химический каталог




ГЕЛИЙ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ГЕЛИЙ (от греческого helios-солнце; лат. Helium) He, химический элемент VIII гр. периодической системы, ат. н. 2, ат. м. 4,002602; относится к благородным газам. Атмосферный ГЕЛИЙ состоит из изотопов 3Не (0,00013% по объему) и 4Не. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для 4Не 68*10-32 м2, для 3Не-54*10-26 м2. Конфигурация электронной оболочки 1s2; энергия ионизации Не0 -> Не+ -> Не2 + соответственно 2372 и 5250 кДж/моль; ван-дер-ваальсов радиус 0,122 нм, ковалентный радиус 0,04-0,06 нм. ГЕЛИЙ-один из наиболее распространенных элементов космоса-занимает второе место после водорода. Содержание ГЕЛИЙ в атмосфере (образуется в результатераспада Ac, Th, U) 5,27*10-4% по объему. Запасы ГЕЛИЙ в атмосфере, литосфере и гидросфере оцениваются в 5*1014 м3. Гелионосные природные газы содержат, как правило, до 2% по объему ГЕЛИЙ; главные пром. месторождения этих газов находятся в США (2,1*1010 м3 Т.), СССР, Канаде (108 м3), ЮАР. Гелий содержится также в минералах: клевеите, монаците, торианите (до 10,5 л/кг).

Свойства. Г.-одноатомный газ без цвета и запаха. Св-ва изотопов Г. приведены в таблице. Уравнения температурной зависимости давления пара 4Не:

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

СВОЙСТВА ИЗОТОПОВ ГЕЛИЯ

Жидкий ГЕЛИЙ-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 (так называемой-точка) жидкий 4Не (бозе-жидкость) претерпевает фазовый переход второго рода (от Не I к Не II), сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоемкости, вязкости, плотности и др. С увеличением давления температура перехода смещается в область более низких температур (зависимостьот давления показана на рисунке-линией). Для Не II характерна сверхтекучесть-способность протекать без трения через узкие (диам. менее 100 нм) капилляры и щели. Это свойство открыто в 1938 П.Л. Капицей. Сверхтекучесть обусловлена переходом при температурах нижечасти атомов жидкого ГЕЛИЙ в состояние с нулевым импульсом. Не I бурно кипит во всем объеме, Не II-спокойная жидкость с ясно выраженным мениском. Различие в их поведении объясняется необычайно высокой теплопроводностью Не II (во много миллионов раз выше, чем у Не I). Сверхтекучесть проявляет также и жидкий 3Не (ферми-жидкость) вблизи абс. нуля (менее 2,6*10-3 К) и давлении ок. 3,4 МПа. Жидкий ГЕЛИЙ-единственное вещество, не затвердевающее при нормальном давлении даже вблизи О К. Он кристаллизуется только под давлением более 2,5 МПа. Кристаллическая решетка 4Не гексагональная с плотной упаковкой. 3Не при одной и той же температуре в зависимости от давления может находиться в двух модификациях: (решетка кубическая) и (гексагональная с плотной упаковкой); температура тройной точки 3,15 К, давл. 14,3 МПа; у 4Не тройная точка отсутствует.

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

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

Определение. Качественно ГЕЛИЙ обнаруживают с помощью эмиссионного спектрального анализа; основные характеристич. линии 587,56 и 388,86 нм. Для количественное определения пользуются методами, основанными на измерении физических свойств (плотности, теплопроводности и др.), а также масс-спектро-метрией и газовой хроматографией.

Применение. Газообразный ГЕЛИЙ применяют: в качестве защитной среды при сварке, резке и плавке металлов (15% производимого ГЕЛИЙ), при производстве твэлов (25%), при перекачивании ракетного топлива (35%), в производстве полупроводниковых материалов; для консервации пищевая 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. в-во в газовых эталонных термометрах в интервале температур 1-80 К; компонент дыхат. смесей для глубоководного погружения. Жидкий ГЕЛИЙ-хладагент в эксперим. физике, при получении сверхпроводящих материалов для вычислит. и измерит, техники, в сверхпроводящих магнитах и др. Жидкий 3Не-термометрич. в-во для измерений температур ниже 1 К.

Мировое производство ГЕЛИЙ ок. 54 млн. м3 (1979). Осн. страны-производители-США, СССР, ЮАР.

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

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

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы по работе с графическим редактором
купить линзы карнавальные москва
курсы массажа в москве
щипчики маникюрные профессиональные

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(05.12.2016)