Способы получения гелия

Магнитный газ

МР-томограф «видит» скопления протонов, поэтому отлично подходит для изучения и диагностики мягких тканей и органов, содержащих большие количества водорода (в основном в виде воды), а также дает возможность различать магнитные свойства молекул. Таким способом можно, скажем, отличить артериальную кровь, содержащую гемоглобин (основной переносчик кислорода в крови), от венозной, содержащей парамагнитный дезоксигемоглобин, — именно на этом основана фМРТ (функциональная МРТ), позволяющая отслеживать активность нейронов головного мозга.


Но, увы, такая замечательная методика, как МРТ, совершенно не приспособлена для изучения заполненных воздухом легких (даже если наполнить их водородом, сигнал от газообразной среды с низкой плотностью будет слишком слаб на фоне шумов). Да и мягкие ткани легких не слишком хорошо видны с помощью МРТ, поскольку они «пористые» и содержат мало водорода.

Можно ли обойти это ограничение? Можно, если использовать «намагниченный» газ — в этом случае средняя поляризация будет определяться не внешним полем, потому что все (или почти все) магнитные моменты будут ориентированы в одном направлении. И это вовсе не фантастика: в 1966 году французский физик Альфред Кастлер получил Нобелевскую премию с формулировкой «За открытие и разработку оптических методов исследования резонансов Герца в атомах». Он занимался вопросами оптической поляризации спиновых систем — то есть как раз «намагничиванием» газов (в частности, гелия-3) с помощью оптической накачки при резонансном поглощении фотонов с круговой поляризацией.

Ядерный магнитный резонанс использует магнитные свойства ядер водорода — протонов. Без внешнего магнитного поля магнитные моменты протонов ориентированы произвольно (как на первом изображении). При наложении мощного магнитного поля магнитные моменты протонов ориентируются параллельно полю — либо «вдоль», либо «навстречу». Два этих положения имеют разную энергию (2). Радиочастотный импульс с резонансной частотой, соответствующей разнице энергий, «переворачивает» магнитные моменты протонов «навстречу» полю (3). После окончания радиочастотного импульса происходит обратный «переворот», и протоны излучают на резонансной частоте. Этот сигнал принимается радиочастотной системой томографа и используются компьютером для построения изображения (4).

Гелиеносные породы

В рыхлых породах газ заполняет пустоты примерно так же, как вода пропитывает донные пески морей и рек. Ложем для газовых коллекторов обычно служит вода или нефть, а сверху их прикрывают газонепроницаемые толщи глин, мергелей, карбонатных и других плотных осадочных пород.

В природе не встречаются скопления одного гелия — ведь в земной коре возникают и мигрируют и другие газы, притом в гораздо больших количествах. Обычно гелий присутствует в них как примесь в количествах, измеряемых сотыми, редко десятыми долями процента. Однако встречаются скопления, гелиеносность которых достигает 1,5—8 и даже (крайне редко) 16%.

Повышенная концентрация гелия характерна для древних скоплений углеводородных газов, причем чем больше в них азота, тем выше содержание гелия. Эта связь обусловлена тем, что основное количество гелия поступает в газовые месторождения из циркулирующих подземных вод вместе с растворенным в них азотом биохимического происхождения или проникшим из воздуха. Нередки повышенные содержания гелия в попутных (пропан-бутановых) нефтяных газах вследствие значительной растворимости гелия в нефти.

Месторождения углеводородных и азотных газов с повышенной гелиеносностью, пригодные для промышленной добычи гелия, известны в США, Россия, Канаде и на континентальном шельфе Северного моря. Недавно в Польше обнаружена группа месторождений метано-азотного газа, содержащего до 0,4% гелия.

В России гелиеносные месторождения расположены в Поволжье, Западной Сибири и других районах, в США — в штатах Канзас, Техас и Нью-Мексико. Крупнейшее в мире месторождение Хьюготон-Панхедл в США имело начальные запасы гелия 2,9 млрд. м³ при среднем его содержании 0,46 об. %. Обычные же разрабатываемые месторождения имеют запасы 10—50 млн. м³.

Какие же факторы способствуют накоплению больших количеств гелия? С одной стороны, имеет значение близость мощных источников α-излучения; не случайно крупные скопления гелиеносных газов обычно находят невдалеке от гранитов или пород, образовавшихся при их разрушении.

Очень важно наличие устойчивых с древнейших времен осадочных пород для накопления и сохранения газа. Наконец, большую роль играет процесс разложения углеводородов в древних газовых скоплениях

Если одни виды бактерий вырабатывают подземный метан, то другие в процессе жизнедеятельности окисляют его до воды и углекислоты. За счет исчезновения метана газовая смесь обогащается гелием. Очевидно, благоприятное сочетание всех указанных условий редко встречается в природе.

Статья на тему Откуда гелий на земле

Получение и использование

Гелий — второй после водорода элемент по распространенности во Вселенной. Накопление ядер гелия в больших количествах вызвано тем, что он используется как «горючее», превращение которого служит источником энергии для звезд (в том числе для звезды нашей планетной системы — Солнца) Образуются ядра гелия и на Земле за счет ядерных реакций, вызываемых космическим излучением. Сами ядра гелия чрезвычайно устойчивы и используются при тонких исследованиях атома как снаряды, разбивающие мишени — ядра других атомов. Следует заметить, что именно эти ядра (а-частицы) помогли раскрыть сложную внутреннюю структуру атомов.

В промышленности гелий выделяют из природных газов методом глубокого охлаждения. При этом он, как самое низкокипящее вещество, остается газообразным, тогда как все другие вымораживаются. Применяется гелий для создания инертной атмосферы, при сварке металлов, при консервировании пищевых продуктов, в кислородно-воздушных смесях для водолазов и др. Жидкий гелий — хладоагент, использующийся в химии и физике низких температур.

Лит.: Ялуцеин  В. II.   Геология гелия. Л.,

Вы читаете, статья гелий

Применение гелия:

Гелий используется во многих областях промышленности и быту:


– в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов;

– в пищевой промышленности (зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939) как пропеллент и упаковочный газ;

– в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние);

– для наполнения воздухоплавающих судов (дирижаблей и аэростатов). В отличие от водорода гелий в силу негорючести абсолютно безопасен;

– в дыхательных смесях для глубоководного погружения;

– для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов;

– для заполнения газоразрядных трубок;

– как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах;

– в качестве носителя в газовой хроматографии;

– и пр.

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Как возможно научиться писать тексты и зарабатывать на этом удаленно? Например, можете пройти курс «Копирайтинг от А до Я», который подойдет даже начинающим авторам.

Другие записи:

карта сайта

гелий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решеткаатом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома электронные формулы сколько атомов в молекуле гелиясколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

Коэффициент востребованности 846

Наследие холодной войны


Единственный способ получения гелия-3 — распад трития. Большая часть запасов 3He обязана своим происхождением распаду трития, произведенного во время ядерной гонки вооружений в период холодной войны. В США к 2003 году было накоплено примерно 260 000 л «сырого» (неочищенного) гелия-3, а к 2010 году осталось только 12000 л незадействованного газа. В связи с возрастанием спроса на этот дефицитный газ в 2007 году даже было восстановлено производство ограниченных количеств трития, и до 2015 года планируется дополнительно получать по 8000 л гелия-3 ежегодно. При этом годовой спрос на него уже сейчас составляет не менее 40 000 л (из них только 5% используется в медицине). В апреле 2010 года американский Комитет по науке и технологии США сделал вывод, что нехватка гелия-3 приведет к реальным негативным последствиям для многих областей. Даже ученые, работающие в ядерной отрасли США, испытывают трудности с приобретением гелия-3 из запасов государства.

Охлаждение смешиванием

Еще одна отрасль, которая не может обойтись без гелия-3 — это криогенная промышленность. Для достижения сверхнизких температур применяется т.н. рефрижератор растворения, который использует эффект растворения гелия-3 в гелии-4. При температуре ниже 0.87 К смесь разделяется на две фазы — богатую гелием-3 и гелием-4. Переход между этими фазами требует энергии, и это дает возможность охлаждения до очень низких температур — до 0,02 К. Простейшее такое устройство имеет достаточный запас гелия-3, который постепенно перемещается через границу раздела фаз в фазу, богатую гелием-4 с поглощением энергии. Когда запас гелия-3 закончится, устройство не сможет работать далее — оно «одноразовое». Именно такой способ охлаждения, в частности, использовался в орбитальной обсерватории Planck Европейского космического агентства. В задачу «Планка» входила регистрация анизотропии реликтового излучения (с температурой около 2,7 К) с высоким разрешением с помощью 48 болометрических детекторов HFI (High Frequency Instrument), охлаждаемых до 0,1 К. До того, как запас гелия-3 в системе охлаждения был исчерпан, «Планк» успел сделать 5 снимков неба в микроволновом диапазоне.

Аукционная цена гелия-3 колеблется в районе $2000 за литр, причем никаких тенденций к снижению не наблюдается. Дефицит этого газа обусловлен тем, что основная часть гелия-3 используется для изготовления нейтронных детекторов, которые применяются в устройствах для обнаружения ядерных материалов. Такие детекторы регистрируют нейтроны по реакции (n, p) — захвату нейтрона и испусканию протона. А чтобы засечь попытки завоза ядерных материалов, таких детекторов требуется очень много — сотни тысяч штук. Именно по этой причине гелий-3 стал фантастически дорог и малодоступен для массовой медицины.

Впрочем, надежды есть. Правда, возлагаются они не на лунный гелий-3 (его добыча остается отдаленной перспективой), а на тритий, образующийся в тяжеловодных реакторах типа CANDU, которые эксплуатируются в Канаде, Аргентине, Румынии, Китае и Южной Корее.

Примечания

  1. Weaver, E. R. Bibliography of Helium Literature // Industrial & Engineering Chemistry. — 1919.
  2. Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3—13. — 352 с. — 2400 экз.
  3. Хокинг С., Млодинов Л. Глава восьмая. Большой взрыв, черные дыры и эволюция Вселенной // Кратчайшая история времени. — СПб: Амфора. ТИД Амфора, 2006. — С. 79—98. — 180 с. — 5000 экз. — ISBN 5-367-00164-5.
  4. Самарий, как и уран и торий, является природным альфа-радиоактивным элементом.
  5. Фаустовский В. Г., Ровынский А. Е. Петровский Ю.В. Инертные газы. — Изд. 2. — М.: Атомиздат, 1972. — 352 с.
  6. Л. Паулинг. Природа химической связи / перевод с англ. М. Е. Дяткиной, под ред. проф. Я. К. Сыркина. — М.-Л.: ГНТИ Химической литературы, 1947. — С. 262. — 440 с.
  7. W. Heisenberg, Z. Physik 39, 499 (1926).
  8. Фриш С. Э. Оптические спектры атомов. — М.-Л.: Издательство физико-математической литературы, 1963. — С. 69—71. — 640 с.
  9. G. Breit and E. Teller, Astrophys. J. 91, 215 (1940).
  10. R.D.Knight. Lifetime of the Metastable 23S1 State in Stored Li+ Ions. — Ph.D.Thesis. Lawrence Berkeley Laboratory. — 1979. — 136 с.
  11. Это легко объяснимо из соображений симметрии. Как начальное, так и конечное состояние атома сферически симметричны и не имеют выделенного направления — оба электрона находятся в s-состоянии, и суммарный спиновый момент также нулевой. Излучение фотона с определённым импульсом требует нарушения этой симметрии.
  12. Государственный реестр открытий СССР. Яницкий И. Н. Научное открытие № 68 «Закономерность распределения концентрации гелия в земной коре»
  13. Мусиченко Н. И. Закономерности распределения гелия в земной коре и их значение при поисках геохимическими методами месторождений газа, нефти и радиоактивных элементов  : (Метод. рекомендации) / Н. И. Мусиченко, В. В. Иванов ; М-во геологии СССР. Всесоюз. науч.-исслед. ин-т ядерной геофизики и геохимии «ВНИИЯГГ». — Москва : , 1970. — 228 с., 1 л.

Как производят гелий из природного газа

Основным способом получения гелия является метод фракционной конденсации из природных гелийсодержащих газов, т.е. методом глубокого охлаждения. Причем используется его характерное свойство — наиболее низкая по сравнению с известными веществами температура кипения. Это позволяет конденсировать все сопутствующие гелию газы, прежде всего метан и азот. Процесс осуществляется обычно в две стадии:

  • выделение так называемого сырого гелия (концентрата, содержащего 70-90% He)
  • очистка с получением технически чистого гелия.

На рисунке ниже приведена одна из схем установки для добычи гелия из природного газа.

Схема установки для добычи гелия из природного газа

Газ сжимается до 25 атмосфер и под этим давлением поступает в установку. Очистка от углекислого газа (CO2) и частичная осушка газа производятся в скрубберах, которые орошаются раствором, содержащим:

  • 10-20% моноэтаноламина
  • 70-80% диэтиленгликоля
  • 5-10% воды

После скрубберов в газе остается 0,003-0,008% углекислоты CO2, а точка росы не превышает 5°С. Дальнейшая осушка осуществляется в адсорберах с силикагелем, где достигается температура точки росы -45°С.

Под давлением около 20 атмосфер чистый сухой газ поступает в предварительный теплообменник 1, где охлаждается до -28° С обратными газовыми потоками. При этом происходит конденсация тяжелых углеводородов, которые отделяются в сепараторе 2. В аммиачном холодильнике 3 газ охлаждается до -45°С, конденсат отделяется в сепараторе 4. В основном теплообменнике 5 температура газа снижается до -110°С, в результате чего конденсируется значительная часть метана. Паро-жидкостная смесь (около 20% жидкости) дросселируется до давления 12 атмосфер в первый противоточный конденсатор 6, на выходе из которого паро-газовая смесь обогащается гелием до 3%. Образовавшийся в трубках конденсат стекает в отпарную секцию, на тарелках которой из жидкости удаляется растворенный в ней гелий, присоединяющийся к паро-газовому потоку.

Жидкость дросселируется до 1,5 атмосфер в межтрубное пространство конденсатора, где служит хладагентом. Образовавшийся здесь пар выводится через теплообменники 5 и 1. Паро-газовая смесь, выходящая из конденсатора 6 и содержащая до 3% He, под давлением 12 атмосфер идет во второй противоточный конденсатор 7, состоящий из двух частей: в нижней части находится змеевиковый теплообменник, в трубках которого испаряется сдросселированная с 12 до 1,5 атмосфер кубовая жидкость, а в верхней части — прямотрубчатый теплообменник, в межтрубном пространстве которого кипит азот при температуре -203°С и давлении 0,4 атмосферы. В результате конденсации компонентов газовой смеси в нижней части аппарата 7 газ обогащается гелием до 30-50%, а в верхней части — до 90-92%.

Сырой гелий такого состава под давлением 11-12 атмосфер поступает в теплообменники, где нагревается и выводится из установки. Так как в природном газе содержатся небольшие примеси водорода, то в сыром гелии концентрация водорода увеличивается до 4-5%. Удаление водорода производят каталитическим гидрированием с последующей осушкой газа в адсорберах с силикагелем. Сырой гелий сжимается до 150- 200 атмосфер мембранным компрессором 8, охлаждается в теплообменнике 9 и поступает в прямоточный змеевиковый конденсатор 10, охлаждаемый азотом, кипящим под вакуумом. Конденсат (жидкий азот) собирается в сепараторе 11 и периодически выводится, а несконденсировавшийся газ, содержащий примерно 98% He идет в адсорбер 12 с активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Гелий, выходящий из адсорбера, содержит примесей менее 0,05% и поступает в баллоны 13 в качестве продукта.

Особенно богаты гелием природные газы в США, что определяет широкое применение гелия для TIG сварки в этой стране.

Свойства гелия-4

Жидкий гелий — бозе-жидкость, то есть жидкость, частицы которой являются бозонами.

Выше температуры 2,17 К гелий-4 ведёт себя как обычная криожидкость, то есть кипит, выделяя пузырьки газа. При достижении температуры 2,17 К (при давлении паров 0,005 МПа — так называемая λ-точка) жидкий 4Не претерпевает фазовый переход второго рода, сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоёмкости, вязкости, плотности и других. В жидком гелии при температуре ниже температуры перехода одновременно сосуществуют две фазы, Не I и Не II, с сильно различающимися свойствами. Состояние жидкости в фазе гелия-II в некоторой степени аналогично состоянию бозе-конденсата (однако, в отличие от конденсата атомов разреженного газа, взаимодействие между атомами гелия в жидкости достаточно сильно, поэтому теория бозе-конденсата неприменима впрямую к гелию-II).

Сверхтекучесть и сверхтеплопроводность

Фазовая диаграмма гелия-4

Фазовый переход в гелии хорошо заметен, он проявляется в том, что кипение прекращается, жидкость становится совершено прозрачной. Испарение гелия, конечно, продолжается, но оно идёт исключительно с поверхности. Различие в поведении объясняется необычайно высокой теплопроводностью сверхтекучей фазы (во много миллионов раз выше, чем у Не I). При этом вязкость нормальной фазы остаётся практически неизменной, что следует из измерений вязкости методом колеблющегося диска. С увеличением давления температура перехода смещается в область более низких температур. Линия разграничения этих фаз называется λ-линией.

Для He II характерна сверхтекучесть — способность протекать без трения через узкие (диаметром менее 100 нм) капилляры и щели. Относительное содержание He II растет с понижением температуры и достигает 100 % при абсолютном нуле температуры — с этим были связаны попытки получения сверхнизких температур путём пропускания жидкого гелия через очень тонкий капилляр, через который пройдет только сверхтекучая компонента. Однако за счёт того, что при близких к абсолютному нулю температурах теплоёмкость также стремится к нулю, добиться существенных результатов не удалось — за счёт неизбежного нагрева от стенок капилляра и излучения.

За счёт сверхтекучести и достигается аномально высокая теплопроводность жидкого гелия — теплопередача идёт не за счёт теплопроводности, а за счёт конвекции сверхтекучей компоненты в противоток нормальной, которая переносит тепло (сверхтекучая компонента не может переносить тепло). Это свойство открыто в 1938 году П. Л. Капицей.

Гелия в промежуточном состоянии между этими двумя в природе не существует: либо он при абсолютном нуле, либо он в другом состоянии, нормальном. Гелий в сверхтекучем состоянии не может давить на заслонку, и вообще сверхтекучая жидкость не может производить никакого давления, так как это жидкость, вязкость которой равняется нулю, — мы её динамическими методами обнаружить не можем. П. Л. Капица

Второй звук

Основная статья: Второй звук в жидком гелии

За счёт одновременного наличия двух фаз в жидком гелии, имеется две скорости звука и специфическое явление — так называемый «второй звук». Второй звук — слабозатухающие колебания температуры и энтропии в сверхтекучем гелии. Скорость распространения второго звука определяется из уравнений гидродинамики сверхтекучей жидкости в двухкомпонентной модели. Если пренебречь коэффициентом теплового расширения (который у гелия аномально мал), то в волне второго звука осциллируют только температура и энтропия, а плотность и давление остаются постоянными. Распространение второго звука не сопровождается переносом вещества.

Второй звук можно также интерпретировать как колебания концентрации квазичастиц в сверхтекучем гелии. В чистом 4He это колебания в системе ротонов и фононов.

Существование второго звука было предсказано теоретически Ландау; расчётное значение равнялось 25 м/с. Фактически измеренное значение составляет 19,6 м/с.

Свойства гелия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Общие сведения  
Название Гелий
Прежнее название
Латинское название Helium
Символ Нe
Номер в таблице 2
Тип Неметалл
Подтип Инертный газ
Открыт Норман Локьер, Англия, 1868 г., Пьер Жюль Сезар Жансен, Франция, 1868 г.
Внешний вид и пр. Инертный газ без цвета, запаха и вкуса
Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0,000073 %
Содержание в земной коре (по массе) 5,5×10-10 %
Содержание в морях и океанах (по массе) 7,2×10-10 %
Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 23 %
Содержание в Солнце (по массе) 23 %
Содержание в организме человека (по массе)
Свойства атома  
Атомная масса (молярная масса)* 4,002602(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 1s2
Радиус атома (вычисленный) 31 пм
Эмпирический радиус
Ковалентный радиус 28 пм
Радиус иона 93 пм
Радиус Ван-дер-Ваальса 140 пм
Химические свойства  
Степени окисления
Валентность
Электроотрицательность 4,5 (шкала Полинга)
Энергия ионизации (первый электрон) 2372,32 кДж/моль (24,58738880 (15) эВ)
Электродный потенциал
Физические свойства  
Плотность 1,785×10-4  г/см3(при  0 °C и нормальных условиях, состояние вещества – газ),

1,7846×10-4  г/см3 (при  20 °C и нормальных условиях, состояние вещества – газ),


0,13 г/см3 (при  –269 °C и нормальных условиях, состояние вещества – жидкость)

Температура плавления -272,20 °C (0,95 К, -457,96 °F) (при 2,5 МПа)
Температура кипения -268,928 °C (4,222 K, -452,070 °F)
Температура разложения
Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) 0,0138 кДж/моль
Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) 0,0829 кДж/моль
Удельная теплоемкость при постоянном давлении
Молярная теплоёмкость 20,78 Дж/(K·моль)
Молярный объём 31,81 см³/моль
Теплопроводность (при нормальных условиях) 0,1513 Вт/(м·К)
Теплопроводность (при 300 K) 0,152 Вт/(м·К)
Критическая температура -267,95 °C (5,1953 К, -450,31 °F)
Критическое давление*** 0,22746 МПа
Критическая плотность 0,0693 г/см3
Тройная точка -259,35 (13,8033 К), 7,041 кПа
Давление паров 1 мм.рт.ст. (при -271,9°C), 10 мм.рт.ст. (при -271,4°C), 100 мм.рт.ст. (при -270,5°C)
Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных
Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных
Стандартная энтальпия образования ΔH 0 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – газ)
Стандартная энергия Гиббса образования ΔG 0 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – газ)
Стандартная энтропия вещества S 126,04 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – газ)
Стандартная мольная теплоемкость Cp 20,79 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – газ)
Энтальпия диссоциации ΔHдисс 
Диэлектрическая проницаемость 1,000068 (при 0°C),

1,0555 (при -271,095°C)

Магнетизм диамагнитный материал
Магнитная восприимчивость −1,88 ·10−63/моль (при 298 K)
Электропроводность в твердой фазе  
Удельное электрическое сопротивление  
Сверхпроводимость при температуре  
Твёрдость по Моосу  
Твёрдость по Бринеллю  
Твёрдость по Виккерсу  
Скорость звука 1056 м/с (30 °C, состояние вещества – газ),

965 м/с (0 °C, состояние вещества – газ),

237,66 м/с (-272,165 °C, состояние среды – жидкость),

231,4 м/с (-271,39 °C, состояние вещества – жидкость),

221,7 м/с (-270,97 °C, состояние вещества – жидкость),

223,3 м/с (-270,65 °C, состояние вещества – жидкость),

179,8 м/с (-268,93 °C, состояние вещества – жидкость)

Поверхностное натяжение  
Динамическая вязкость газов и жидкостей 0,0188 мПа·с (при 0 °C), 0,0229 мПа·с (при 100 °C), 0,0269 мПа·с (при 200 °C), 0,0342 мПа·с (при 400 °C), 0,0407 мПа·с (при 600 °C)
Коэффициент теплового расширения  
Модуль Юнга  
Модуль сдвига  
Объемный модуль упругости  
Коэффициент Пуассона  
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a = 3,570 Å, c = 5,84 Å
Отношение c/a 1,633
Температура Дебая
Конденсат Бозе-Эйнштейна
Двумерные материалы

Примечание:

* Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов данного элемента в природе.

*** Критическое давление гелия согласно httpshttp://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=212 составляет 0,229 МПа.

Хранилища гелия

Земная кора более богата гелием, чем атмосфера и гидросфера. По оценкам, сделанным еще В. И. Вернадским, гелий столь же распространен в земной коре, как золото, теллур и платина, хотя, конечно, распространенность его на Земле значительно ниже, чем во Вселенной в целом. В. И. Вернадский не раз задавался вопросом: «Почему так мало гелия? Куда он девался?». Вскоре после открытия гелия начались его интенсивные поиски в горных породах. Именно в составе минералов и был впервые обнаружен земной гелий. Еще У

Рамзай обратил внимание на то, что все богатые ураном и торием минералы содержат и гелий. Но почему это так, в 1897 году объяснить не могли

Минералы вообще способны были удерживать многие газы, не только гелий. Содержание гелия в урановых минералах, в частности в 1 г торианита, достигает 10,5 см³. Это означает, что парциальное давление гелия внутри кристаллической решетки минерала могло составлять примерно 10 кгс/см². В 1 г знакомого нам клевеита содержится 0,8—3,5 см³ гелия. Когда была установлена генетическая связь гелия с радиоактивными веществами, присутствие его в содержащих уран и торий минералах стало понятным: гелий должен был постоянно образовываться в результате радиоактивного распада. Это обстоятельство показалось очень перспективным для определения абсолютного возраста горных пород. Но о проблемах геохронологии мы будем более подробно говорить в главе VII. Зесь же нас интересует другое: колебания содержания гелия в минералах были столь велики и, как оказалось, далеко не всегда пропорциональны возрасту минералов, что определяемый с помощью гелия возраст оказывался в десятки и даже в сотни раз заниженным или завышенным. Минералы не были самым надежным хранилищем гелия.

Но, пожалуй, самым интересным было то, что наряду с минералами, содержащими гелий, накопившийся в результате радиоактивного распада, нашлись и такие, где радиоактивный распад не происходил или же концентрация радиоактивных веществ была ничтожной, но гелий наблюдался в повышенном количестве. Впервые с этим явлением столкнулся в 1903 году английский ученый Р. Стретт, который систематически исследовал очень многие минералы на предмет содержания в них гелия. Особенно богаты гелием оказались бериллы. Но обнаруженный в них гелий никак не связывался с радиоактивностью элементов, входящих в их состав. Содержание гелия в бериллах из различных месторождений колебалось, но Р. Стретт установил, что, чем древнее минерал, тем больше в нем гелия. Возраст таких минералов, определенный по гелиевому методу, достигал десятков миллиардов лет и значительно превышал возраст самой Земли.

Объяснение этому явлению дал в 40-х годах текущего столетия советский ученый Э. К. Герлинг, который в результате специально поставленных экспериментов показал, что в расплавленных породах растворимость гелия, заметно возрастает. Таким образом, избыточный гелий, очевидно, не имеет никакого отношения к собственной радиоактивности минерала. Он попал в эти минералы еще в то время, когда на поверхности Земли господствовали достаточно высокие температуры и многие породы находились в расплавленном состоянии. Минералы, содержащие избыточный гелий, очевидно, представляют интерес не для определения возраста горных пород, а для получения сведений о тепловой истории Земли. Долгое время, во всяком случае до первой мировой войны, минералы служили единственным источником свободного гелия. При нагревании минералов до 1000 °С можно было заставить их расстаться с гелием, попавшим в поровое пространство. Однако таким способом удалось получить незначительное количество гелия: его хватило лишь для научных исследований.

Кстати, именно таким путем добыл гелий для своих ставших классическими опытов по обращению гелия в жидкое состояние голландский ученый X. Камерлинг-Оннес.


С этим читают