволяет применять его при погружении в воду или для воздухоплавания (воздушные шары, дирижабли).

Данный газ не токсичен, его можно вдыхать без вреда для здоровья. Именно по этой причине из него часто изготовляют различные дыхательные смеси.

Это могут быть составы для проведения кессонных работ или подводного плавания с аквалангами. Такая сфера применения газа связана с его низкой реактивностью и растворимостью в воде и крови.

В последнее время гелий стали часто применять в атомной промышленности: из данного вещества получается неплохой теплоноситель для атомных реакторов. Нашел свою нишу газ и в металлургии: из гелия можно создать защитную среду при сварке металлов.

Гелий, позволяющий получать сверхнизкие температуры, выполняет роль охлаждающего агента в Большом адронном коллайдере. Его используют при создании аппаратов МРТ, ракет «Аполлон» и спутниковой аппаратуры. Его применяют в качестве инертного газа при производстве оптоволокна и полупроводников. Газовые лазеры с гелием используют на кассах в супермаркетах для сканирования штрих-кодов.

Благодаря низкой плотности газ используется в качестве наполнителя для шаров, которые применяют как для декора, так и в исследовательских целях. Например, в метеорологии гелиевые шары нужны для того, чтобы поднять измерительные приборы на нужную высоту.

Хватит ли нам гелия?

По прогнозам ООО «Газпром ВНИИГАЗ», для всей индустрии понадобится около 238–312 млн кубометров уже к 2030 году, что значительно превышает предполагаемый объем добычи (213–238 млн кубометров). Естественно возникнет дефицит, избежать который можно только с помощью повышения уровня производства гелия по всему миру. Правительство Российской Федерации уже сейчас предпринимает необходимые меры по строительству центров производств столь важного ресурса в Чаядинском, Ковытинском и в других регионах Сибири.

Источник

Гелий, что нужно знать

Гелий – инертный газ без цвета, запаха и вкуса. Газ замечательно поднимается в воздухе, так как имеет очень низкий вес, благодаря чему его часто используют для заправки воздушных шариков. Газ абсолютно безвреден для всех живых существ и является нетоксичным.

Гелий – инертный газ без цвета, запаха и вкуса. Газ замечательно поднимается в воздухе, так как имеет очень низкий вес, благодаря чему его часто используют для заправки воздушных шариков. Газ абсолютно безвреден для всех живых существ и является нетоксичным.

При перевозке вещества в баллонах большую опасность представляет не само вещество, а давление, под которым оно находится. По такому баллону запрещено производить удары, стоит избегать любых возможных физических и механических повреждений контейнера. Вентиль должен находиться под защитным колпаком, чтобы не быть подверженным сильным ударам. Нагревать баллон нельзя более чем до +60̊ С.

Бытует мнение, что гелий применяют только для надувания воздушных шариков, но этот газ имеет множество полезных функций, что делает его незаменимым в машиностроении, оборонной промышленности, воздухоплавании, медицине, метеорологии. Иногда газ применяется как заполнитель для подъема предметов в воздух или их облегчения, а иногда – как среда функционирования некоторых устройств. Гелий пришел на смену водороду, так как последний является сильно огнеопасным.

В связи с тем, что гелий не размещается в воздухе по всей планете, и его нужно добывать со специальных источников, запасы гелия на планете не безграничны. На любом производстве ведется четкое документирование всех затрат вещества, поэтому заказчику придется иметь дело с большим количеством цифр, технических данных, табличных записей, расчетов.

Чтобы поместить больше гелия в баллон, можно его сжать, именно по этой причине газ находится под довольно сильным давлением.
По стандарту используются баллоны, имеющие давление 150 атмосфер (именно такие резервуары выполняются на специальных заводах), что означает, что газ сжат в 150 раз, соответственно, его можно туда вместить в 150 раз больше. В таком баллоне с номиналом объема 40 литров будет помещаться следующий объем гелия: 40 * 150 =6000 литров. Точно так же хранятся многие газы: азот, кислород, углекислотные смеси. По сути, баллоны с гелием можно отличить только по цвету (они имеют коричневую окраску). Также стоит обратить внимание на вентиль, который в гелиевых баллонах выполнен с учетом того, что данный газ является очень текучим (вентиль должен очень плотно закрываться).

От того, что газ находится в баллонах под давлением, иногда возникают проблемы с измерением его остатка. Допустим, у вас осталось некоторое количество гелия в емкости на10 литров, как же определить точный объем? Для этого достаточно применить прибор манометр (с его помощью легко определить давление). Допустим, манометр показал число 80 атмосфер. Чтобы определить объем, достаточно выполнить следующее математическое действие: 10 литров* 80 атмосфер =800 литров. Именно это число и является остаточным объемом газа в баллоне. Данное число необходимо рассчитывать для определения достаточности гелия для выполнения той или иной работы. Но стоит знать и расход газа на один шар, чтобы выяснить точное количество потенциальных изделий.

Читайте также:  Что обозначают цвета флага швеции

В баллоны не должен попадать воздух из окружающей среды, иначе резервуар придется «мыть», что стоит денег. Чтобы избежать лишних затрат, следует оставлять немного газа в емкости (примерно 1,5 – 2 атмосферы). Если вы видите, что очередной шар перестал надуваться, сразу же закройте вентиль и больше не пользуйтесь этим баллоном. Чтобы избежать случайного открытия вентиля в пустой емкости, данный баллон необходимо отметить специальным знаком.

Работа с малолитражными гелиевыми баллонами

Конечно, всегда удобно пользоваться баллонами с большим объемом. Но вот с перевозкой таких емкостей могут возникнуть проблемы. Например, 40-литровый баллон весит около 70 кг. Конечно, можно использовать малолитражные баллоны, но здесь возникает другая проблема: их придется все время заполнять, на что уходит много времени и денег. Настоятельно рекомендуем не заряжать гелием емкости самостоятельно, данный процесс очень трудный и требует специальной подготовки и оборудования. В случае ошибки может произойти трагедия.

Таблица с примерными данными объема воздушных шаров, подъемная сила шара в зависимости от его размера и время полета шара наполненного гелием. Данные предоставлены производителем шаров, компанией Qualatex, США.

Источник

Гелий

Гелий
Атомный номер 2
Внешний вид простого вещества инертный газ без цвета, вкуса и запаха
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
4,002602 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома ? (31) пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
2361,3(24,47) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация 1s 2
Химические свойства
Ковалентный радиус 28 пм
Радиус иона 93 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
4,5
Электродный потенциал
Степени окисления
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 0,147 (при −270 °C) 0,00017846 (при +20 °C) г/см³
Молярная теплоёмкость 20,79 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 0,152 Вт/(м·K)
Температура плавления 0,95 (при 2,5 МПа) K
Теплота плавления n/a кДж/моль
Температура кипения 4,215 (для 4 He) K
Теплота испарения 0,08 кДж/моль
Молярный объём 31,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=3,570; c=5,84 Å
Отношение c/a 1,633
Температура Дебая n/a K
He 2
4,002602
1s 2
Гелий

Гелий — второй порядковый элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2. Расположен в главной подгруппе восьмой группы, первом периоде периодической системы. Возглавляет группу инертных газов в периодической таблице. Обозначается символом He ( Helium ). Простое вещество гелий (CAS-номер: 7440-59-7) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Гелий — один из наиболее распространённых элементов во Вселенной, он занимает второе место после водорода. Также гелий является вторым по лёгкости (после водорода) химическим элементом.

Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения — так называемой фракционной перегонкой (см. Фракционная дистилляция в статье Дистилляция).

История открытия Гелия

18 августа 1868 года французский учёный Пьер Жансен, находясь во время полного солнечного затмения в индийском городе Гунтур, впервые исследовал хромосферу Солнца. Жансену удалось настроить спектроскоп таким образом, чтобы спектр короны Солнца можно было наблюдать не только при затмении, но и в обычные дни. На следующий же день спектроскопия солнечных протуберанцев наряду с линиями водорода — синей, зелено-голубой и красной — выявила очень яркую жёлтую линию, первоначально принятую Жансеном и другими наблюдавшими её астрономами за линию D натрия. Жансен немедленно написал об этом во Французскую Академию наук. Впоследствии было установлено, что ярко-жёлтая линия в солнечном спектре не совпадает с линией натрия и не принадлежит ни одному из ранее известных химических элементов.

Спустя два месяца 20 октября английский астроном Норман Локьер, не зная о разработках французского коллеги, также провёл исследования солнечного спектра. Обнаружив неизвестную жёлтую линию с длиной волны 588 нм (более точно 587,56 нм), он обозначил её D3, так как она была очень близко расположена к Фраунгоферовым линиям D1 (589,59 нм) и D2 (588,99 нм) натрия. Спустя два года Локьер, совместно с английским химиком Эдвардом Франкландом, в сотрудничестве с которым он работал, предложил дать новому элементу название «гелий» ( ήλιος — «солнце»).

Интересно, что письма Жансена и Локьера пришли во Французскую Академию наук в один день — 24 октября 1868 года, однако письмо Локьера, написанное им четырьмя днями ранее, пришло на несколько часов раньше. На следующий день оба письма были зачитаны на заседании Академии. В честь нового метода исследования протуберанцев Французская академия решила отчеканить медаль. На одной строне медали были выбиты портреты Жансена и Локьера над скрещенными ветвями лавра, а на другой — изображение мифического бога Солнца Аполлона, правящего в колеснице четверкой коней, скачущей во весь опор

В 1881 году итальянец Луиджи Пальмиери опубликовал сообщение об открытии им гелия в вулканических газах (фумаролах). Он исследовал светло-желтое маслянистое вещество, оседавшее из газовых струй на краях кратера Везувия. Пальмиери прокаливал этот вулканический продукт в пламени бунзеновской горелки и наблюдал спектр выделявшихся при этом газов. Ученые круги встретили это сообщение с недоверием, так как свой опыт Пальмиери описал неясно. Спустя многие годы в составе фумарол действительно были найдены небольшие количества гелия и аргона

Только через 27 лет после своего первоначального открытия гелий был обнаружен на Земле — в 1895 году шотландский химик Уильям Рамзай, исследуя образец газа, полученного при разложении минерала клевеита, обнаружил в его спектре ту же ярко-жёлтую линию, найденную ранее в солнечном спектре. Образец был направлен для дополнительного исследования известному английскому ученому-спектроскописту Уильяму Круксу, который подтвердил, что наблюдаемая в спектре образца жёлтая линия совпадает с линией D3 гелия. 23 марта 1895 года Рамзай отправил сообщение об открытии им гелия на Земле в Лондонское королевское общество, а также во Французскую академию через известного химика Марселена Бертло.

Шведские химики П. Клеве и Н. Ленгле смогли выделить из клевеита достаточно газа, чтобы установить атомный вес нового элемента.

В 1896 году Генрих Кайзер, Зигберт Фридлендер, а еще через два года Эдвард Бэли окончательно доказали присутствие гелия в атмосфере.

Еще до Рамзая гелий выделил также американский химик Фрэнсис Хиллебранд, однако он ошибочно полагал, что получил азот и в письме Рамзаю признал за ним приоритет открытия.

Исследуя различные вещества и минералы, Рамзай обнаружил, что гелий в них сопутствует урану и торию. Но только значительно позже, в 1906 году, Резерфорд и Ройдс установили, что альфа-частицы радиоактивных элементов представляют собой ядра гелия. Эти исследования положили начало современной теории строения атома.

Только в 1908 году нидерландскому физику Хейке Камерлинг-Оннесу удалось получить жидкий гелий дросселированием (Эффект Джоуля — Томсона), после того как как газ был предварительно охлажден в кипевшем под вакуумом жидком водороде. Попытки получить твёрдый гелий еще долго оставались безуспешными даже при температуре в 0,71 K, которых достиг ученик Камерлинг-Оннеса — немецкий физик Виллем Хендрик Кеезом. Лишь в 1926 году, применив давление выше 35 атм и охладив сжатый гелий в кипящем под разрежением жидком гелии, ему удалось выделить кристаллы.

В 1932 году Кеезом исследовал характер изменения теплоёмкости жидкого гелия с температурой. Он обнаружил, что около 2,19 K медленный и плавный подъём теплоёмкости сменяется резким падением и кривая теплоёмкости приобретает форму греческой буквы λ (лямбда). Отсюда температуре, при которой происходит скачок теплоёмкости, присвоено условное название «λ-точка». Более точное значение температуры в этой точке, установленное позднее — 2,172 K. В λ-точке происходят глубокие и скачкообразные изменения фундаментальных свойств жидкого гелия — одна фаза жидкого гелия сменяется в этой точке на другую, причем без выделения скрытой теплоты; имеет место фазовый переход II рода. Выше температуры λ-точки существует так называемый гелий-I, а ниже её — гелий-II.

В 1938 году советский физик Пётр Леонидович Капица открыл явление сверхтекучести жидкого гелия-II, которое заключается в резком снижении коэффициента вязкости, вследствие чего гелий течёт практически без трения. Вот что он писал в одном из своих докладов про открытие этого явления:
… такое количество тепла, которое фактически переносилось, лежит за пределами физических возможностей, что тело ни по каким физическим законам не может переносить больше тепла, чем его тепловая энергия, помноженная на скорость звука. С помощью обычного механизма теплопроводности тепло не могло переноситься в таком масштабе, как это наблюдалось. Надо было искать другое объяснение.
И вместо того, чтобы объяснить перенос тепла теплопроводностью, то есть передачей энергии от одного атома к другому, можно было объяснить его более тривиально — конвекцией, переносом тепла в самой материи. Не происходит ли дело так, что нагретый гелий движется вверх, а холодный опускается вниз, благодаря разности скоростей возникают конвекционные токи, и таким образом происходит перенос тепла. Но для этого надо было предположить, что гелий при своем движении течет без всякого сопротивления. У нас уже был случай, когда электричество двигалось без всякого сопротивления по проводнику. И я решил, что гелий так же движется без всякого сопротивления, что он является не сверхтеплопроводным веществом, а сверхтекучим. …
… Если вязкость воды равняется 10 −2 П, то это в миллиард раз более текучая жидкость, чем вода …

Читайте также:  Гриб фиолетового цвета что это значит

Происхождение названия

От ἥλιος — «Солнце» (Гелиос). Любопытен тот факт, что в названии элемента было использовано характерное для металлов окончание «-ий» (по лат. «-um» — «Helium»), так как Локьер предполагал, что открытый им элемент является металлом. По аналогии с другими благородными газами логично было бы дать ему имя «гелион» («Helion»). В современной науке название «гелион» закрепилось за ядром лёгкого изотопа гелия — гелия-3.

Распространённость

Во Вселенной

Гелий занимает второе место по распространённости во Вселенной после водорода — около 23 % по массе . Однако на Земле гелий редок. Практически весь гелий Вселенной образовался в первые несколько минут после Большого Взрыва, во время первичного нуклеосинтеза. В современной Вселенной почти весь новый гелий образуется в результате термоядерного синтеза из водорода в недрах звёзд (см. протон-протонный цикл, углеродно-азотный цикл). На Земле он образуется в результате альфа-распада тяжёлых элементов (альфа-частицы, излучаемые при альфа-распаде — это ядра гелия-4). Часть гелия, возникшего при альфа-распаде и просачивающегося сквозь породы земной коры, захватывается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 7 % от объёма и выше.

Земная кора

В рамках восьмой группы гелий по содержанию в земной коре занимает второе место (после аргона).

Содержание гелия в атмосфере (образуется в результате распада Ac, Th, U) — 5,27·10 −4 % по объёму, 7,24·10 −5 % по массе. Запасы гелия в атмосфере, литосфере и гидросфере оцениваются в 5·10 14 м³. Гелионосные природные газы содержат как правило до 2 % гелия по объёму. Исключительно редко встречаются скопления газов, гелиеносность которых достигает 8 — 16 %.

Среднее содержание гелия в земном веществе — 3 г/т. Наибольшая концентрация гелия наблюдается в минералах, содержащих уран, торий и самарий: клевеите, фергюсоните, самарските, гадолините, монаците (монацитовые пески в Индии и Бразилии), торианите. Содержание гелия в этих минералах составляет 0,8 — 3,5 л/кг, а в торианите оно достигает 10,5 л/кг.

Определение Гелия

Качественно гелий определяют с помощью анализа спектров испускания (характеристические линии 587,56 нм и 388,86 нм), количественно — масс-спектрометрическими и хроматографическими методами анализа, а также методами, основанными на измерении физических свойств (плотности, теплопроводности и др.).

Физические свойства Гелия

Гелий — практически инертный химический элемент.

Простое вещество гелий — нетоксично, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях представляет собой одноатомный газ. Его точка кипения (T = 4,215 K для 4 He) наименьшая среди всех простых веществ; твёрдый гелий получен лишь при давлениях выше 25 атмосфер — при атмосферном давлении он не переходит в твёрдую фазу даже при крайне близких к абсолютному нулю температурах. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при нормальных условиях.

Свойства в газовой фазе

При нормальных условиях гелий ведёт себя практически как идеальный газ. Фактически при всех условиях гелий моноатомный. Плотность 0,17847 кг/м³. Он обладает теплопроводностью (0,1437 Вт/(м·К) при н.у.) большей, чем у других газов, кроме водорода, и его удельная теплоёмкость чрезвычайно высока (ср = 5,23 кДж/(кг·К) при н.у., для сравнения — 14,23 кДж/(кг·К) для Н2).

При пропускании тока через заполненную гелием трубку наблюдаются разряды различных цветов, зависящих главным образом от давления газа в трубке. Обычно видимый свет спектра гелия имеет жёлтую окраску. По мере уменьшения давления происходит смена цветов — розового, оранжевого, жёлтого, ярко-жёлтого, жёлто-зелёного и зелёного. Это связано с присутствием в спектре гелия нескольких серий линий, расположенных в диапазоне между инфракрасной и ультрафиолетовой частями спектра, важнейшие линии гелия в видимой части спектра лежат между 706,52 нм и 447,14 нм. Уменьшение давления приводит к увеличению длины свободного пробега электрона, то есть к возрастанию его энергии при столкновении с атомами гелия. Это приводит к переводу атомов в возбуждённое состояние с большей энергией, в результате чего и происходит смещение спектральных линий от инфракрасного к ультрафиолетовому краю.

Гелий менее растворим в воде, чем любой другой известный газ. В 1 л воды при 20 °C растворяется около 8,8 мл (9,78 при 0 °C, 10,10 при 80 °C), в этаноле — 2,8 (15 °C), 3,2 (25 °C). Скорость его диффузии сквозь твёрдые материалы в три раза выше, чем у воздуха, и приблизительно на 65 % выше, чем у водорода.

Коэффициент преломления гелия ближе к единице, чем у любого другого газа. Этот газ имеет отрицательный коэффициент Джоуля-Томсона при нормальной температуре среды, то есть он нагревается, когда ему дают возможность свободно увеличиваться в объёме. Только ниже температуры инверсии Джоуля-Томсона (приблизительно 40 К при нормальном давлении) он остывает во время свободного расширения. После охлаждения ниже этой температуры гелий может быть превращён в жидкость при расширительном охлаждении. Такое охлаждение производится при помощи детандера.

Свойства конденсированных фаз

В 1908 году Х.Камерлинг-Оннес впервые смог получить жидкий гелий. Твёрдый гелий удалось получить лишь под давлением 25 атмосфер при температуре около 1 К (В. Кеезом, 1926). Кеезом также открыл наличие фазового перехода гелия-4 ( 4 He) при температуре 2,17K; назвал фазы гелий-I и гелий-II (ниже 2,17K). В 1938 году П. Л. Капица обнаружил, что у гелия-II отсутствует вязкость (явление сверхтекучести). В гелии-3 сверхтекучесть возникает лишь при температурах ниже 0,0026 К. Сверхтекучий гелий относится к классу так называемых квантовых жидкостей, макроскопическое поведение которых может быть описано только с помощью квантовой механики. В 2004 году появилось сообщение об открытии сверхтекучести твёрдого гелия, однако интерпретация этого явления не до конца понятна.

Химические свойства Гелия

Гелий — наименее химически активный элемент восьмой группы (Инертные газы) таблицы Менделеева. Многие соединения гелия существуют только в газовой фазе в виде так называемых эксимерных молекул, у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Гелий образует двухатомные молекулы He2, фторид HeF, хлорид HeCl (эксимерные молекулы образуются при действии электрического разряда или УФ излучения на смесь гелия газа и фтора (хлора)).

Известно химическое соединение гелия LiHe. (возможно, имелось ввиду соединение LiHe7)

Изотопы Гелия

Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4 He (изотопная распространённость — 99,99986 %) и гораздо более редкого 3 He (0,00014 %; содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьировать в довольно широких пределах). Известны ещё шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия.

Получение Гелия

Промышленность — химический элемент гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие > 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя то, что он сжижается труднее всех остальных газов. Охлаждение производят дросселированием в несколько стадий очищая его CO2 и углеводородов. В результате получается смесь гелия, неона и водорода. Сырой гелий (70-90 % по объёму гелий) очищают от водорода (4-5 %) с помощью CuO при 650—800 К. Окончательная очистка достигается охлаждением сырого гелий кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2. Производят гелий технической чистоты (99,80 % по объёму гелий) и высокой чистоты (99,985 %).

Читайте также:  Крутые тату черного цвета 1

В России газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов. В настоящее время гелий извлекается на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» в Оренбурге из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский гелий имеет высокую себестоимость. Актуальной проблемой является освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири с высоким содержанием гелия (от 0,15 до 1 %), что позволит намного снизить его себестоимость.

По производству гелия лидируют следующие страны мира: США (140 млн м³ в год), затем — Алжир (16 млн м³). Россия занимает третье место в мире — 6 млн м³ в год. Мировые запасы гелия составляют 45,6 млрд м³. Крупные месторождения находятся в США(45 % от мировых ресурсов), далее идут Россия (32 %), Алжир (7 %), Канада (7 %) и Китай (4 %).

Транспортировка гелия

Для транспортировки газообразного гелия используются стальные баллоны (ГОСТ 949-73) коричневого цвета, помещаемые в специализированные контейнеры. Для перевозки можно использовать все виды транспорта при соблюдении соответствующих правил перевозки газов.

Для перевозки жидкого гелия применяются специальные транспортные сосуды типа СТГ-10, СТГ-25 и СТГ-40 светло-серого цвета объёмом 10, 25 и 40 литров, соответственно. При выполнении определённых правил транспортировки может использоваться железнодорожный, автомобильный и другие виды транспорта. Сосуды с жидким гелием обязательно должны храниться в вертикальном положении.

Применение гелия

Уникальные свойства гелия широко используются в промышленности и народном хозяйстве:
— в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов
— в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939, в качестве пропеллента и упаковочного газа
— используется в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние)
— для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли)
— в дыхательных смесях для глубоководного погружения (Баллон для дайвинга)
— для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов
— для заполнения газоразрядных трубок
— в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов
— в качестве носителя в газовой хроматографии
— для поиска утечек в трубопроводах и котлах (см. Гелиевый течеискатель)
— как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах
— нуклид 3 He активно используется в технике нейтронного рассеяния в качестве поляризатора и наполнителя для позиционно-чувствительных нейтронных детекторов
— нуклид 3 He является перспективным топливом для термоядерной энергетики
— для изменения тембра голосовых связок (эффект повышенной тональности голоса) за счет различия плотности обычной воздушной смеси и гелия (аналогично гексафториду серы)

Биологическая роль гелия

Гелий не играет никакой биологической роли.

Физиологическое действие

Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм. Наркотическое воздействие гелия (и неона) при нормальном давлении в опытах не регистрируется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД)

Интересные факты

В 2000 г. цены частных компаний на газообразный гелий находились в пределах 1,5 — 1,8 $/м³
В 2009 году цены на газообразный гелий находились в пределах 1.800-2.500 рублей за 6 м³ (40-литровый баллон) (Санкт-Петербург).

Дополнительная информация по гелию

Гелий-3 — лёгкий, нерадиоактивный изотоп гелия.
Эффект Померанчука — аномальный характер плавления (или затвердевания) лёгкого изотопа гелия 3 He

Гелий, Helium, Не (2)
В 1868 г. французский астроном Жансен наблюдал в Индии полное солнечное затмение и спектроскопически исследовал хромосферу солнца. Он обнаружил в спектре солнца яркую желтую линию, обозначенную им D3, которая не совпадала с желтой линией D натрия. Одновременно с ним эту же линию в спектре солнца увидел английский астроном Локьер, который понял, что она принадлежит неизвестному элементу. Локьер совместно с Франкландом, у которого он тогда работал, решил назвать новый элемент гелием (от греч.- гелиос, солнце). Затем новая желтая линия была обнаружена другими исследователями в спектрах «земных» продуктов; так, в 1881 г. итальянец Пальмиери обнаружил ее при исследовании пробы газа, отобранного в кратере Везувия.

Bсследуя урановые минералы химик Гиллебранд, установил, что они при действии крепкой серной кислоты выделяют газы. Сам Гиллебранд считал, что это азот. Рамзай, обративший внимание на сообщение Гиллебранда, подверг спектроскопическому анализу газы, выделяемые при обработке кислотой минерала клевеита. Он обнаружил, что в газах содержатся азот, аргон, а также неизвестный газ, дающий яркую желтую линию. Не имея в своем распоряжении достаточно хорошего спектроскопа, Рамзай послал пробы нового газа Круксу и Локьеру, которые вскоре идентифицировали газ как гелий. В том же 1895 г. Рамзай выделил гелий из смеси газов; он оказался химически инертным, подобно аргону. Вскоре после этого Локьер, Рунге и Пашен выступили с заявлением, что гелий состоит из смеси двух газов — ортогелий и парагелий; один из них дает желтую линию спектра, другой зеленую. Этот второй газ они предложили назвать астерием (Asterium) от греч.- звездный. Совместно с Траверсом Рамзай проверил это утверждение и доказал, что оно ошибочно, так как цвет линии гелия зависит от давления газа.

Периодическая система химических элементов Менделеева

Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

Периодическая система элементов

IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB —- VIIIB —- IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA
Период
1 1
H
Водород
2
He
Гелий
2 3
Li
Литий
4
Be
Бериллий
5
B
Бор
6
C
Углерод
7
N
Азот
8
O
Кислород
9
F
Фтор
10
Ne
Неон
3 11
Na
Натрий
12
Mg
Магний
13
Al
Алюминий
14
Si
Кремний
15
P
Фосфор
16
S
Сера
17
Cl
Хлор
18
Ar
Аргон
4 19
K
Калий
20
Ca
Кальций
21
Sc
Скандий
22
Ti
Титан
23
V
Ванадий
24
Cr
Хром
25
Mn
Марганец
26
Fe
Железо
27
Co
Кобальт
28
Ni
Никель
29
Cu
Медь
30
Zn
Цинк
31
Ga
Галлий
32
Ge
Германий
33
As
Мышьяк
34
Se
Селен
35
Br
Бром
36
Kr
Криптон
5 37
Rb
Рубидий
38
Sr
Стронций
39
Y
Иттрий
40
Zr
Цирконий
41
Nb
Ниобий
42
Mo
Молибден
(43)
Tc
Технеций
44
Ru
Рутений
45
Rh
Родий
46
Pd
Палладий
47
Ag
Серебро
48
Cd
Кадмий
49
In
Индий
50
Sn
Олово
51
Sb
Сурьма
52
Te
Теллур
53
I
Иод
54
Xe
Ксенон
6 55
Cs
Цезий
56
Ba
Барий
* 72
Hf
Гафний
73
Ta
Тантал
74
W
Вольфрам
75
Re
Рений
76
Os
Осмий
77
Ir
Иридий
78
Pt
Платина
79
Au
Золото
80
Hg
Ртуть
81
Tl
Таллий
82
Pb
Свинец
83
Bi
Висмут
(84)
Po
Полоний
(85)
At
Астат
86
Rn
Радон
7 87
Fr
Франций
88
Ra
Радий
** (104)
Rf
Резерфордий
(105)
Db
Дубний
(106)
Sg
Сиборгий
(107)
Bh
Борий
(108)
Hs
Хассий
(109)
Mt
Мейтнерий
(110)
Ds
Дармштадтий
(111)
Rg
Рентгений
(112)
Cp
Коперниций
(113)
Uut
Унунтрий
(114)
Uuq
Унунквадий
(115)
Uup
Унунпентий
(116)
Uuh
Унунгексий
(117)
Uus
Унунсептий
(118)
Uuo
Унуноктий
8 (119)
Uue
Унуненний
(120)
Ubn
Унбинилий
Лантаноиды * 57
La
Лантан
58
Ce
Церий
59
Pr
Празеодим
60
Nd
Неодим
(61)
Pm
Прометий
62
Sm
Самарий
63
Eu
Европий
64
Gd
Гадолиний
65
Tb
Тербий
66
Dy
Диспрозий
67
Ho
Гольмй
68
Er
Эрбий
69
Tm
Тулий
70
Yb
Иттербий
71
Lu
Лютеций
Актиноиды ** 89
Ac
Актиний
90
Th
Торий
91
Pa
Протактиний
92
U
Уран
(93)
Np
Нептуний
(94)
Pu
Плутоний
(95)
Am
Америций
(96)
Cm
Кюрий
(97)
Bk
Берклий
(98)
Cf
Калифорний
(99)
Es
Эйнштейний
(100)
Fm
Фермий
(101)
Md
Менделевий
(102)
No
Нобелей
(103)
Lr
Лоуренсий
Химические семейства элементов периодической таблицы

Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы
Лёгкие металлы Полуметаллы Неметаллы Галогены Инертные газы

198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

Источник

Adblock
detector