Гелій

Гелій (He) – це хімічний елемент, який належить до групи благородних газів у періодичній системі елементів. Він має атомний номер 2 та атомну масу близько 4.0026 г/моль. Гелій є другим за поширеністю елементом у Всесвіті після водню.

Фізичні властивості гелію

Основні фізичні властивості гелію включають наступне:

1. Агрегатний стан: Є безбарвним, без запаху та без смаку газом при нормальних умовах температури та тиску. Він переходить у рідинний стан лише при дуже низьких температурах, нижчих за його критичну температуру.
2. Точка кипіння: Гелій має найнижчу точку кипіння серед усіх відомих речовин. Його точка кипіння становить -268,93 градусів Цельсія або 4,2 Кельвіна. Це робить його корисним для застосувань, пов’язаних з низькими температурами.
3. Густина: Густина гелію при нормальних умовах становить приблизно 0,1785 г/см³. Це робить його легким газом, який піднімається в повітрі.
4. Теплоємність: Має високу теплоємність, що означає, що він може поглинати або виділяти велику кількість тепла без суттєвого змінення своєї температури.
5. Розчинність: Майже нерозчинний у воді та багатьох розчинниках, що робить його хорошим газовим заповнювачем для різних застосувань.
6. Теплопровідність: Має високу теплопровідність, особливо при низьких температурах. Це робить його корисним для використання у системах охолодження та передачі тепла.
7. Інертність: Гелій є хімічно інертним газом. Він не реагує з іншими елементами або сполуками при нормальних умовах, що робить його безпечним для багатьох застосувань.

Хімічні властивості гелію

Гелій (He) є благородним газом, тому він має наступні хімічні властивості:

1. Інертність: Є хімічно дуже стійким та інертним. Він майже не реагує з іншими елементами або сполуками, включаючи кисень, вуглець, водень та більшість хімічних сполук. Це робить його безпечним для використання в різних процесах та додатків.
2. Відсутність хімічних сполук: Не утворює стійких хімічних сполук з іншими елементами. Це означає, що він не утворює іони, молекули або хімічні зв’язки з іншими речовинами при нормальних умовах.
3. Висока іонізаційна енергія: Має дуже високу енергію іонізації, що означає, що йому потрібно значна кількість енергії, щоб відірвати електрон від атома гелію. Це призводить до того, що гелій майже не утворює іони або додається до хімічних реакцій.
4. Використання як захисний газ: Через свою інертність, гелій використовується як захисний газ в різних процесах, таких як зварювання або обробка матеріалів, де необхідно уникати контакту металу з киснем або іншими реагентами.
5. Використання в аналітичній хімії: Гелій використовується в аналітичній хімії для забезпечення безпечного та неперервного потоку газу для аналізу зразків, зокрема в мас-спектрометрії та хроматографії.
6. Застосування у ядерних дослідженнях: Використовується в ядерних дослідженнях та ядерних реакторах як модератор, оскільки він має високу теплопровідність та інертний характер.

Узагальнюючи, гелій є хімічно стійким, інертним газом, який має широке застосування в різних галузях, зокрема в аналітичній хімії, ядерних дослідженнях та як захисний газ у промислових процесах.

Ізотопи гелію

Гелій (He) має два стабільних ізотопи, які відрізняються за кількістю нейтронів у ядрі:

1. Гелій-4 (⁴He): Це найпоширеніший ізотоп гелію. Він має 2 протони і 2 нейтрони в ядрі. Гелій-4 є стабільним ізотопом і складає близько 99,99986% природної абундантності гелію.
2. Гелій-3 (³He): Це менш поширений ізотоп гелію. Він має 2 протони і 1 нейтрон в ядрі. Гелій-3 також є стабільним ізотопом, але його природна абундантність дуже низька, становить приблизно 0,00014% природного гелію.

У додаток до цих стабільних ізотопів, гелій також має декілька радіоактивних ізотопів, таких як гелій-6 (⁶He), гелій-8 (⁸He) та інші. Ці радіоактивні ізотопи мають дуже короткий час напіврозпаду і досить рідкісні в природі. Вони використовуються в ядерних дослідженнях та експериментах.

Отримання гелію

Не можна отримати декількома способами, залежно від джерела, з якого його видобувають. Основні способи отримання гелію включають:

1. Видобуток з природного газу: Зазвичай видобувають з природного газу, оскільки він часто знаходиться разом з нафтовими і газовими родовищами. Природний газ містить деяку кількість гелію, і його видобуток відбувається в спеціальних установках, де газ піддається фракціонованому звільненню. Процес включає охолодження газу до дуже низьких температур, що дозволяє виділити гелій.
2. Видобуток з природних джерел: Може також видобуватись безпосередньо з природних джерел, таких як джерела гелію, які мають виходи гелію на поверхню. Ці джерела можуть знаходитись у вулканічних регіонах, де гелій утворюється внаслідок радіоактивного розпаду.
3. Виробництво як побічний продукт: Може бути отриманий як побічний продукт під час видобутку природного газу або певних промислових процесів, таких як виробництво водню. У цих випадках гелій відокремлюється та збирається для подальшого використання.
4. Ядерні реакції: Може бути синтезований шляхом ядерних реакцій, таких як ядерний синтез в зірках або у ядерних реакторах. Ці методи отримання гелію є більш складними та спеціалізованими.