Keemiline element heelium avastati esmalt Päikeselt ja alles seejärel Maalt.

Heeliumi avastamise ajaloos mängis võtmerolli Norman Lockyer, maailma ühe juhtiva teadusväljaande - ajakirja - asutaja. Loodus. Ajakirja väljaandmiseks valmistudes tutvus ta Londoni teadusasutusega ja hakkas huvi tundma astronoomia vastu. See oli aeg, mil Kirchhoff-Bunseni avastusest inspireerituna hakkasid astronoomid alles uurima tähtede kiiratava valguse spektrit. Lockyeril endal õnnestus teha mitmeid olulisi avastusi – eelkõige näitas ta esimesena, et päikeselaigud on ülejäänud päikesepinnast külmemad, samuti juhtis ta esimesena tähelepanu sellele, et Päikesel on välimine kest, kutsudes seda kromosfäär. 1868. aastal, uurides aatomite kiirgavat valgust prominentsetes kohtades – tohutuid plasmapaisteid Päikese pinnalt – märkas Lockyer mitmeid varem tundmatuid spektrijooni ( cm. Spektroskoopia). Katsed saada laboris samu jooni ebaõnnestusid, millest Lockyer järeldas, et ta avastas uue keemilise elemendi. Lockyer nimetas seda kreeka keelest heeliumiks helios- "Päike".

Teadlased olid hämmingus, kuidas heeliumi ilmumisele reageerida. Mõned väitsid, et prominentide spektrite tõlgendamisel oli tehtud viga, kuid see seisukoht sai üha vähem toetajaid, kuna üha rohkem astronoome suutis Lockyeri jooni jälgida. Teised väitsid, et Päike sisaldab elemente, mida Maal ei eksisteeri – mis, nagu juba mainitud, on vastuolus loodusseaduste põhipunktiga. Teised jälle (neid oli vähemus) uskusid, et kunagi leitakse Maalt heeliumi.

1890. aastate lõpus viisid lord Rayleigh ja Sir William Ramsay läbi rea katseid, mis viisid argooni avastamiseni. Ramsay muutis oma seadistust, et kasutada seda uraani sisaldavatest mineraalidest vabanevate gaaside uurimiseks. Ramsay avastas nende gaaside spektris tundmatud jooned ja saatis proovid mitmele kolleegile analüüsimiseks. Proovi kätte saades tundis Lockyer kohe ära jooned, mida ta oli päikesevalguses täheldanud rohkem kui veerand sajandit varem. Heeliumimüsteerium on lahendatud: gaasi leidub kahtlemata Päikesel, kuid see on olemas ka siin Maal. Tänapäeval tuntakse seda gaasi igapäevaelus kõige paremini õhulaevade ja õhupallide täispuhumiseks mõeldud gaasina ( cm. Grahami seadus) ja teaduses - tänu selle rakendamisele krüogeenika, tehnoloogiad ülimadalate temperatuuride saavutamiseks.

Koroonium ja nebulium

Küsimus, kas kusagil universumis on keemilisi elemente, mida Maal ei leidu, ei ole 20. sajandil oma aktuaalsust kaotanud. Päikese välisatmosfääri uurides – päike kroonid, mis koosneb kuumast väga haruldasest plasmast, avastasid astronoomid spektrijooned, mida nad ei suutnud tuvastada ühegi teadaoleva maapealse elemendiga. Teadlased on väitnud, et need jooned kuuluvad uude elementi, mida nimetatakse koroonium. Ja mõnede spektreid uurides udukogud- gaaside ja tolmu kauged akumulatsioonid Galaktikas - avastati veel üks salapärane joon. Need omistati teisele "uuele" elemendile - udukogu. 1930. aastatel jõudis Ameerika astrofüüsik Ira Sprague Bowen (1898-1973) järeldusele, et udukogu jooned kuuluvad tegelikult hapnikule, kuid omandasid sellise välimuse Päikesel ja udukogudes eksisteerivate ekstreemsete tingimuste tõttu ning neid tingimusi ei ole võimalik reprodutseerida. maistes laborites. Koroonium osutus tugevalt ioniseeritud rauaks. Ja need read said nime keelatud read.

Joseph Norman LOCKYER
Joseph Norman Lockyer, 1836-1920

Inglise teadlane. Sündis Rugby linnas sõjaväearsti peres. Lockyer jõudis teadusesse ebatavalisel viisil, alustades oma karjääri sõjaosakonna ametnikuna. Lisaraha teenimiseks kasutas ta ära avalikkuse huvi teaduse vastu ja hakkas välja andma populaarteaduslikku ajakirja. Ajakirja esimene number ilmus 1869. aastal Loodus ja 50 aastaks jäi Lockyer selle toimetajaks. Ta osales paljudel täielike päikesevarjutuste vaatlemisel. Üks neist ekspeditsioonidest viis ta heeliumi avastamiseni. Lockyer on tuntud ka kui arheoastronoomia – teadus, mis uurib iidsete ehitiste, näiteks Stonehenge’i astronoomilist tähendust – rajaja ja paljude populaarteaduslike raamatute autor.

Heelium on tõeliselt väärisgaas. Teda pole veel suudetud mingile reaktsioonile sundida. Heeliumi molekul on monatoomiline. Kerguse poolest on see gaas vesiniku järel teine, õhk on heeliumist 7,25 korda raskem. Heelium on vees ja muudes vedelikes peaaegu lahustumatu. Ja samamoodi ei lahustu vedelas heeliumis märgatavalt mitte ükski aine.

Tahket heeliumi ei saa ühelgi temperatuuril saada, kui rõhku ei suurendata.

Selle elemendi avastamise, uurimise ja kasutamise ajaloost võib leida paljude silmapaistvate füüsikute ja keemikute nimesid erinevatest riikidest. Heeliumi vastu tundsid huvi ja heeliumiga töötasid järgmised inimesed: Jansen (Prantsusmaa), Lockyer, Ramsay, Crookes, Rutherford (Inglismaa), Palmieri (Itaalia), Keesom, Kamerlingh-Onnes (Holland), Feynman, Onsager (USA), Kapitza , Kikoin, Landau (Nõukogude Liit) ja paljud teised silmapaistvad teadlased.

Heeliumi aatomi ainulaadse välimuse määrab kahe hämmastava loodusliku struktuuri kombinatsioon – kompaktsuse ja tugevuse absoluutsed meistrid. Heeliumi tuumas heelium-4 on mõlemad tuumasisesed kestad küllastunud – nii prootoni kui ka neutroniga. Ka seda tuuma raamiv elektrooniline dublett on küllastunud. Nendel kujundustel on heeliumi omaduste mõistmise võti. Sellest tuleneb selle fenomenaalne keemiline inertsus ja aatomi rekordiliselt väike suurus.

Heeliumi aatomi tuuma - alfaosakese - roll on tuumafüüsika kujunemise ja arengu ajaloos tohutu. Kui mäletate, siis just alfaosakeste hajumise uurimine viis Rutherfordi aatomituuma avastamiseni. Pommitades lämmastikku alfaosakestega, saavutati esimest korda elementide vastastikune muundamine – see, millest paljud alkeemikute põlvkonnad olid sajandeid unistanud. Tõsi, selles reaktsioonis ei muutunud kullaks elavhõbe, vaid lämmastik hapnikuks, kuid seda on peaaegu sama raske teha. Samad alfaosakesed osalesid neutroni avastamisel ja esimese tehisisotoobi valmistamisel. Hiljem sünteesiti alfaosakeste abil kuurium, berkeel, kalifornium ja mendelevium.

Oleme need faktid loetlenud ainult ühel eesmärgil – näidata, et element nr 2 on väga ebatavaline element.

Maa heelium

Heelium on ebatavaline element ja selle ajalugu on ebatavaline. See avastati päikese atmosfääris 13 aastat varem kui Maal. Täpsemalt avastati päikesekrooni spektrist erekollane D-joon, mille taga peituv sai usaldusväärselt teada alles pärast seda, kui radioaktiivseid elemente sisaldavatest maistest mineraalidest eraldati heeliumi.

Maakoores on 29 isotoopi, mille radioaktiivsel lagunemisel tekivad alfaosakesed – väga aktiivsed, kõrge energiaga heeliumi aatomite tuumad.

Põhimõtteliselt tekib maapealne heelium uraan-238, uraan-235, tooriumi ja nende ebastabiilsete lagunemissaaduste radioaktiivsel lagunemisel. Võrreldamatult väiksemas koguses heeliumi tekib samarium-147 ja vismuti aeglasel lagunemisel. Kõik need elemendid toodavad ainult heeliumi rasket isotoopi - 4 He, mille aatomeid võib pidada alfaosakeste jäänusteks, mis on mattunud kahe paari elektronide kesta - elektrondubletti. Varastel geoloogilistel perioodidel leidus arvatavasti ka teisi looduslikult radioaktiivseid elemente, mis olid Maa pinnalt juba kadunud, küllastades planeedi heeliumiga. Üks neist oli nüüd kunstlikult taasloodud neptuunium seeria.

Kivimisse või mineraali lukustatud heeliumi koguse järgi saab hinnata nende absoluutset vanust. Need mõõtmised põhinevad radioaktiivse lagunemise seadustel: näiteks pool uraan-238 muutub heelium ja plii.

Heelium koguneb maakoores aeglaselt. Üks tonn graniidist, mis sisaldab 2 g uraani ja 10 g tooriumi, annab miljoni aasta jooksul vaid 0,09 mg heeliumi – pool kuupsentimeetrit. Väga vähestel uraani- ja tooriumirikastel mineraalidel on üsna kõrge heeliumisisaldus – mitu kuupsentimeetrit heeliumi grammi kohta. Nende mineraalide osakaal looduslikus heeliumitootmises on aga nullilähedane, kuna neid esineb väga harva.
Heelium pi Päikese avastasid prantslane J. Jansen, kes viis oma vaatlused läbi Indias 10. augustil 1868, ja inglane J. Lockyer sama aasta 20. oktoobril. Mõlema teadlase kirjad saabusid Pariisi samal päeval ja loeti 26. oktoobril Pariisi Teaduste Akadeemia koosolekul mitmeminutilise vahega. Sellisest kummalisest kokkusattumusest üllatunud akadeemikud otsustasid selle sündmuse auks välja lüüa kuldmedali.

Alfa-aktiivseid isotoope sisaldavad looduslikud ühendid on heeliumi tööstuslikuks tootmiseks vaid esmane allikas, kuid mitte tooraine. Tõsi, mõned tiheda struktuuriga mineraalid - looduslikud metallid, magnetiit, granaat, apatiit, tsirkoon jt - hoiavad kindlalt endas sisalduvat heeliumi. Kuid aja jooksul läbivad enamik mineraale ilmastiku-, ümberkristalliseerumis- jne protsessid ning heelium lahkub neist.

Kristallstruktuuridest vabanenud heeliumimullid asusid teele üle maapõue. Väga väike osa neist lahustub põhjavees. Enam-vähem kontsentreeritud heeliumilahuste moodustamiseks on vaja eritingimusi, eelkõige kõrget rõhku. Teine osa rändavast heeliumist pääseb mineraalide pooride ja pragude kaudu atmosfääri. Ülejäänud gaasimolekulid langevad maa-alustesse lõksudesse, kus nad kogunevad kümneid või sadu miljoneid aastaid. Lõksud on lahtiste kivimite kihid, mille tühimikud on täidetud gaasiga. Selliste gaasimahutite sängiks on tavaliselt vesi ja õli ning pealt katavad neid gaasi mitteläbilaskvad tihedate kivimite kihid.

Kuna maakoores liigub ka teisi gaase (peamiselt metaan, lämmastik, süsihappegaas) ja palju suuremates kogustes, siis puhast heeliumi akumulatsiooni ei eksisteeri. Heelium esineb maagaasides väikese lisandina. Selle sisaldus ei ületa tuhandeid, sajandikuid, harva kümnendikke protsenti. Metaan-lämmastiku lademete suur (1,5-10%) heeliumisisaldus on äärmiselt haruldane nähtus.

Maagaasid osutusid heeliumi tööstuslikuks tootmiseks praktiliselt ainsaks tooraineallikaks. Selle eraldamiseks teistest gaasidest kasutatakse heeliumi erakordset lenduvust, mis on seotud selle madala veeldustemperatuuriga. Pärast seda, kui kõik teised maagaasi komponendid on sügaval jahutamisel kondenseerunud, pumbatakse heeliumgaas välja. Seejärel puhastatakse see lisanditest. Tehase heeliumi puhtus ulatub 99,995% -ni.

Heeliumi varud Maal on hinnanguliselt 54 014 m3; arvutuste järgi moodustus seda maakoores 2 miljardi aasta jooksul kümneid kordi rohkem. See lahknevus teooria ja praktika vahel on täiesti mõistetav. Heelium on kerge gaas ja sarnaselt vesinikuga (kuigi aeglasemalt) aurustub see atmosfäärist kosmosesse. Tõenäoliselt uuendati Maa eksisteerimise ajal meie planeedi heelium korduvalt - vana aurustus kosmosesse ja selle asemel sisenes atmosfääri värske heelium - Maa poolt “välja hingatud”.

Litosfääris on heeliumi vähemalt 200 tuhat korda rohkem kui atmosfääris; Veelgi rohkem potentsiaalset heeliumi hoitakse Maa "üsas" - alfa-aktiivsetes elementides. Kuid selle elemendi kogusisaldus Maal ja atmosfääris on väike. Heelium on haruldane ja hajus gaas. 1 kg maise materjali kohta on ainult 0,003 mg heeliumi ja selle sisaldus õhus on 0,00052 mahuprotsenti. Nii madal kontsentratsioon ei võimalda veel säästlikult heeliumi õhust eraldada.

Inertne, kuid väga vajalik heelium

Möödunud sajandi lõpus avaldas inglise ajakiri Punch multifilmi, kus heeliumi oli kujutatud kelmikalt silmi pilgutava väikese mehena – Päikese elanikuna. Pildi all oli tekst: “Lõpuks ometi tabati mind Maal! See kestis piisavalt kaua! Huvitav, kui kaua läheb aega, kuni nad aru saavad, mida minuga teha?

Tõepoolest, maapealse heeliumi avastamisest (esimene aruanne avaldati 1881. aastal) möödus 34 aastat, enne kui see leidis praktilist kasutamist. Teatud rolli mängisid siin heeliumi algsed füüsikalised, tehnilised, elektrilised ja vähemal määral ka keemilised omadused, mis nõudsid pikka uurimist. Peamised takistused olid elemendi nr 2 hajumine ja kõrge hind. Seetõttu ei olnud heelium praktikas kättesaadav.

Sakslased olid esimesed, kes heeliumi kasutasid. 1915. aastal hakkasid nad sellega täitma oma õhulaevu, mis Londonit pommitasid. Peagi sai kergest, kuid mittesüttivast heeliumist aeronavigatsioonisõidukite asendamatu täiteaine. 30. aastate keskel alanud õhulaevaehituse langus tõi kaasa heeliumi tootmise mõningase languse, kuid seda vaid lühiajaliselt. See gaas tõmbas üha enam keemikute, metallurgide ja mehaanikainseneride tähelepanu.

Paljusid tehnoloogilisi protsesse ja toiminguid ei saa läbi viia õhus. Vältimaks tekkiva aine (või lähteaine) koostoimet õhugaasidega, luuakse spetsiaalsed kaitsekeskkonnad; ja selleks otstarbeks pole sobivamat gaasi kui heelium.

Inertne, kerge, liikuv ja hea soojusjuht heelium on ideaalne vahend tuleohtlike vedelike ja pulbrite ühest anumast teise pressimiseks; Just neid funktsioone see rakettmürskudes ja juhitavates rakettides täidab. Tuumakütuse tootmise üksikud etapid toimuvad heeliumi kaitsvas keskkonnas. Tuumareaktorite kütuseelemente hoitakse ja transporditakse heeliumiga täidetud konteinerites. Spetsiaalsete lekkedetektorite abil, mille toime põhineb heeliumi erakordsel difusioonivõimel, tuvastavad need vähimagi lekkevõimaluse tuumareaktorites või muudes rõhu või vaakumi all olevates süsteemides.

Töötama on hakanud uut tüüpi kõrgtemperatuurilised tuumareaktorid, milles jahutusvedelikuna toimib heelium.

Vedelat heeliumi kasutatakse laialdaselt teadusuuringutes ja tehnoloogias. Ülimadalad temperatuurid soosivad süvendatud teadmisi ainest ja selle struktuurist – kõrgemal temperatuuril varjatakse aatomite termilise liikumise tõttu energiaspektrite peeneid detaile.

Juba on olemas ülijuhtivad solenoidid, mis on valmistatud spetsiaalsetest sulamitest, mis loovad vedela heeliumi temperatuuril (kuni 300 tuhat oerstedi) tugevaid magnetvälju, mille energiakulu on tühine.

Vedela heeliumi temperatuuril muutuvad paljud metallid ja sulamid ülijuhtideks. Ülijuhtivaid releesid – krüotroneid – kasutatakse üha enam elektrooniliste arvutite konstruktsioonides. Need on lihtsad, usaldusväärsed ja väga kompaktsed. Ülijuhid ja koos nendega vedel heelium muutuvad elektroonika jaoks vajalikuks. Need on kaasatud infrapunakiirguse detektorite, molekulaarvõimendite (maserite), optiliste kvantgeneraatorite (laserite) ja ülikõrgete sageduste mõõtmise instrumentide konstruktsioonidesse.

Loomulikult ei ammenda need näited heeliumi rolli kaasaegses tehnoloogias. Kuid kui poleks olnud loodusvarade piiratud olemust ja heeliumi äärmist hajumist, oleks see leidnud palju rohkem rakendusi. Näiteks on teada, et heeliumis konserveerituna säilitavad toiduained oma esialgse maitse ja aroomi. Aga “heeliumi” konserv jääb ikkagi “asjaks iseeneses”, sest heeliumit napib ja seda kasutatakse vaid kõige olulisemates tööstusharudes ja seal, kus ilma selleta ei saa. Seetõttu on eriti solvav tõdeda, et tuleohtliku maagaasiga läbivad keemilise sünteesi aparaadid, ahjud ja ahjud ning pääsevad atmosfääri palju suuremad kogused kui heeliumi sisaldavatest allikatest ammutatavad.

Nüüd peetakse heeliumi vabastamist kasumlikuks ainult juhtudel, kui selle sisaldus maagaasis ei ole väiksem kui 0,05%. Sellise gaasi varud vähenevad pidevalt ja on võimalik, et need ammenduvad enne selle sajandi lõppu. Tõenäoliselt saab "heeliumi defitsiidi" probleem selleks ajaks siiski lahendatud – osalt uute, arenenumate meetodite loomisega gaaside eraldamiseks, eraldades neist kõige väärtuslikumad, kuigi mahult ebaolulised fraktsioonid ja osaliselt tänu kontrollitud gaaside eraldamisele. termotuumasünteesi. Heeliumist saab "tehispäikese" tegevuse oluline, ehkki kõrvalsaadus.

HEEELIUMI ISOTOOPID.Looduses on kaks stabiilset heeliumi isotoopi: heelium-3 ja heelium-4. Kerge isotoop on Maal levinud miljon korda vähem kui raske isotoop. See on kõige haruldasem stabiilne isotoop meie planeedil. Kunstlikult on saadud veel kolm heeliumi isotoopi. Nad kõik on radioaktiivsed. Heelium-5 poolväärtusaeg on 2,440-21 sekundit, heelium-6 on 0,83 sekundit, heelium-8 on 0,18 sekundit. Kõige raskem isotoop, mis on huvitav selle poolest, et selle tuumades on prootoni kohta kolm neutronit, saadi esmakordselt Dubnas 60ndatel. Heelium-10 saamise katsed on seni ebaõnnestunud.

VIIMANE TAHKE GAAS. Heelium oli gaasidest viimane, mis muudeti vedelaks ja tahkeks olekuks. Heeliumi veeldamise ja tahkumise erilised raskused on seletatavad selle aatomi struktuuriga ja mõnede füüsikaliste omaduste tunnustega. Eelkõige ei jahtu heelium, nagu vesinik, paisumisel temperatuuril üle -250°C, vaid soojeneb. Teisest küljest on heeliumi kriitiline temperatuur äärmiselt madal. Seetõttu saadi vedel heelium esmakordselt alles 1908. aastal ja tahke heelium 1926. aastal.

HEEELIUMÕHK. Õhk, milles kogu või suurem osa lämmastikust on asendatud heeliumiga, pole tänapäeval enam uudis. Seda kasutatakse laialdaselt maal, maa all ja vee all.

Heeliumiõhk on kolm korda kergem ja palju liikuvam kui tavaline õhk. Kopsudes käitub see aktiivsemalt – varustab kiiresti hapnikku ja evakueerib kiiresti süsihappegaasi. Seetõttu antakse hingamishäiretega ja mõne operatsiooniga patsientidele heeliumiõhku. See leevendab lämbumist, ravib bronhiaalastmat ja kõrihaigusi.

Heeliumiõhu sissehingamine välistab praktiliselt lämmastikemboolia (kessoni tõbi), millele kõrgrõhult normaalsele üleminekul on vastuvõtlikud sukeldujad ja teiste elukutsete spetsialistid, kes töötavad kõrgrõhu tingimustes. Selle haiguse põhjus on üsna märkimisväärne, eriti kõrge vererõhu korral, lämmastiku lahustuvus veres. Rõhu langedes vabaneb see gaasimullidena, mis võib ummistada veresooni, kahjustada närvisõlmi... Erinevalt lämmastikust on heelium kehavedelikes praktiliselt lahustumatu, mistõttu ei saa ta põhjustada dekompressioonihaigust. Lisaks välistab heeliumõhk "lämmastiknarkoosi" esinemise, mis on väliselt sarnane alkoholimürgistusega.

Varem või hiljem peab inimkond õppima merepõhjas pikka aega elama ja töötama, et riiuli maavarasid ja toiduvarusid tõsiselt ära kasutada. Ja nagu Nõukogude, Prantsuse ja Ameerika teadlaste katsed on näidanud, on suurtel sügavustel heeliumõhk endiselt asendamatu. Bioloogid on tõestanud, et heeliumi õhu pikaajaline hingamine ei põhjusta inimkehas negatiivseid muutusi ega ohusta muutusi geneetilises aparaadis: heeliumi atmosfäär ei mõjuta rakkude arengut ja mutatsioonide sagedust. On töid, mille autorid peavad heeliumiõhku optimaalseks õhukeskkonnaks kosmoselaevade jaoks, mis sooritavad pikki lende universumisse.

MEIE HEEELIUM. 1980. aastal pälvis I. L. Andrejevi juhitud teadlaste ja spetsialistide rühm riikliku preemia tehnoloogia loomise ja rakendamise eest heeliumikontsentraatide tootmiseks suhteliselt kehvadest heeliumit sisaldavatest gaasidest. Orenburgi gaasiväljale ehitati heeliumitehas, millest sai meie peamine päikesegaasi tarnija erinevate tööstusharude vajadusteks.

HEEELIUMI KOMPLEKSS. 1978. aastal õnnestus akadeemik V. A. Legasovil ja tema kolleegidel glütsiini aminohappe molekulis sisalduvate triitiumituumade lagunemise ajal registreerida paramagnetiline heeliumi sisaldav kompleks, milles täheldati heelium-3 tuuma ülipeent interaktsiooni paaritu elektroniga. . See on seni suurim saavutus heeliumikeemias.

Heelium(He) on inertgaas, mis on elementide perioodilisuse tabeli teine ​​element, aga ka teine ​​element kerguse ja arvukuse poolest Universumis. See kuulub lihtsate ainete hulka ja on standardtingimustel (standardtemperatuur ja -rõhk) üheaatomiline gaas.

Heelium See on maitsetu, värvitu, lõhnatu ja ei sisalda toksiine.

Lihtainetest on heeliumil madalaim keemispunkt (T = 4,216 K). Atmosfäärirõhul on tahket heeliumi võimatu saada isegi absoluutse nulli lähedasel temperatuuril - tahkeks vormiks muutumiseks vajab heelium rõhku üle 25 atmosfääri. Heeliumi keemilisi ühendeid on vähe ja kõik need on standardtingimustes ebastabiilsed.
Looduslikult esinev heelium koosneb kahest stabiilsest isotoobist, He ja 4He. "He" isotoop on väga haruldane (isotoopide arvukus 0,00014%), 4He isotoop on 99,99986%. Lisaks looduslikele on teada ka 6 heeliumi kunstlikku radioaktiivset isotoopi.
Peaaegu kõige universumi, heelium, ilmumine oli esmane nukleosüntees, mis toimus esimestel minutitel pärast Suurt Pauku.
Praegu peaaegu kõik heelium moodustub vesinikust tähtede sisemuses toimuva termotuumasünteesi tulemusena. Meie planeedil tekib heelium raskete elementide alfalagunemise käigus. See osa heeliumist, mis suudab lekkida läbi maakoore, väljub maagaasi osana ja võib moodustada kuni 7% selle koostisest. Esiletõstmiseks heelium maagaasist kasutatakse fraktsioneerivat destilleerimist - elementide eraldamise protsessi madalal temperatuuril.

Heeliumi avastamise ajalugu

18. augustil 1868 oli oodata täielikku päikesevarjutust. Astronoomid kogu maailmas valmistusid selleks päevaks aktiivselt. Nad lootsid lahendada prominentside müsteeriumi – täieliku päikesevarjutuse hetkel nähtavad helendavad eendid piki päikeseketta servi. Mõned astronoomid arvasid, et prominentsed on kõrged Kuu mäed, mida täieliku päikesevarjutuse hetkel valgustasid Päikesekiired; teised arvasid, et silmapaistvad kohad on mäed Päikese enda peal; veel teised nägid päikeseväljaulatuvates osades päikeseatmosfääri tuliseid pilvi. Enamik uskus, et silmapaistvused pole midagi muud kui optiline illusioon.

1851. aastal Euroopas täheldatud päikesevarjutuse ajal ei näinud Saksa astronoom Schmidt mitte ainult päikese eendeid, vaid suutis ka näha, et nende piirjooned ajas muutuvad. Schmidt jõudis oma tähelepanekute põhjal järeldusele, et prominentsid on kuumad gaasipilved, mis paiskusid päikese atmosfääri hiiglaslike pursetega. Kuid isegi pärast Schmidti vaatlusi pidasid paljud astronoomid tuliseid projektsioone optiliseks illusiooniks.

Alles pärast täielikku varjutust 18. juulil 1860, mida täheldati Hispaanias, kui paljud astronoomid nägid päikese eendeid oma silmaga ning itaallased Secchi ja prantslane Dellar suutsid neid mitte ainult visandada, vaid ka pildistada, ei suutnud keegi. kahtles prominentide olemasolus .

1860. aastaks oli juba leiutatud spektroskoop – seade, mis võimaldab optilise spektri nähtavat osa jälgides määrata keha kvalitatiivse koostise, millest vaadeldav spekter saadakse. Päikesevarjutuse päeval ei kasutanud aga ükski astronoomidest prominentide spektri uurimiseks spektroskoopi. Neile meenus spektroskoop, kui varjutus oli juba möödas.

Seetõttu võttis iga astronoom 1868. aasta päikesevarjutuseks valmistudes vaatlusriistade nimekirja spektroskoopi. Kuulus prantsuse teadlane Jules Jansen ei unustanud seda seadet, kui läks Indiasse prominente vaatlema, kus astronoomide arvutuste kohaselt olid päikesevarjutuse vaatlemiseks parimad tingimused.

Sel hetkel, kui Kuu sädelev Päikese ketas oli täielikult kaetud Kuuga, nägi Jules Jansen spektroskoobi abil Päikese pinnalt väljuvaid oranžikaspunaseid leeke uurides spektris lisaks kolmele tuttavale joonele. vesinikust: punane, roheline-sinine ja sinine, uus, harjumatu – erekollane. Ühelgi tolle aja keemikutele tuntud ainel ei olnud sellist joont spektri osas, kus Jules Jansen selle avastas. Sama avastuse, kuid kodus Inglismaal, tegi astronoom Norman Lockyer.

25. oktoobril 1868 sai Pariisi Teaduste Akadeemia kaks kirja. Üks, mis on kirjutatud päev pärast päikesevarjutust, pärines India idarannikul asuvast väikelinnast Gunturist Jules Jansenilt; teine ​​kiri, dateeritud 20. oktoobril 1868, tuli Inglismaalt Norman Lockyerilt.

Saabunud kirjad loeti ette Pariisi Teaduste Akadeemia professorite koosolekul. Nendes teatasid Jules Jansen ja Norman Lockyer üksteisest sõltumatult sama "päikeseaine" avastamisest. Lockyer tegi ettepaneku nimetada seda uut spektroskoopi kasutades Päikese pinnalt leitud ainet heeliumiks kreekakeelsest sõnast päike - helios.

See kokkusattumus üllatas akadeemiate professorite teaduskoosolekut ja andis samas tunnistust uue keemilise aine avastamise objektiivsest olemusest. Päikesetõrvikute (prominentside) aine avastamise auks löödi medal. Selle medali ühel küljel on Janseni ja Lockyeri portreed ning teisel pool Vana-Kreeka päikesejumala Apolloni kujutis nelja hobuse veetavas vankris. Vankri all oli prantsuskeelne kiri: "Päikese väljaulatuvate osade analüüs 18. augustil 1868."

1895. aastal juhtis Londoni keemik Henry Myers kuulsa inglise füüsikalise keemiku William Ramsay tähelepanu geoloog Hildebrandi tollal unustatud artiklile. Selles artiklis väitis Hildebrand, et mõned haruldased mineraalid eraldavad väävelhappes kuumutamisel gaasi, mis ei põle ega toeta põlemist. Nende haruldaste mineraalide hulgas oli ka kleveiit, mille leidis Norrast kuulus Rootsi polaaralade uurija Nordenskiöld.

Ramsay otsustas uurida kleveiidis sisalduva gaasi olemust. Kõigis Londoni keemiapoodides õnnestus Ramsay abilistel osta vaid... üks gramm kleveiiti, makstes selle eest vaid 3,5 šillingit. Olles eraldanud saadud kogusest kleveiidist mitu kuupsentimeetrit gaasi ja puhastanud selle lisanditest, uuris Ramsay seda spektroskoobi abil. Tulemus oli ootamatu: kleveiidist eraldunud gaas osutus... heeliumiks!

Oma avastust usaldamata pöördus Ramsay tollase Londoni suurima spektraalanalüüsi spetsialisti William Crookesi poole palvega uurida kleveiidist eraldatud gaasi.

Crookes uuris gaasi. Uuringu tulemus kinnitas Ramsay avastust. Nii avastati 23. märtsil 1895 Maalt aine, mis oli leitud Päikeselt 27 aastat varem. Samal päeval avaldas Ramsay oma avastuse, saates ühe sõnumi Londoni Kuninglikule Seltsile ja teise kuulsale prantsuse keemikule akadeemik Berthelot'le. Kirjas Berthelot'le palus Ramsay teatada oma avastusest Pariisi Akadeemia professorite teaduslikule koosolekule.

15 päeva pärast Ramsayd eraldas Rootsi keemik Langlais temast sõltumatult heeliumi kleveiidist ja, nagu Ramsay, teatas oma heeliumi avastamisest keemik Berthelot'le.

Kolmandat korda avastati õhust heelium, kus see Ramsay sõnul oleks pidanud pärinema haruldastest mineraalidest (kleveiit jne) Maa hävitamise ja keemiliste transformatsioonide käigus.

Heeliumi leidus vähesel määral ka mõne mineraalveeallika veest. Näiteks leidis Ramsay selle Püreneede mägedes Cauteretsi raviallikast, inglise füüsik John William Rayleigh leidis selle kuulsa Bathi kuurordi allikate vetest, saksa füüsik Kaiser avastas heeliumi sisse voolavatest allikatest. Schwarzwaldi mäed. Kõige rohkem leidus heeliumi siiski mõnes mineraalis. Seda leidub samarskiidis, fergusoniidis, kolumbiidis, monasiidis ja uraniidis. Tseiloni saarelt pärit mineraalne torianiit sisaldab eriti suures koguses heeliumi. Kilogrammist torianiiti eraldub kuumaks kuumutamisel 10 liitrit heeliumi.

Peagi avastati, et heeliumi leidub ainult nendes mineraalides, mis sisaldavad radioaktiivset uraani ja tooriumi. Mõnede radioaktiivsete elementide poolt kiiratavad alfakiired pole muud kui heeliumi aatomite tuumad.

Ajaloost...

Selle ebatavalised omadused võimaldavad heeliumi laialdaselt kasutada erinevatel eesmärkidel. Esimene, täiesti loogiline, tuginedes selle kergusele, on kasutamine õhupallides ja õhulaevades. Pealegi pole see erinevalt vesinikust plahvatusohtlik. Seda heeliumi omadust kasutasid sakslased Esimeses maailmasõjas lahinguõhulaevadel. Kasutamise negatiivne külg on see, et heeliumiga täidetud õhulaev ei lenda nii kõrgele kui vesinikuga laev.

Esimese maailmasõja ajal kasutas Saksa väejuhatus suurte linnade, peamiselt Inglismaa ja Prantsusmaa pealinnade pommitamiseks õhulaevu (tsepeliine). Nende täitmiseks kasutati vesinikku. Seetõttu oli võitlus nende vastu suhteliselt lihtne: õhulaeva kesta tabanud süütemürsk süütas vesiniku, mis hetkega süttis ja seade põles läbi. Esimese maailmasõja ajal Saksamaal ehitatud 123 õhulaevast põlesid 40 süütemürsku. Kuid ühel päeval üllatas Briti armee kindralstaapi eriti oluline sõnum. Otsetabamused süttivatest mürskudest Saksa Zeppelinile ei õnnestunud. Õhulaev ei lahvatanud leekidesse, vaid voolas aeglaselt mingi tundmatu gaasiga välja ja lendas tagasi.

Sõjaväeeksperdid olid hämmelduses ja vaatamata kiirele ja üksikasjalikule arutelule Zeppelini süttimiskindluse üle, ei leidnud nad vajalikku selgitust. Mõistatuse lahendas inglise keemik Richard Threlfall. Kirjas Briti Admiraliteedile kirjutas ta: „... Usun, et sakslased on leiutanud mingi meetodi, kuidas suurtes kogustes heeliumi toota ja seekord täitsid nad oma tsepeliini kesta mitte vesinikuga, nagu tavaliselt, vaid heelium..."

Threlfalli argumentide usaldusväärsust vähendas aga tõsiasi, et Saksamaal polnud olulisi heeliumiallikaid. Tõsi, heeliumi on õhus, kuid seda on seal vähe: ühes kuupmeetris õhus on vaid 5 kuupsentimeetrit heeliumi. Linde süsteemiga külmutusmasin, mis muudab ühe tunniga mitusada kuupmeetrit õhku vedelikuks, suudaks selle aja jooksul toota mitte rohkem kui 3 liitrit heeliumi.

3 liitrit heeliumi tunnis! Ja tsepeliini täitmiseks on vaja 5-6 tuhat kuupmeetrit. m Sellise heeliumikoguse saamiseks pidi üks Linde masin töötama peatumata umbes kakssada aastat, kakssada sellist masinat annaksid vajaliku koguse heeliumi ühe aastaga. 200 tehase ehitamine õhu vedelikuks muutmiseks heeliumi tootmiseks on majanduslikult väga kahjumlik ja praktiliselt mõttetu.

Kust said Saksa keemikud heeliumi?

See probleem, nagu hiljem selgus, lahendati suhteliselt lihtsalt. Juba ammu enne sõda anti Indiasse ja Brasiiliasse kaupa vedavatele Saksa laevafirmadele ülesandeks laadida tagasisaadetavaid laevu mitte tavalise ballastiga, vaid heeliumi sisaldava monatsiitliivaga. Nii loodi "heeliumi tooraine" reserv - umbes 5 tuhat tonni monasiidiliiva, millest saadi heelium tsepeliinide jaoks. Lisaks ammutati Nauheimi mineraalallika veest heeliumi, mis andis kuni 70 kuupmeetrit. m heeliumi päevas.

Juhtum tulekindla tsepeliiniga oli tõuke uuteks heeliumiotsinguteks. Keemikud, füüsikud ja geoloogid hakkasid heeliumi intensiivselt otsima. Ühtäkki omandas see tohutu väärtuse. 1916. aastal maksis 1 kuupmeeter heeliumi kullas 200 000 rubla, s.o 200 rubla liiter. Kui arvestada, et heeliumi liiter kaalub 0,18 g, siis 1 g sellest maksis üle 1000 rubla.

Heelium sai kaupmeeste, spekulantide ja börsimaaklerite jahiobjektiks. Maa soolestikust väljuvatest maagaasidest avastati märkimisväärses koguses heeliumi Ameerikas Kansase osariigis, kus pärast Ameerika sõtta astumine ehitati Fort Worthi linna lähedale heeliumitehas. Kuid sõda lõppes, heeliumivarud jäid kasutamata, heeliumi hind langes järsult ja ulatus 1918. aasta lõpus umbes nelja rublani kuupmeetri kohta.

Sellise vaevaga saadud heeliumi kasutasid ameeriklased alles 1923. aastal nüüdseks rahumeelse õhulaeva Shenandoah täitmiseks. See oli maailma esimene ja ainus heeliumiga täidetud õhukauba-reisilaev. Tema “elu” osutus aga lühiajaliseks. Kaks aastat pärast sündi hävitas Shenandoahi torm. 55 tuhat kuupmeetrit m, peaaegu kogu maailma heeliumivaru, mis koguti kuue aasta jooksul, hajus atmosfääris jäljetult vaid 30 minutit kestnud tormi ajal.

Heeliumi kasutamine

Heelium looduses

Enamasti maapealne heelium tekib uraan-238, uraan-235, tooriumi ja nende ebastabiilsete lagunemissaaduste radioaktiivsel lagunemisel. Võrreldamatult väiksemas koguses heeliumi tekib samarium-147 ja vismuti aeglasel lagunemisel. Kõik need elemendid genereerivad ainult heeliumi rasket isotoopi - He 4, mille aatomeid võib pidada alfaosakeste jäänusteks, mis on mattunud kahe paari elektronide kesta - elektrondublettis. Varastel geoloogilistel perioodidel leidus arvatavasti ka teisi looduslikult radioaktiivseid elemente, mis olid Maa pinnalt juba kadunud, küllastades planeedi heeliumiga. Üks neist oli nüüd kunstlikult taasloodud neptuunium seeria.

Kivimisse või mineraali lukustatud heeliumi koguse järgi saab hinnata selle absoluutset vanust. Need mõõtmised põhinevad radioaktiivse lagunemise seadustel: näiteks pool uraan-238 muutub heelium ja plii.

Heelium koguneb aeglaselt maapõue. Üks tonn graniidist, mis sisaldab 2 g uraani ja 10 g tooriumi, annab miljoni aasta jooksul vaid 0,09 mg heeliumi – pool kuupsentimeetrit. Väga vähestel uraani- ja tooriumirikastel mineraalidel on üsna kõrge heeliumisisaldus – mitu kuupsentimeetrit heeliumi grammi kohta. Nende mineraalide osakaal looduslikus heeliumitootmises on aga nullilähedane, kuna neid esineb väga harva.

Heeliumi on Maal vähe: 1 m 3 õhku sisaldab vaid 5,24 cm 3 heeliumi ja iga maise materjali kilogramm sisaldab 0,003 mg heeliumi. Kuid levimuse poolest universumis on heelium vesiniku järel teisel kohal: heelium moodustab umbes 23% kosmilisest massist. Ligikaudu pool kogu heeliumist on koondunud maakooresse, peamiselt selle graniidist kestas, kuhu on kogunenud peamised radioaktiivsete elementide varud. Heeliumi sisaldus maakoores on madal - 3 x 10 -7% massist. Heelium koguneb vabadesse gaasikogumitesse aluspinnases ja õlides; Sellised maardlad jõuavad tööstuslikesse mastaapidesse. Heeliumi maksimumkontsentratsioonid (10-13%) leiti vabades gaasikogumites ja uraanikaevanduste gaasides ning (20-25%) põhjaveest spontaanselt vabanevates gaasides. Mida vanem on gaase kandvad settekivimid ja mida suurem on neis radioaktiivsete elementide sisaldus, seda rohkem on maagaaside koostises heeliumi.

Heeliumi ekstraheerimine

Heeliumi toodetakse tööstuslikus mastaabis nii süsivesinike kui ka lämmastiku koostisega looduslikest ja naftagaasidest. Lähtuvalt tooraine kvaliteedist jaotatakse heeliumimaardlad: rikasteks (He sisaldus > 0,5 mahuprotsenti); tavaline (0,10-0,50) ja vaene< 0,10). Значительные его концентрации известны в некоторых месторождениях природного газа Канады, США (шт. Канзас, Техас, Нью-Мексико, Юта).

Maailma heeliumivarud ulatuvad 45,6 miljardi kuupmeetrini. Suured hoiused asuvad USA-s (45% maailma ressurssidest), järgnevad Venemaa (32%), Alžeeria (7%), Kanada (7%) ja Hiina (4%).
USA juhib ka heeliumitootmist (140 miljonit kuupmeetrit aastas), millele järgneb Alžeeria (16 miljonit).

Venemaa on maailmas kolmandal kohal – 6 miljonit kuupmeetrit aastas. Orenburgi heeliumitehas on praegu ainus kodumaine heeliumitootmise allikas ja gaasi tootmine väheneb. Sellega seoses on eriti olulised gaasiväljad Ida-Siberis ja Kaug-Idas, kus heeliumi kontsentratsioon on kõrge (kuni 0,6%). Üks lootustandvamaid on Kovykta ha on Irkutski oblasti põhjaosas asuv kondensaadiväli. Ekspertide hinnangul sisaldab see umbes 25% maailma x heeliumivarud.

Ohutus

– Heelium ei ole mürgine, ei tule- ega plahvatusohtlik
– Heeliumi on lubatud kasutada kõigis rahvarohketes kohtades: kontsertidel, reklaamüritustel, staadionidel, kauplustes.
– Heeliumgaas on füsioloogiliselt inertne ega kujuta endast ohtu inimesele.
– Heelium ei ole keskkonnale ohtlik, seega ei ole selle neutraliseerimine, ringlussevõtt ja selle jääkide balloonidesse viimine vajalik.
- Heelium on õhust palju kergem ja hajub Maa atmosfääri ülemistes kihtides.

Heeliumi ladustamine ja transport

Heeliumgaasi saab transportida kõigi transpordiliikidega vastavalt kaupade transportimise reeglitele konkreetsel transpordiliigil. Transport toimub spetsiaalsetes pruunist terasest silindrites ja heeliumi transportimiseks mõeldud konteinerites. Vedelat heeliumi transporditakse sellistes transpordilaevades nagu STG-40, STG-10 ja STG-25 mahuga 40, 10 ja 25 liitrit.

Tehniliste gaasidega balloonide transpordi reeglid

Ohtlike kaupade vedu Vene Föderatsioonis reguleerivad järgmised dokumendid:

1. “Ohtlike kaupade autoveo eeskirjad” (muudetud Vene Föderatsiooni Transpordiministeeriumi 11. juuni 1999. a korraldusega nr 37, 14. oktoobri 1999. a nr 77; registreeritud Vene Föderatsiooni transpordiministeeriumis Vene Föderatsiooni kohtunik 18. detsembril 1995, registreerimisnumber 997).

2. “Ohtlike kaupade rahvusvahelise autoveo Euroopa leping” (ADR), millega Venemaa ühines ametlikult 28. aprillil 1994 (Venemaa valitsuse dekreet nr 76, 02.03.1994).

3. “Liikluseeskirjad” (Liikluseeskirjad 2006), nimelt artikkel 23.5, mis sätestab, et “Ohtlike kaupade... vedu... toimub vastavalt erireeglitele.”

4. "Vene Föderatsiooni haldusõiguserikkumiste seadustik", mille artikli 12.21 2. osa näeb ette vastutuse ohtlike kaupade veo eeskirjade rikkumise eest "juhile ühe kuni kolmekordse haldustrahvina". töötasu alammäära või sõidukijuhtimise õiguse äravõtmist üheks kuni kolmeks kuuks; vedude eest vastutavatel ametnikel - kümne- kuni kahekümnekordsest miinimumpalgast."

Kooskõlas punkti 3 punktiga 1.2 "Eeskirja ei kohaldata... piiratud koguses ohtlike ainete veol ühel sõidukil, mille vedu võib käsitleda mitteohtliku veose veona." Samuti selgitatakse, et „Konkreetse ohtliku kauba liigi ohutu veo nõuetes on määratud piiratud kogus ohtlikke veoseid, mille määramisel on võimalik lähtuda ohtlike kaupade rahvusvahelise veo Euroopa lepingu nõuetest. (ADR). Seega taandub mitteohtlike kaupadena vedatavate ainete maksimaalse koguse küsimus ADR-i punkti 1.1.3 uurimisele, mis kehtestab erinevate asjaoludega seotud ohtlike kaupade veo Euroopa reeglitest erandid.

Nii näiteks vastavalt punktile 1.1.3.1 “ADR sätted ei kehti... ohtlike kaupade veol eraisikute poolt, kui need kaubad on pakendatud jaemüügiks ja on mõeldud isiklikuks tarbimiseks, kodumajapidamises kasutamiseks, vabal ajal või sportimisel, kui on võetud meetmed sisu lekkimise vältimiseks tavalistes veotingimustes."

Ohtlike kaupade veo eeskirjadega ametlikult tunnustatud erandite rühm on aga vabastused, mis on seotud ühes veoüksuses veetavate kogustega (punkt 1.1.3.6).

Kõik gaasid on klassifitseeritud ADR klassifikatsiooni järgi teise ainete klassi. Mittesüttivad, mittetoksilised gaasid (rühmad A - neutraalsed ja O - oksüdeerivad) kuuluvad kolmandasse transpordikategooriasse, mille maksimaalne kogus on piiratud 1000 ühikuga. Väga tuleohtlik (rühm F) - teiseks, maksimaalne kogus on piiratud 333 ühikuga. "Ühiku" all mõeldakse siin 1 liitrit surugaasi sisaldava anuma mahust või 1 kg veeldatud või lahustunud gaasi. Seetõttu on ühes veoüksuses mitteohtliku kaubana transporditav maksimaalne gaaside kogus järgmine:

Heelium

HEEELIUM- mina; m.[kreeka keelest helios – päike]. Keemiline element (He), lõhnatu, keemiliselt inertne gaas, on vesiniku järel kõige kergem.

◁ Heelium, oh, oh. G-s tuum.

(lat. Heelium), perioodilisuse tabeli VIII rühma keemiline element, kuulub väärisgaaside hulka; värvitu ja lõhnatu, tihedus 0,178 g/l. Seda on raskem veeldada kui kõiki teadaolevaid gaase (temperatuuril -268,93 ºC); ainuke aine, mis normaalrõhul ei kõvene, olenemata sellest, kui sügavale see on jahutatud. Vedel heelium on kvantvedelik, mille ülivoolavus on alla 2,17 ºK (-270,98 ºC). Heeliumi leidub väikestes kogustes õhus ja maakoores, kus seda tekib pidevalt uraani ja teiste α-radioaktiivsete elementide (α-osakesed on heeliumi aatomite tuumad) lagunemisel. Heelium on palju levinum Universumis, näiteks Päikesel, kus see esmakordselt avastati (sellest ka nimi: kreeka keelest helios – Päike). Heeliumi saadakse maagaasidest. Neid kasutatakse krüogeenses tehnoloogias, inertse keskkonna loomiseks, aeronautikas (stratosfääri õhupallide, õhupallide jms täitmiseks).

HEEELIUM (lat. Heelium), He (loe “heelium”), keemiline element aatomnumbriga 2, aatommass 4,002602. Kuulub inertsete ehk väärisgaaside rühma (perioodisüsteemi VIIIA rühm), mis paiknevad 1. perioodis.
Looduslik heelium koosneb kahest stabiilsest nukliidist: 3 He (0,00013 mahuprotsenti) ja 4 He. Heelium-4 peaaegu täielik ülekaal on seotud selle nukliidi tuumade moodustumisega uraani, tooriumi, raadiumi ja teiste aatomite radioaktiivse lagunemise käigus, mis toimus Maa pika ajaloo jooksul.
Neutraalse heeliumi aatomi raadius on 0,122 nm. Neutraalse ergastamata aatomi elektrooniline konfiguratsioon 1s 2 . Neutraalse aatomi järjestikuse ionisatsiooni energiad on võrdsed vastavalt 24,587 ja 54,416 eV (heeliumi aatomil on kõigi elementide neutraalsete aatomite seas suurim esimese elektroni abstraktsioonienergia).
Lihtaine heelium on kerge üheaatomiline gaas, millel pole värvi, maitset ega lõhna.
Avastamise ajalugu
Heeliumi avastamine algas 1868. aastal, kui Prantsuse astronoomid P. J. Jansen jälgisid päikesevarjutust (cm. JANSIN Pierre Jules Cesar) ja inglane D. N. Lockyer (cm. LAKKUJA Joseph Norman) sõltumatult avastatud päikesekrooni spektrist (cm. PÄIKESEKORONA) kollane joon (nn D 3-rida), mida ei saanud omistada ühelegi sel ajal tuntud elemendile. 1871. aastal selgitas Lockyer selle päritolu uue elemendi olemasoluga Päikeses. 1895. aastal inglane W. Ramsay (cm. RAMSAY William) eraldas looduslikust radioaktiivsest maagist kleveiidist gaasi, mille spektris sama D 3 rida. Lockyer andis uuele elemendile nime, mis peegeldab selle avastamise ajalugu (kreeka keeles Helios – päike). Kuna Lockyer arvas, et avastatud element on metall, kasutas ta elemendi ladinakeelses nimetuses lõppu “lim” (mis vastab venekeelsele lõpule “ii”), mida tavaliselt kasutatakse metallide nimetuses. Nii sai heelium ammu enne Maalt avastamist nime, mis eristab seda oma lõpu poolest teiste inertgaaside nimedest.
Looduses olemine
Atmosfääriõhus on heeliumi sisaldus väga väike ja moodustab umbes 5,27·10-4% mahust. Maakoores on see 0,8·10 -6%, merevees - 4·10 -10%. Heeliumi allikaks on nafta ja heeliumi sisaldavad maagaasid, milles heeliumisisaldus ulatub 2-3% ja harvadel juhtudel 8-10% mahust. Kuid kosmoses on heelium (vesiniku järel) suuruselt teine ​​element: see moodustab 23% kosmilisest massist.
Kviitung
Heeliumi tootmise tehnoloogia on väga keeruline: see eraldatakse looduslikest heeliumi sisaldavatest gaasidest sügavjahutusmeetodil. Selliste gaaside maardlaid on Venemaal, USA-s, Kanadas ja Lõuna-Aafrikas. Heeliumi sisaldavad ka mõned mineraalid (monasiit, torianiit jt) ning 1 kg mineraalist võib kuumutamisel vabaneda kuni 10 liitrit heeliumi.
Füüsikalised omadused
Heelium on kerge, mittesüttiv gaas, heeliumi gaasi tihedus tavatingimustes on 0,178 kg/m 3 (ainult vesinikgaas on väiksem). Heeliumi keemistemperatuur (tavarõhul) on umbes 4,2 K (ehk –268,93 °C, see on madalaim keemispunkt).
Normaalrõhul ei saa vedel heelium muutuda tahkeks aineks isegi absoluutse nulli (0K) lähedasel temperatuuril. Rõhul umbes 3,76 MPa on heeliumi sulamistemperatuur 2,0 K. Madalaim rõhk, mille juures täheldatakse vedela heeliumi üleminekut tahkesse olekusse, on 2,5 MPa (25 at), heeliumi sulamistemperatuur on umbes 1,1 K (–272,1 °C).
0,86 ml heeliumi lahustub 20 °C juures 100 ml vees, orgaanilistes lahustites on selle lahustuvus veelgi väiksem. Kerged heeliumi molekulid läbivad (hajuvad) hästi läbi erinevaid materjale (plast, klaas, mõned metallid).
Alla –270,97 °C jahutatud vedela heelium-4 puhul täheldatakse mitmeid ebatavalisi mõjusid, mis annab põhjust pidada seda vedelikku eriliseks, nn kvantvedelikuks. Seda vedelikku nimetatakse tavaliselt heelium-II-ks, erinevalt vedelast heelium-I-st, vedelikust, mis eksisteerib veidi kõrgematel temperatuuridel. Vedela heeliumi soojusmahtuvuse muutuse graafik temperatuuriga sarnaneb kreeka tähega lambda (l). Heelium-I üleminekutemperatuur heelium-II-ks on 2,186 K. Seda temperatuuri nimetatakse sageli l-punktiks.
Vedel heelium-II suudab kiiresti tungida läbi pisikeste aukude ja kapillaaride ilma viskoossust (nn ülivoolavust) avaldamata (cm.ÜLIVEDELUS) vedel heelium-II). Lisaks liiguvad heelium-II kiled kiiresti üle tahkete ainete pinna, mistõttu vedelik väljub kiiresti anumast, kuhu see pandi. Seda heelium-II omadust nimetatakse superlibisemiseks. Heelium-II ülivoolavuse avastas 1938. aastal Nõukogude füüsik P. L. Kapitsa (cm. Kapitsa Petr Leonidovitš)(Nobeli füüsikaauhind, 1978). Heelium-II ainulaadsete omaduste seletuse andis teine ​​Nõukogude füüsik L. D. Landau (cm. LANDAU Lev Davidovitš) aastatel 1941-1944 (Nobeli füüsikaauhind, 1962).
Heelium ei moodusta keemilisi ühendeid. Tõsi, haruldases ioniseeritud heeliumis on võimalik tuvastada üsna stabiilseid kaheaatomilisi He 2 + ioone.
Rakendus
Heeliumi kasutatakse inertse ja kaitsva atmosfääri loomiseks metallide keevitamisel, lõikamisel ja sulatamisel, raketikütuse pumpamisel, õhulaevade ja õhupallide täitmiseks, heeliumlaserite keskkonna komponendina. Vedel heelium, kõige külmem vedelik Maal, on eksperimentaalfüüsikas ainulaadne jahutusvedelik, mis võimaldab teadusuuringutes (näiteks elektrilise ülijuhtivuse uurimisel) kasutada ülimadalaid temperatuure. (cm.ÜLIJUHTIVUS)). Kuna heelium lahustub veres väga halvasti, kasutatakse seda sukeldujatele hingamiseks tarnitava tehisõhu komponendina. Lämmastiku asendamine heeliumiga hoiab ära dekompressioonihaiguse (cm. KAISON HAIGUS)(tavalise õhu sissehingamisel lahustub lämmastik kõrge rõhu all veres ja seejärel vabaneb sellest mullide kujul, mis ummistavad väikseid veresooni).

entsüklopeediline sõnaraamat. 2009 .

Vaadake, mis on "heelium" teistes sõnaraamatutes:

- (lat. heelium) He, perioodilisuse tabeli VIII rühma keemiline element, aatomnumber 2, aatommass 4,002602, kuulub väärisgaaside hulka; värvitu ja lõhnatu, tihedus 0,178 g/l. Seda on raskem veeldada kui kõiki teadaolevaid gaase (temperatuuril 268,93 °C);... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

- (kreeka keelest helyos sun). Päikese spektrist avastatud elementaarkeha, mis esineb maa peal mõnes haruldases mineraalis; sisaldub õhus tühistes kogustes. Vene keele võõrsõnade sõnastik. Chudinov A.N ... Vene keele võõrsõnade sõnastik

- (sümbol He), gaasiline mittemetalliline element VÕLISGAAS, avastati 1868. aastal. Esimest korda saadi mineraalist klevita (teatud tüüpi uraniit) 1895. aastal. Praegu on selle peamiseks allikaks maagaas. Sisaldub ka ...... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

Mina, abikaasa. , vana Eliy, I. Aruanne: Gelievich, Gelievna. Tuletised: Gelya (Gela); Elya.Päritolu: (Kreeka keelest hēlios sun.)Nimepäev: 27. juuli Isikunimede sõnastik. Heelium Vt Ellium. Päeva ingel. Viide... Isikunimede sõnastik

HEEELIUM- keemia. element, sümbol He (lat. Heelium), juures. n. 2, kl. m 4,002, viitab inertsetele (vääris)gaasidele; värvitu ja lõhnatu, tihedus 0,178 kg/m3. Tavatingimustes on gaas üheaatomiline gaas, mille aatom koosneb tuumast ja kahest elektronist; on moodustatud... Suur polütehniline entsüklopeedia

- (heelium), He, perioodilise süsteemi VIII rühma keemiline element, aatomnumber 2, aatommass 4,002602; kuulub väärisgaaside hulka; madalaima keemistemperatuuriga aine (kp 268,93°C), ainus, mis normaalrõhul ei kõvene;... ... Kaasaegne entsüklopeedia

Chem. element kaheksas gr. perioodilisustabel, järjekorranumber 2; inertgaas at. V. 4.003. Koosneb kahest stabiilsest isotoobist He4 ja He3. Soder. Need ei ole püsivad ja sõltuvad tekkeallikast, kuid raske isotoop on alati ülekaalus. IN…… Geoloogiline entsüklopeedia

Heelium- (heelium), He, perioodilise süsteemi VIII rühma keemiline element, aatomnumber 2, aatommass 4,002602; kuulub väärisgaaside hulka; madalaima keemistemperatuuriga aine (keemistemperatuur 268,93°C), ainus, mis normaalrõhul ei kõvene;... ... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

Heelium on D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi teist järku element, mille aatomnumber on 2. See paikneb perioodilise süsteemi esimese perioodi kaheksanda rühma põhialarühmas. Perioodilises tabelis juhib väärisgaaside rühma. Tähistatakse sümboliga He (lat. Heelium). Lihtaine heelium (CAS number: 7440-59-7) on inertne üheaatomiline gaas, millel pole värvi, maitset ega lõhna. Heelium on üks levinumaid elemente universumis, vesiniku järel teisel kohal. Heelium on ka teine ​​kergem keemiline element (vesiniku järel). Heelium ekstraheeritakse maagaasist madala temperatuuriga eraldamise protsessiga – nn fraktsioneeriva destilleerimisega

18. augustil 1868 uuris prantsuse teadlane Pierre Jansen Indias Gunturi linnas täieliku päikesevarjutuse ajal esmalt Päikese kromosfääri. Jansen suutis spektroskoopi konfigureerida nii, et päikesekrooni spektrit oleks võimalik jälgida mitte ainult varjutuse ajal, vaid ka tavalistel päevadel. Juba järgmisel päeval näitas päikeseprominentide spektroskoopia koos vesiniku joontega - sinine, roheline-sinine ja punane - väga helekollase joone, mille algselt võtsid Jansen ja teised astronoomid, kes leidsid, et see on naatriumi D joon. Jansen kirjutas sellest kohe Prantsuse Teaduste Akadeemiale. Seejärel leiti, et erekollane joon päikesespektris ei lange kokku naatriumijoonega ega kuulu ühegi varem tuntud keemilise elemendi hulka.

Kaks kuud hiljem, 20. oktoobril, tegi inglise astronoom Norman Lockyer, teadmata oma prantsuse kolleegi arengutest, ka päikesespektri uuringuid. Olles avastanud tundmatu kollase joone lainepikkusega 588 nm (täpsemalt 587,56 nm), nimetas ta selle D3-ks, kuna see oli väga lähedal Fraunhoferi joontele D 1 (589,59 nm) ja D 2 (588,99 nm) naatrium. Kaks aastat hiljem tegi Lockyer koos inglise keemiku Edward Franklandiga, kellega ta koos töötas, ettepaneku anda uuele elemendile nimi "heelium" (vanakreeka keelest ἥλιος - "päike").

Huvitav on see, et Janseni ja Lockyeri kirjad jõudsid Prantsuse Teaduste Akadeemiasse samal päeval – 24. oktoobril 1868, kuid Lockyeri neli päeva varem kirjutatud kiri saabus mitu tundi varem. Järgmisel päeval loeti mõlemad kirjad ette akadeemia koosolekul. Uue prominentide uurimismeetodi auks otsustas Prantsuse Akadeemia vermida medali. Medali ühel küljel olid Janseni ja Lockyeri portreed üle ristatud loorberiokste ning teisel müütilise Päikesejumala Apolloni kujutis, kes juhib nelja hobusega vankrit täiskiirusel.

1881. aastal avaldas itaallane Luigi Palmieri aruande heeliumi avastamise kohta vulkaanilistes gaasides (fumaroolides). Ta uuris helekollast õlist ainet, mis settis gaasijugadest Vesuuvi kraatri servadele. Palmieri kaltsineeris selle vulkaanilise saaduse Bunseni põleti leegis ja jälgis vabanevate gaaside spektrit. Teadusringkonnad tervitasid seda sõnumit umbusklikult, kuna Palmieri kirjeldas oma kogemust ebaselgelt. Palju aastaid hiljem leiti fumaroolides väikeses koguses heeliumi ja argooni.

Vaid 27 aastat pärast esialgset avastamist avastati Maalt heelium – 1895. aastal avastas Šoti keemik William Ramsay mineraali kleveiidi lagunemisel saadud gaasiproovi uurides selle spektrist sama erekollase joone, mis leiti varem päikese spekter. Proov saadeti täiendavatele uuringutele kuulsale inglise spektroskoopile William Crookesile, kes kinnitas, et proovi spektris täheldatud kollane joon langes kokku heeliumi D3 joonega. 23. märtsil 1895 saatis Ramsay Londoni Kuninglikule Seltsile, aga ka kuulsa keemiku Marcelin Berthelot kaudu Prantsuse Akadeemiale sõnumi heeliumi avastamisest Maalt.

1896. aastal tõestasid Heinrich Kaiser, Siegbert Friedländer ja kaks aastat hiljem Edward Beley lõpuks heeliumi olemasolu atmosfääris.

Juba enne Ramsayd eraldas heeliumi ka Ameerika keemik Francis Hillebrand, kuid ta uskus ekslikult, et sai lämmastikku ja tunnistas kirjas Ramsayle tema avastamise prioriteeti.
Erinevaid aineid ja mineraale uurides avastas Ramsay, et neis sisalduv heelium saadab uraani ja tooriumi. Kuid alles palju hiljem, 1906. aastal, avastasid Rutherford ja Royds, et radioaktiivsete elementide alfaosakesed on heeliumi tuumad. Need uuringud panid aluse kaasaegsele aatomistruktuuri teooriale.

Alles 1908. aastal õnnestus Hollandi füüsikul Heike Kamerlingh Onnesil saada vedel heeliumi drosseliga (vt Joule-Thomsoni efekt), pärast seda, kui gaas oli eeljahutatud vaakumis keevas vedelas vesinikus. Tahke heeliumi saamise katsed jäid pikaks ajaks ebaõnnestunuks isegi temperatuuril 0,71 K, mille saavutas Kamerlingh Onnesi õpilane, saksa füüsik Willem Hendrik Keesom. Alles 1926. aastal õnnestus tal kristallid isoleerida, rakendades rõhku üle 35 atm ja jahutades kokkusurutud heeliumi vedelas heeliumis, mis keeb haruldasena.

1932. aastal uuris Keesom vedela heeliumi soojusmahtuvuse muutumise olemust temperatuuriga. Ta leidis, et umbes 2,19 K juures annab aeglane ja järkjärguline soojusmahtuvuse tõus teed järsule langusele ja soojusmahtuvuse kõver võtab kreeka tähe λ (lambda) kuju. Seetõttu antakse temperatuurile, mille juures soojusmahtuvus hüppab, kokkuleppeline nimi "λ-punkt". Täpsem temperatuuri väärtus selles punktis, mis tuvastati hiljem, on 2,172 K. λ-punktis toimuvad vedela heeliumi põhiomadustes sügavad ja järsud muutused – vedela heeliumi üks faas asendatakse selles punktis teisega, ilma et see eralduks. varjatud kuumus; toimub teist järku faasiüleminek. λ-punkti temperatuurist kõrgemal on nn heelium-I ja selle all - heelium-II.

1938. aastal avastas Nõukogude füüsik Pjotr ​​Leonidovitš Kapitsa vedela heelium-II ülifluidsuse fenomeni, mis seisneb viskoossusteguri järsus languses, mille tulemusena voolab heelium praktiliselt hõõrdumiseta. Nii kirjutas ta ühes oma raportis selle nähtuse avastamise kohta.

nime päritolu

Kreeka keelest ἥλιος - "Päike" (vt Helios). On uudishimulik, et elemendi nimes kasutati metallidele iseloomulikku lõppu “-i” (ladina keeles “-um” - “heelium”), kuna Lockyer eeldas, et tema avastatud element on metall. Analoogiliselt teiste väärisgaasidega oleks loogiline anda sellele nimi Helion. Kaasaegses teaduses omistatakse heeliumi kerge isotoobi - heelium-3 tuumale nimi "heelion".

Levimus

Universumis
Heelium on vesiniku järel universumi arvukuse poolest teisel kohal – umbes 23 massiprotsenti. Heelium on aga Maal haruldane. Peaaegu kogu universumi heelium tekkis ürgse nukleosünteesi käigus esimestel minutitel pärast Suurt Pauku. Kaasaegses universumis tekib peaaegu kogu uus heelium tähtede sisemuses olevast vesinikust termotuumasünteesi tulemusena (vt prootoni-prootoni tsükkel, süsinik-lämmastiku tsükkel). Maal tekib see raskete elementide alfalagunemise tulemusena (alfalagunemise käigus eralduvad alfaosakesed on heelium-4 tuumad). Osa alfalagunemisel tekkivast ja läbi maakoore kivimite imbuvast heeliumist püüab kinni maagaas, mille heeliumi kontsentratsioon võib ulatuda 7% mahust ja rohkem.

Maakoor
Kaheksandas rühmas on heelium maakoores sisalduselt teisel kohal (argooni järel). Heeliumisisaldus atmosfääris (tekib Ac, Th, U lagunemise tulemusena) on 5,27×10−4% mahust, 7,24×10−5% massist. Heeliumivarud atmosfääris, litosfääris ja hüdrosfääris on hinnanguliselt 5×1014 m³. Heeliumi sisaldavad maagaasid sisaldavad tavaliselt kuni 2 mahuprotsenti heeliumi. Äärmiselt harvad on gaaside kogunemised, mille heeliumisisaldus ulatub 8-16%. Keskmine heeliumisisaldus maismaal on 3 g/t. Suurimat heeliumi kontsentratsiooni täheldatakse uraani, tooriumi ja samariumi sisaldavates mineraalides: kleveiit, fergusoniit, samarskiit, gadoliniit, monasiit (monasiitliivad Indias ja Brasiilias), torianiit. Heeliumi sisaldus neis mineraalides on 0,8 - 3,5 l/kg ja torianiidis ulatub 10,5 l/kg.

Definitsioon

Heeliumi määratakse kvalitatiivselt analüüsides emissioonispektreid (tunnusjooned 587,56 nm ja 388,86 nm), kvantitatiivselt massispektromeetriliste ja kromatograafiliste analüüsimeetoditega, samuti füüsikaliste omaduste (tihedus, soojusjuhtivus jne) mõõtmisel põhinevate meetoditega.

Keemilised omadused

Heelium on perioodilisuse tabeli kaheksanda rühma (inertgaasid) keemiliselt kõige vähem aktiivne element. Paljud heeliumiühendid eksisteerivad ainult gaasifaasis nn eksimermolekulide kujul, milles ergastatud elektroonilised olekud on stabiilsed ja põhiolek on ebastabiilne. Heelium moodustab kaheaatomilisi molekule He 2 +, HeF fluoriid, HeCl kloriid (eksimeermolekulid tekivad elektrilahenduse või ultraviolettkiirguse toimel heeliumi ja fluori või kloori segule). Heeliumi keemiline ühend LiHe on teada (võib-olla peeti silmas ühendit LiHe 7

Kviitung

Tööstuses saadakse heeliumi heeliumi sisaldavatest maagaasidest (praegu kasutatakse peamiselt maardlaid, mis sisaldavad > 0,1% heeliumi). Heelium eraldatakse teistest gaasidest sügavjahutusega, kasutades ära asjaolu, et see vedeldub raskemini kui kõik teised gaasid. Jahutamine toimub mitmes etapis drosseliga, puhastades seda CO 2 -st ja süsivesinikest. Tulemuseks on heeliumi, neooni ja vesiniku segu. See segu, nn. toorheelium (He - 70-90% mahust) puhastatakse vesinikust (4-5%), kasutades CuO-d temperatuuril 650-800 K. Lõplik puhastamine saavutatakse ülejäänud segu jahutamisel vaakumis keeva N2-ga ja lisandite adsorptsiooniga aktiivainele. süsinik adsorberites, samuti jahutatud vedela N2-ga. Nad toodavad tehnilise puhtusega (99,80% heeliumi mahust) ja kõrge puhtusega (99,985%) heeliumi. Venemaal saadakse heeliumgaasi loodus- ja naftagaasidest. Praegu ekstraheeritakse heeliumi Gazprom Dobycha Orenburg LLC heeliumitehases Orenburgis madala heeliumisisaldusega gaasist (kuni 0,055 mahuprotsenti), seega on Venemaa heeliumi hind kõrge. Kiireloomuline probleem on suure heeliumisisaldusega (0,15–1% mahuga) Ida-Siberi suurtest maardlatest pärit maagaaside arendamine ja igakülgne töötlemine, mis vähendab oluliselt selle maksumust. USA juhib heeliumi tootmises (140 miljonit m³ aastas), millele järgneb Alžeeria (16 miljonit m³). Venemaa on maailmas kolmandal kohal – 6 miljonit m³ aastas. Maailma heeliumivarud on 45,6 miljardit m³.