text: Водоро́д (химический символ — H, от ) — химический элемент первого периода периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 1. Одноатомная форма водорода — самое распространённое химическое вещество во Вселенной, составляющее примерно 75 % всей барионной массы. Звёзды, кроме компактных, в основном состоят из водородной плазмы. Самый лёгкий из элементов периодической таблицы. Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1H — протий, 2H — дейтерий и 3H — тритий (радиоактивен). Ядро самого распространённого изотопа — протия — состоит из одного только протона и не содержит нейтронов. При стандартной температуре и давлении водород — бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный двухатомный газ (химическая формула — H2), который в смеси с воздухом или кислородом горюч и крайне пожаро- и взрывоопасен. В присутствии других окисляющих газов, например фтора или хлора, водород также взрывоопасен. Поскольку водород охотно формирует ковалентные связи с большинством неметаллов, большая часть водорода на Земле существует в молекулярных соединениях, таких как вода или органические вещества. Водород играет особенно важную роль в кислотно-основных реакциях. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине, ниобии. История открытия Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Впервые водород получил Парацельс, погружая железные опилки в серную кислоту в XVI веке. В 1671 году Роберт Бойль подробно описал реакцию между железными опилками и разбавленными кислотами, при которой выделяется газообразный водород. В 1766 году Генри Кавендиш был первым, кто признал газообразный водород индивидуальным элементом, назвав газ, выделяющийся при реакции металла с кислотой, «горючим воздухом». Он предположил, что «горючий воздух» идентичен гипотетическому веществу, называемому «флогистон», и в 1781 году обнаружил, что при его сгорании образуется вода. Прямо указывал на выделение водорода и Михаил Ломоносов, но он уже понимал, что это не флогистон. Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Жаном Мёнье, используя специальные газометры, в 1783 году осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Так он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен. Происхождение названия Лавуазье дал водороду название hydrogène (от — вода и — рождаю) — «рождающий воду». В 1801 году последователь Лавуазье, академик Василий Севергин, называл его «водотворное вещество», он писал: Водотворное вещество в соединении с кислотворным составляет воду. Сие можно доказать, как через разрешение, так и через составление. Русское наименование «водород» предложил химик Михаил Соловьёв в 1824 году — по аналогии с «кислородом» Ломоносова. Распространённость Во Вселенной В настоящее время водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 88,6 % всех атомов (около 11,3 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — порядка 0,1 %). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. Повсеместное возникновение атомарного водорода впервые произошло в эпоху рекомбинации. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре. Земная кора и живые организмы Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005 % по объёму для сухого воздуха). Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках, где по числу атомов на водород приходится почти 63 %. Получение В промышленности На 2019 год в мире потребляется 75 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака. Из них более 3/4 производится из природного газа, для чего расходуется более 205 млрд м3 газа. Почти все остальное получают из угля. Около 0,1 % (~100 тыс. тонн) вырабатывается электролизом. При производстве водорода в атмосферу поступает ~830 млн тонн CO2. Себестоимость водорода, полученного из природного газа, оценивается в 1,5-3 доллара за 1 кг. Конверсия метана с водяным паром при 1000 °C: CH4 + H2O <=> CO + 3H2 Пропускание паров воды над раскалённым коксом при температуре около 1000 °C: C + H2O <=> CO ^ + H2 ^ CO + H2O <=> CO2 ^ + H2 ^ В результате данного процесса получается "grey hydrogen", который невозможно применять в топливных элементах, так как примесь CO отравляет катализаторы. Дальше, при его очистке до 10-100 ppm CO, получают "blue hydrogen", но и он отравляет платиновый катализатор. Электролиз водных растворов солей: 2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + Cl2 ^ + H2 ^ "Green hydrogen" (особо чистый водород) получают электрохимическим способом. Электролизом водного раствора гидроксидов активных металлов (преимущественно гидроксида калия) при повышенных температуре и давлении на Ni-электродах. Это достаточно энергозатратный метод, который составляет лишь 4% от общего производства водорода. 2H2O ->[4e^{-}] 2H2 ^ + O2 ^ Кроме того, существует промышленная технология электролиза химически чистой воды, без применения каких-либо добавок. Фактически, устройство представляет собой обратимый топливный элемент с твёрдой полимерной мембраной или без мембраны http://kyivtoulouse.univ.kiev.ua/journal/index.php/fruajc/article/view/201 . Каталитическое окисление метана кислородом: 2CH4 + O2 <=> 2CO + 4H2 Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти. В лаборатории Взаимодействие разбавленных кислот с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную серную кислоту: Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^ Взаимодействие кальция с водой: Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 ^ Гидролиз ионных гидридов: NaH + H2O -> NaOH + H2 ^ CaH2 + 2H2O ->Ca(OH)2 + H2 ^ Действие щелочей на цинк или алюминий: 2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^ Zn + 2KOH + 2H2O -> K2[Zn(OH)4] + H2 ^ Электролиз водных растворов кислот, щелочей или некоторых солей на катоде происходит выделение водорода, например: 2H3O+ + 2e- -> 2H2O + H2 ^ Получение дейтероводорода Дейтероводород получают из тяжёлой воды, которую в настоящее время производят электролитическим обогащением обычной воды. 0,0156 % водорода находится в виде дейтерия. Перенапряжение выделения H2 несколько меньше по сравнению с D2 (хотя зависит от природы материала катода и состава раствора),тяжёлая вода накапливается в электролизере. Применяется каскад электролизёров. Другие способы получения дейтероводорода: термодиффузия газообразного водорода, диффузия смеси D2/H2 через палладиевый фильтр. Очистка В промышленности реализованы несколько способов очистки водорода из водородосодержащего сырья (так называемый водородсодержащий газ). Водородсодержащий газ (ВСГ) — это газ с высоким содержанием водорода (10 % и выше). Переход на сжигание водородсодержащих газов — один из способов снижения выбросов углекислого газа в атмосферу. Низкотемпературная конденсация: ВСГ охлаждают до температур конденсации метана и этана, после чего водород отделяют ректификацией. Процесс ведут при температуре −158 °C и давлении . Чистота очищенного водорода составляет 93—94 % при его концентрации в исходном ВСГ до 40 %. Адсорбционное выделение на цеолитах: настоящий метод на сегодняшний день наиболее распространён в мире. Метод достаточно гибок и может использоваться как для выделения водорода из ВСГ, так и для доочистки уже очищенного водорода. В первом случае процесс ведут при давлениях . Степень извлечения водорода составляет 80—85 % с чистотой 99 %. Во втором случае часто используют процесс «PSA» фирмы «Union Carbide». Он впервые был реализован в промышленности в 1978 году. На настоящий момент функционирует более 250 установок от 0,6 до 3,0 млн м3 Н2/сут. Образуется водород высокой чистоты — 99,99 %. Абсорбционное выделение жидкими растворителями: Этот метод применяется редко, хотя водород получается высокой чистоты — 99,9 %. Концентрирование водорода на мембранах: На лучших образцах метод позволяет получать водород чистотой 95—96 %, однако производительность таких установок невысока. Селективное поглощение водорода металлами: Метод основан на способности сплавов лантана с никелем, железа с титаном, циркония с никелем и других поглощать до 30 объёмов водорода. Стоимость Стоимость водорода при крупнооптовых поставках колеблется в диапазоне 2—7 USD/кг. В небольших количествах перевозится в стальных баллонах зелёного или тёмно-зелёного цвета. Физические свойства Водород — самый лёгкий газ: он легче воздуха в 14,5 раз. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные водородом, на воздухе стремятся вверх. Шары, наполненные водородом, также стремятся вверх. Водород использовался для воздухоплавания, но из-за взрывоопасности от водорода отказались в пользу гелия. Чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа, за счёт чего быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в 7 раз выше теплопроводности воздуха. Молекула водорода двухатомна — Н2. При нормальных условиях это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность (н. у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания , малорастворим в воде — при н.у. Растворимость водорода в воде возрастает с увеличением давления и снижается с увеличением температуры. Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H2 на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре. Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C ) и текучая (вязкость при −253 °C ). Критические параметры водорода: температура −240,2 °C, давление , критическая плотность и критический объём (). Указанными значениями критических параметров объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79 % пара-Н2, 0,21 % орто-Н2. Твёрдый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см3 (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексагональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки = и = . Металлический водород В 1935 году Уингер и Хантингтон высказали предположение о том, что при давлении свыше 250 тысяч атм водород может перейти в металлическое состояние. Получение этого вещества в устойчивом состоянии открывало очень заманчивые перспективы его применения — ведь это был бы сверхлёгкий металл, компонент лёгкого и энергоёмкого ракетного топлива. В 2014 году было установлено, что при давлении порядка водород начинает поглощать инфракрасное излучение, а это означает, что электронные оболочки молекул водорода поляризуются. Возможно, при ещё более высоких давлениях водород превратится в металл. В 2017 году появилось сообщение о возможном экспериментальном наблюдении перехода водорода в металлическое состояние под высоким давлением. Спиновые изомеры Молекулярный водород существует в двух спиновых формах (модификациях): ортоводород и параводород. Модификации немного различаются по физическим свойствам, оптическим спектрам, также по характеристикам рассеивания нейтронов. В молекуле ортоводорода (англ. ) (т. пл. т. кип. спины ядер параллельны, а у параводорода (англ. ) (т. пл. т. кип. — противоположны друг другу (антипараллельны). Равновесная смесь и при заданной температуре называется равновесным водородом (англ. ) , а смесь 75% орто-водорода и 25% пара-водорода называется нормальным водородом (англ. ). о-H2 ->п-H2 + 1418 кДж Разделить спиновые изомеры водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону параводорода, так как энергия пара-молекулы немного ниже энергии орто-молекулы. При соотношение модификаций приблизительно 1:1. Десорбированный с угля параводород при нагревании превращается в ортоводород с образованием равновесной смеси. При комнатной температуре равновесна смесь ортоводорода и параводорода в отношении около 75:25. Без катализатора взаимное превращение происходит относительно медленно, что даёт возможность изучить свойства обеих модификаций. В условиях разреженной межзвёздной среды характерное время перехода в равновесную смесь очень велико, вплоть до космологических. Изотопы Наиболее известны три изотопа водорода: протий 1H (атомное ядро — протон), дейтерий 2Н (ядро состоит из одного протона и одного нейтрона) и тритий 3Н (ядро состоит из одного протона и двух нейтронов). Эти изотопы имеют собственные химические символы: протий — H, дейтерий — D, тритий — T. Протий и дейтерий стабильны. Содержание этих изотопов в природном водороде составляет 99,9885 ± 0,0070 % и 0,0115 ± 0,0070 % соответственно. Оно может незначительно меняться в зависимости от источника и способа получения водорода. Тритий нестабилен, претерпевает бета-распад с периодом , превращаясь в стабильный гелий-3. Тритий встречается в природе в следовых количествах, образуясь главным образом при взаимодействии космических лучей со стабильными ядрами, при захвате дейтерием тепловых нейтронов и при взаимодействии природного изотопа лития-6 с нейтронами, порождёнными космическими лучами. Искусственно получены также тяжёлые радиоактивные изотопы водорода с массовыми числами 4—7 и периодами полураспада 10−21—10−23 с. Природный молекулярный водород состоит из молекул H2 и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание в нём молекул из чистого дейтерия D2 ещё меньше, отношение концентраций HD и D2 составляет примерно 6400:1. Из всех изотопов химических элементов физические свойства изотопов водорода отличаются друг от друга наиболее сильно. Это связано с наибольшим относительным изменением масс атомов. {| class="standard" !rowspan=2| !rowspan=2| Температура плавления,K !rowspan=2| Температура кипения,K !colspan=2| Тройная точка !colspan=2| Критическая точка !colspan=2| Плотность,кг/м3 |- ! T, K !! P, кПа ! T, K !! P, МПа ! жидкий !! газ |- ! H2 | 13,96 || 20,39 || 13,96 || 7,3 || 32,98 || 1,31 || 70,811 || 1,316 |- ! HD | 16,65 || 22,13 || 16,6 || 12,8 || 35,91 || 1,48 || 114,0 || 1,802 |- ! HT | || 22,92 || 17,63 || 17,7 || 37,13 || 1,57 || 158,62 || 2,31 |- ! D2 | 18,65 || 23,67 || 18,73 || 17,1 || 38,35 || 1,67 || 162,50 || 2,23 |- ! DT | || 24.38 || 19,71 || 19,4 || 39,42 || 1,77 || 211,54 || 2,694 |- ! T2 | 20,63 || 25,04 || 20,62 || 21,6 || 40,44 || 1,85 || 260,17 || 3,136 |} Молекулы чистых протия, дейтерия и трития могут существовать в двух аллотропных модификациях (отличающихся взаимной ориентацией спинов ядер) — орто- и параводород: o-D2, p-D2, o-T2, p-T2. Молекулы водорода с другим изотопным составом (HD, HT, DT) не имеют орто- и парамодификаций. Свойства изотопов Свойства изотопов водорода представлены в таблице. В круглых скобках приведено среднеквадратическое отклонение значения в единицах последнего разряда соответствующего числа. Свойства ядра 1H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ. Химические свойства Молекулы водорода достаточно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия: H2 -> 2H - 432 \text{кДж} Поэтому окислительная способность водорода проявляется в реакциях с активными металлами, как правило, при повышенных температуре и давлении. При обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например, с кальцием, образуя гидрид кальция: Ca + H2 -> CaH2 и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород: H2 + F2 -> 2HF С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например, при освещении: 2H2 + O2 -> 2H2O Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода. CuO + H2 -> Cu + H2O С галогенами образует галогеноводороды: H2 + F2 -> 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, H2 + Cl2 -> 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету. С сажей взаимодействует при сильном нагревании: C + 2H2 -> CH4 Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды: 2Na + H2 -> 2NaH Ca + H2 -> CaH2 Mg + H2 -> MgH2 Гидриды — солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2 ^ Взаимодействие с оксидами металлов Оксиды металлов (как правило, d-элементов) восстанавливаются до металлов: Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O WO3 + 3H2 -> W + 3H2O Гидрирование органических соединений Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы называют реакциями гидрирования. Эти реакции проводят в присутствии катализатора при повышенных давлении и температуре. Катализатор может быть как гомогенным (напр., Катализатор Уилкинсона), так и гетерогенным (напр., никель Ренея, палладий на угле). Так, в частности, при каталитическом гидрировании ненасыщенных соединений, таких как алкены и алкины, образуются насыщенные соединения — алканы. R - CH = CH - R' + H2 -> R - CH2 - CH2 - R' Геохимия водорода На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, планетами-гигантами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована: основная масса водорода, как и других летучих элементов, покинула планету во время аккреции или вскоре после неё. Однако точное содержание данного газа в составе геосфер нашей планеты (исключая земную кору) — астеносферы, мантии, ядра Земли — неизвестно. Свободный водород H2 относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах. Известно содержание водорода в составе вулканических газов, истечение некоторых количеств водорода вдоль разломов в зонах рифтогенеза, выделение этого газа в некоторых угольных месторождениях. В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и воды. В атмосфере молекулярный водород непрерывно образуется в результате разложения формальдегида, образующегося в цепочке окисления метана или другой органики, солнечным излучением (31—67 гигатонн/год), неполного сгорания различных топлив и биомасс (по 5—25 гигатонн/год), в процессе фиксации азота микроорганизмами из воздуха (3—22 гигатонн/год). Имея малую массу, молекулы водорода в составе воздуха обладают высокой тепловой скоростью (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут навсегда улететь в космическое пространство (см. Диссипация атмосфер планет). Объёмы потерь оцениваются в в секунду. Меры предосторожности Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21 %. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение. Считается, что взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4 % до 96 % объёмных. При смеси с воздухом от 4 % до 75 (74) % по объёму. Такие цифры фигурируют сейчас в большинстве справочников, и ими вполне можно пользоваться для ориентировочных оценок. Однако следует иметь в виду, что более поздние исследования (примерно конец 80-х) выявили, что водород в больших объёмах может быть взрывоопасен и при меньшей концентрации. Чем больше объём, тем меньшая концентрация водорода опасна. Источник этой широко растиражированной ошибки в том, что взрывоопасность исследовалась в лабораториях на малых объёмах. Поскольку реакция водорода с кислородом — это цепная химическая реакция, которая проходит по свободнорадикальному механизму, «гибель» свободных радикалов на стенках (или, скажем, поверхности пылинок) критична для продолжения цепочки. В случаях, когда возможно создание «пограничных» концентраций в больших объёмах (помещения, ангары, цеха), следует иметь в виду, что реально взрывоопасная концентрация может отличаться от 4 % как в большую, так и в меньшую стороны. Применение Водород сегодня применяется во многих областях. Структура мирового потребления водорода представлена в следующей таблице Химическая промышленность Химическая промышленность — это крупнейший потребитель водорода. Более 50 % мирового выпуска водорода идёт на производство аммиака. Ещё около 8 % используется для производства метанола. Из аммиака производят пластмассы, удобрения, взрывчатые вещества и прочее. Метанол является основой для производства некоторых пластмасс. Топливно-энергетический комплекс В нефтепереработке около 37 % мирового выпуска водорода используется в процессах гидрокрекинга и гидроочистки, способствуя увеличению глубины переработки сырой нефти и повышению качества конечных продуктов. Водород используют и в качестве ракетного топлива. Ввиду крайне узкого диапазона температур (менее 7 кельвинов), при котором водород остаётся жидкостью, на практике чаще используется смесь жидкой и твёрдой фаз. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Транспорт Водород используется в качестве топлива для серийно выпускаемых автомобилей на Водородных топливных элементах: Toyota Mirai, Hyundai Nexo. Американская компания представила линейку коммерческих автомобилей на водороде, а также пикап Nikola Badger с запасом хода 960 км Компания Alstom в 2018 году запустила в Германии первый коммерческий поезд на топливных элементах Coradia iLint, способный проходить 1000 км на одном резервуаре с водородом. Поезда совершают 100-километровые рейсы со скоростью до 140 километров в час. Электроэнергетика В электроэнергетике водород применяется для охлаждения мощных электрических генераторов. Пищевая и косметическая промышленность При производстве саломаса (твёрдый жир, производимый из растительных масел) используется около 2 % мирового выпуска водорода. Саломас является основой для производства маргарина, косметических средств, мыла. Водород зарегистрирован в качестве пищевой добавки под номером E949. Лабораторное Водород используется в химических лабораториях в качестве газа-носителя в газовой хроматографии. Такие лаборатории есть на многих предприятиях в пищевой, парфюмерной, металлургической и химической промышленности. Несмотря на горючесть водорода, его использование в такой роли считается достаточно безопасным, поскольку водород используется в незначительных количествах. Эффективность водорода как газа-носителя при этом лучше, чем у гелия, при существенно более низкой стоимости. Метеорология Водород используется в метеорологии для заполнения оболочек метеозондов. Водород в этом качестве имеет преимущество перед гелием, так как он дешевле. Ещё более существенно, что водород вырабатывается прямо на метеостанции с помощью простого химического генератора или с помощью электролиза воды. Гелий же должен доставляться на метеостанцию в баллонах, что может быть затруднительно для удалённых мест. Авиационная промышленность В настоящее время водород в авиации не используется. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XX в. произошло несколько катастроф, в ходе которых дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием, несмотря на его существенно более высокую стоимость. Прочее Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки. Высокая теплопроводность водорода используется для заполнения сфер гирокомпасов и стеклянных колб филаментных LED-лампочек. См. также Антиводород Примечания Комментарии Источники Литература Дигонский С. В., Тен В. В. Неизвестный водород. — СПб: Наука, 2006. ISBN 5-02-025114-3. Кузьменко Н. Е., Ерёмин В. В., Попков В. А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы: Учебное пособие для вузов. — М.: Издательство «Экзамен», 2005. Ссылки Hydrogen at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham) Восстановители Топливо Неметаллы Пищевые добавки Химические элементы Сигнальные молекулы газообразных веществ


source: wikipedia

text: Ге́лий (химический символ — He, ) — химический элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы, VIIIA) первого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2. Простое вещество, гелий — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. По распространённости во Вселенной и по лёгкости занимает второе место после водорода. Его температура кипения — самая низкая среди всех известных веществ. История открытия 18 августа 1868 года французский учёный Пьер Жансен, находясь во время полного солнечного затмения в индийском городе Гунтур, впервые исследовал хромосферу Солнца. Жансену удалось настроить спектроскоп таким образом, чтобы спектр короны Солнца можно было наблюдать не только при затмении, но и в обычные дни. На следующий же день спектроскопия солнечных протуберанцев наряду с линиями водорода — синей, зелёно-голубой и красной — выявила очень яркую жёлтую линию, первоначально принятую Жансеном и другими наблюдавшими её астрономами за линию D натрия. Жансен немедленно написал об этом во Французскую академию наук. Впоследствии было установлено, что ярко-жёлтая линия в солнечном спектре не совпадает с линией натрия и не принадлежит ни одному из ранее известных химических элементов. Спустя два месяца, 20 октября, английский астроном Норман Локьер, не зная о разработках французского коллеги, также провёл исследования солнечного спектра. Обнаружив неизвестную жёлтую линию с длиной волны (более точно — ), он обозначил её D3, так как она была очень близко расположена к фраунгоферовым линиям D1 () и D2 () натрия. Спустя два года Локьер совместно с английским химиком Эдуардом Франклендом, в сотрудничестве с которым он работал, предложил дать новому элементу название «гелий» (от — «солнце»). Интересно, что письма Жансена и Локьера пришли во Французскую Академию наук в один день — 24 октября 1868 года, однако письмо Локьера, написанное им четырьмя днями ранее, пришло на несколько часов раньше. На следующий день оба письма были зачитаны на заседании Академии. В честь нового метода исследования протуберанцев Французская академия решила отчеканить медаль. На одной стороне медали были выбиты портреты Жансена и Локьера над скрещёнными ветвями лавра, а на другой — изображение мифологического бога света Аполлона, правящего в колеснице четвёркой коней, скачущей во весь опор. В 1881 году итальянец Луиджи Пальмьери опубликовал сообщение об открытии им гелия в вулканических газах фумарол. Он исследовал светло-жёлтое маслянистое вещество, оседавшее из газовых струй на краях кратера Везувия. Пальмьери прокаливал этот вулканический продукт в пламени бунзеновской горелки и наблюдал спектр выделявшихся при этом газов. Учёные круги встретили это сообщение с недоверием, так как свой опыт Пальмьери описал неясно. Спустя многие годы в составе фумарольных газов действительно были найдены небольшие количества гелия и аргона. Через после своего первоначального открытия гелий был обнаружен на Земле — в 1895 году шотландский химик Уильям Рамзай, исследуя образец газа, полученного при разложении минерала клевеита, обнаружил в его спектре ту же ярко-жёлтую линию, найденную ранее в солнечном спектре. Образец был направлен для дополнительного исследования известному английскому учёному-спектроскописту Уильяму Круксу, который подтвердил, что наблюдаемая в спектре образца жёлтая линия совпадает с линией D3 гелия. 23 марта 1895 года Рамзай отправил сообщение об открытии им гелия на Земле в Лондонское королевское общество, а также во Французскую академию через известного химика Марселена Бертло. Шведские химики П. Клеве и Н. Ленгле смогли выделить из клевеита достаточно газа, чтобы установить атомный вес нового элемента. В 1896 году Генрих Кайзер, Зигберт Фридлендер, а в 1898 году Эдвард Бэли окончательно доказали присутствие гелия в атмосфере. Ещё до Рамзая гелий выделил также американский химик Фрэнсис Хиллебранд (), однако он ошибочно полагал, что получил азот, и в письме Рамзаю признал за ним приоритет открытия. Исследуя различные вещества и минералы, Рамзай обнаружил, что гелий в них сопутствует урану и торию. В 1906 году Э. Резерфорд и Т. Ройдс установили, что альфа-частицы радиоактивных элементов представляют собой ядра гелия. Эти исследования положили начало современной теории строения атома. В 1908 году нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес получил жидкий гелий. Он использовал дросселирование (см. Эффект Джоуля — Томсона), после того как газ был предварительно охлаждён в кипевшем под вакуумом жидком водороде. Попытки получить твёрдый гелий ещё долго оставались безуспешными даже при температуре в , которую достиг ученик Камерлинг-Оннеса — немецкий физик Виллем Хендрик Кеезом. В 1926 году, применив давление выше и охладив сжатый гелий в кипящем под разрежением жидком гелии, он выделил кристаллы. В 1932 году Кеезом исследовал характер изменения теплоёмкости жидкого гелия с температурой. Он обнаружил, что около медленный и плавный подъём теплоёмкости сменяется резким падением, и кривая теплоёмкости приобретает форму греческой буквы (лямбда). Отсюда температуре, при которой происходит скачок теплоёмкости, присвоено условное название «-точка». Более точное значение температуры в этой точке, установленное позднее, — . В -точке происходят глубокие и скачкообразные изменения фундаментальных свойств жидкого гелия — одна фаза жидкого гелия сменяется в этой точке на другую, причём без выделения скрытой теплоты; имеет место фазовый переход II рода. Выше температуры -точки существует так называемый гелий-I, а ниже её — гелий-II. В 1938 году советский физик Пётр Леонидович Капица открыл явление сверхтекучести жидкого гелия-II, которое заключается в резком снижении коэффициента вязкости, вследствие чего гелий течёт практически без трения. Вот что он писал в одном из своих докладов про открытие этого явления: Происхождение названия Название произошло от — «Солнце» (см. Гелиос). В названии элемента было использовано характерное для металлов окончание «-ий» (на лат. «-um» — «Helium»), так как Локьер предполагал, что открытый им элемент является металлом. По аналогии с другими благородными газами логично было бы дать ему имя «гелион» («Helion»). В современной науке название «гелион» закрепилось за ядром лёгкого изотопа гелия — гелия-3. Распространённость Во Вселенной Гелий занимает второе место по распространённости во Вселенной после водорода — около 23 % по массе. Однако на Земле этот элемент редок. Практически весь гелий Вселенной образовался в первые несколько минут после Большого взрыва, во время первичного нуклеосинтеза. В современной Вселенной почти весь новый гелий образуется в результате термоядерного синтеза из водорода в недрах звёзд (см. протон-протонный цикл, углеродно-азотный цикл). На Земле он образуется в результате альфа-распада тяжёлых элементов (альфа-частицы, излучаемые при альфа-распаде, — это ядра гелия-4). Часть гелия, возникшего при альфа-распаде и просачивающегося сквозь породы земной коры, захватывается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 7 % от объёма и выше. Земная кора В рамках восемнадцатой группы гелий по содержанию в земной коре занимает второе место (после аргона). Содержание гелия в атмосфере (образуется в результате распада тория, урана и их дочерних радионуклидов) — 5,27 % по объёму, 7,24 % по массе. Запасы гелия в атмосфере, литосфере и гидросфере оцениваются в . Гелионосные природные газы содержат, как правило, до 2 % гелия по объёму. Исключительно редко встречаются скопления газов, гелиеносность которых достигает 8—16 %. Среднее содержание гелия в земном веществе — , или . Наибольшая концентрация гелия наблюдается в минералах, содержащих уран, торий и самарий: клевеите, фергюсоните, самарските, гадолините, монаците (монацитовые пески в Индии и Бразилии), торианите. Содержание гелия в этих минералах составляет , а в торианите оно достигает . Этот гелий является радиогенным и содержит лишь изотоп , он образуется из альфа-частиц, излучаемых при альфа-распаде урана, тория и их дочерних радионуклидов, а также других природных альфа-активных элементов (самарий, гадолиний и т. д.). В 2016 году норвежские и британские ученые обнаружили залежи гелия в районе озера Виктория в Танзании. По примерным оценкам экспертов, объём запасов — 1,5 млрд кубических метров. Значительные запасы гелия содержатся в восточносибирских газовых месторождениях в России. Запасы гелия в Ковыктинском месторождении оцениваются в 2,3 млрд кубометров , в Чаяндинском месторождении — в 1,4 млрд кубометров. Мировой рынок гелия Гелий извлекают из природного и нефтяного газов; мировые запасы оцениваются в . Мировой рынок гелия — 170—190 млн м3/год Основная доля мирового производства гелия приходится на США и Катар; с 2015 года доля Соединенных Штатов в мировом производственном балансе снизилась с 67 % до примерно 56 % и продолжает сокращаться, Катар и Алжир занимают соответственно около 28 и 9 % рынка. Добыча в России Россия сама обеспечивает себя этим газом; внутренний спрос на 2020 год не превышал . До последнего времени практически весь гелий производился на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому имел высокую себестоимость. 9 июня 2021 года возле города Свободный Амурской области состоялся запуск крупнейшего в мире по производству гелия Амурского газоперерабатывающего завода мощностью 60 млн м3 гелия в год. Ресурсной базой для него служит газ Чаяндинского месторождения с содержанием гелия на порядок более высоким — что позволяет намного снизить его себестоимость. Россия с 2021 года планирует стать одним из крупнейших экспортеров гелия. С 2018 года Иркутская нефтяная компания ведет строительство двух гелиевых заводов в Иркутской области. Плановая мощность — 15-17 млн л гелия в год, запуск первого завода — 2022 год. Актуальной проблемой является дальнейшее освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири, отличающихся сходным с Чаяндинским высоким содержанием гелия (0,15—1 % об.). Стоимость В 2009 году цены частных компаний на газообразный гелий находились в пределах —. В 2019 году цена гелия существенно выросла и составляет 30-32 долл./м3 за газ чистотой 99,995 %. Производство гелия Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения — фракционной дистилляцией либо путём мембранного газоразделения. В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие более 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя то, что он сжижается труднее всех остальных газов. Охлаждение производят дросселированием в несколько стадий, очищая его от CO2 и углеводородов. В результате получается смесь гелия, неона и водорода. Эту смесь, так называемый сырой гелий (70—90 % гелия по объёму) очищают от водорода (4—5 %) с помощью CuO при . Окончательная очистка достигается охлаждением оставшейся смеси кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активированном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2. Производят гелий технической чистоты (99,80 % гелия по объёму) и высокой чистоты (99,985 %). Определение Качественно гелий определяют с помощью анализа спектров испускания (характеристические линии и ), количественно — масс-спектрометрическими и хроматографическими методами анализа, а также методами, основанными на измерении физических свойств (плотности, теплопроводности и др.). Физические свойства Гелий — практически инертный химический элемент. Простое вещество гелий нетоксично, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях представляет собой одноатомный газ. Его точка кипения ( для ) наименьшая среди всех веществ; твёрдый гелий получен лишь при давлениях выше — при атмосферном давлении он не переходит в твёрдую фазу даже при абсолютном нуле. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при нормальных условиях. Гелий 3Не и 4Не не имеют основной тройной точки (в которой равновесные фазы находятся в различных агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном) — в обоих случаях линии равновесия твёрдой фазы с жидкими (Не I и Не II) и жидких фаз с газообразной нигде не пересекаются: твёрдая фаза находится в равновесии только с жидкой. Другие вещества с такой особенностью неизвестны. Наличие на фазовой диаграмме гелия кривой сосуществования твёрдой и жидкой фаз и отсутствие на диаграмме кривой сосуществования твёрдой и газовой фаз означает, что твёрдый гелий может плавиться, но не может испаряться. Химические свойства Гелий — наименее химически активный элемент 18-й группы (инертные газы) и вообще всей таблицы Менделеева. Все химические соединения гелия (как и аргона, неона) существуют только в виде так называемых эксимерных молекул (крайне нестабильных), у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Гелий образует двухатомные молекулы He, фторид HeF, хлорид HeCl (эксимерные молекулы образуются при действии электрического разряда или ультрафиолетового излучения на смесь гелия с фтором или хлором). Также существует возможность связи атома гелия силами Ван-дер-Ваальса, например, с молекулой фуллерена или с атомом неона, однако в таких структурах другие атомы не влияют на электронную структуру атома гелия. В 2013 году вышла работа международного коллектива учёных под руководством Артёма Романовича Оганова о теоретической возможности существования соединения гелия с натрием состава Na2He при давлениях выше 113 ГПа (наиболее стабильная структура Na2He обнаружена при 300 ГПа, доказана механическую стабильность этого соединения до 500 ГПа), а так же на алмазных наковальнях на практике доказано существование данного соединения. Данное соединение представляет собой электрид, с локализованными в междоузлиях электронными парами, образующими восьмицентровые двухэлектронные связи внутри пустых кубов Na8. Также предсказано существование Na2HeO с аналогичной структурой при давлениях выше 15 ГПа. Известны и иные соединения гелия, все они стабильны при сверхвысоких давлениях — Li5He2, соединения гелия с азотом. Существуют теоретические работы, предсказывающие соединений гелия с железом (например FeHe2) в недрах планет-гигантов и белых карликов, а учёт устойчивости соединений гелия с кремнием (HeSiO2) при давлениях 600-4000 ГПа помогут создавать более сложные внутренние модели планет-гигантов. Энергия связи молекулярного иона гелия He составляет , равновесное межъядерное расстояние — . Свойства в газовой фазе При нормальных условиях гелий ведёт себя практически как идеальный газ. При всех условиях гелий является моноатомным веществом. При стандартных условиях (ст.у.: 0 °C, 105 Па) его плотность составляет , он обладает теплопроводностью , а его удельная теплоёмкость чрезвычайно высока: ; для сравнения — для Н2 она равна . Удельная теплоёмкость при постоянном объёме (ст.у.). Скорость звука в гелии равна (ст.у.). Таким образом, теплопроводность, удельная теплоёмкость, скорость звука и удельный объём (величина, обратная плотности) у гелия больше, чем у всех других газов, за исключением водорода. Гелий менее растворим в воде, чем любой другой известный газ. В воды при растворяется около ( при , при ), в этаноле — при и при . Скорость диффузии сквозь твёрдые материалы, которая в первом приближении обратно пропорциональна корню из молекулярной массы, у гелия в три раза выше, чем у воздуха, и составляет приблизительно 65 % от скорости диффузии водорода. Коэффициент преломления гелия ближе к единице, чем у любого другого газа при равных условиях. Например, для излучения с длиной волны (спектральная линия натрия D) показатель преломления (ст.у.) у гелия равен , у водорода , у азота . Этот газ имеет отрицательный коэффициент Джоуля — Томсона при нормальной температуре среды, то есть он нагревается при дросселировании через пористые перегородки или маленькие отверстия, но, как и все газы, охлаждается при любой температуре при адиабатическом расширении. Только ниже температуры инверсии Джоуля — Томсона (приблизительно при нормальном давлении) он остывает в процессе дросселирования. После охлаждения ниже этой температуры гелий может быть превращён в жидкость при расширительном охлаждении. Такое охлаждение производится при помощи детандера. Спектр нейтрального гелия При пропускании тока через заполненную гелием трубку наблюдаются разряды различных цветов, зависящих главным образом от давления газа в трубке. Обычно видимый свет спектра гелия имеет жёлтую окраску. По мере уменьшения давления происходит смена цветов на розовый, оранжевый, жёлтый, ярко-жёлтый, жёлто-зелёный и зелёный. Это связано с присутствием в спектре гелия нескольких серий линий, расположенных в диапазоне между инфракрасной и ультрафиолетовой частями спектра. Важнейшие линии гелия в видимой части спектра лежат между и . Уменьшение давления приводит к увеличению длины свободного пробега электрона, то есть к возрастанию его энергии при столкновении с атомами гелия. Это приводит к переводу атомов в возбуждённое состояние с бо́льшей энергией, в результате чего и происходит смещение спектральных линий от красного к фиолетовому краю видимого спектра. Хорошо изученный спектр гелия имеет два резко различных набора серий линий — единичных () и триплетных (), поэтому в конце XIX века Локьер, Рунге и Пашен предположили, что гелий состоит из смеси двух газов; один из них, по их предположению, имел в спектре жёлтую линию , другой — зелёную . Этот второй газ они предложили назвать астерием () от греч. «звёздный». Однако Рамзай и Траверс показали, что спектр гелия зависит от условий: при давлении газа наиболее ярка жёлтая линия; при уменьшении давления увеличивается интенсивность зелёной линии. Спектры атома гелия были объяснены Гейзенбергом в 1926 году (см. Обменное взаимодействие). . Линии парагелия — одиночные, линии ортогелия — весьма тесные триплеты. Атом гелия в нормальных условиях находится в одиночном (синглетном) состоянии. Чтобы атом гелия перевести в триплетное состояние, нужно затратить работу в . Переход атома гелия из триплетного состояния в синглетное сам по себе осуществляется чрезвычайно редко. Такое состояние, из которого переход в более глубокое сам по себе маловероятен, носит название метастабильного состояния. Вывести атом из метастабильного состояния в стабильное можно, подвергая атом внешнему воздействию, например, электронным ударом или при столкновении с другим атомом с передачей последнему непосредственно энергии возбуждения. В атоме парагелия (синглетного состояния гелия) спины электронов направлены противоположно и суммарный спиновый момент равен нулю. В триплетном состоянии (ортогелий) спины электронов сонаправлены, суммарный спиновый момент равен единице. Принцип Паули запрещает двум электронам находиться в состоянии с одинаковыми квантовыми числами, поэтому электроны в низшем энергетическом состоянии ортогелия, имея одинаковые спины, вынуждены иметь различные главные квантовые числа: один электрон находится на 1-орбитали, а второй — на более удалённой от ядра 2-орбитали (состояние оболочки 12). У парагелия оба электрона находятся в 1-состоянии (состояние оболочки 12). Спонтанный интеркомбинационный (то есть сопровождающийся изменением суммарного спина) переход с излучением фотона между орто- и парагелием чрезвычайно сильно подавлен, однако возможны безызлучательные переходы при взаимодействии с налетающим электроном или другим атомом. В бесстолкновительной среде (например, в межзвёздном газе) спонтанный переход из нижнего состояния ортогелия 2 в основное состояние парагелия 1 возможен путём излучения одновременно двух фотонов или в результате однофотонного магнитно-дипольного перехода В этих условиях расчётное время жизни атома ортогелия за счёт двухфотонного распада составляет , или . Первые теоретические оценки показывали, что время жизни за счёт магнитно-дипольного перехода на порядки больше, то есть что доминирует двухфотонный распад. Лишь через три десятилетия, после неожиданного открытия запрещённых триплетно-синглетных переходов некоторых подобных гелию ионов в спектрах солнечной короны, было обнаружено, что однофотонный магнитно-дипольный распад 2-состояния значительно более вероятен; время жизни при распаде по этому каналу составляет «всего» . Время жизни первого возбуждённого состояния атома парагелия 2 также крайне велико по атомным масштабам. Правила отбора для этого состояния запрещают однофотонный переход , а для двухфотонного распада время жизни составляет . Свойства конденсированных фаз В 1908 году Х. Камерлинг-Оннес впервые смог получить жидкий гелий. Твёрдый гелий удалось получить лишь под давлением при температуре около (В. Кеезом, 1926). Кеезом также открыл наличие фазового перехода гелия-4 при температуре ; он назвал фазы гелий-I и гелий-II (ниже ). В 1938 году П. Л. Капица обнаружил, что у гелия-II отсутствует вязкость (явление сверхтекучести). В гелии-3 сверхтекучесть возникает лишь при температурах ниже . Сверхтекучий гелий относится к классу так называемых квантовых жидкостей, макроскопическое поведение которых может быть описано только с помощью квантовой механики. В 2004 году появилось сообщение об открытии сверхтекучести твёрдого гелия (т. н. эффект суперсолид) при исследовании его в торсионном осцилляторе, однако многие исследователи сходятся во мнении, что обнаруженный в 2004 году эффект не имеет ничего общего со сверхтекучестью кристалла. В настоящее время продолжаются многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, целью которых является понимание истинной природы данного явления. Изотопы Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: (изотопная распространённость — 99,99986 %) и гораздо более редкого (0,00014 %; содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьироваться в довольно широких пределах). Известны ещё шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия. Транспортировка Для транспортировки газообразного гелия используются стальные баллоны (ГОСТ 949-73) коричневого цвета, помещаемые в специализированные контейнеры. Для перевозки можно использовать все виды транспорта при соблюдении соответствующих правил перевозки газов. Для перевозки жидкого гелия применяются специальные транспортные сосуды Дьюара типа СТГ-10, СТГ-25 и т. п. светло-серого цвета объёмом 10, 25, 40, 250 и , соответственно. При выполнении определённых правил транспортировки может использоваться железнодорожный, автомобильный и другие виды транспорта. Сосуды с жидким гелием обязательно должны храниться в вертикальном положении. Применение Гелий широко используется в промышленности и народном хозяйстве: в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов; в пищевой промышленности (зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939) как пропеллент и упаковочный газ; в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние); для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты) — при незначительной по сравнению с водородом потере в подъёмной силе гелий в силу негорючести абсолютно безопасен; в дыхательных смесях для глубоководного погружения (см. Баллон для дайвинга); для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов; для заполнения газоразрядных трубок; в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов; в качестве носителя в газовой хроматографии; для поиска утечек в трубопроводах и котлах (см. Гелиевый течеискатель); как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах; в качестве наполнителя в некоторых современных моделях накопителей на жёстких магнитных дисках; для наполнения колб филаментных светодиодных ламп, что позволяет эффективно отводить тепло от светодиодных нитей. Кроме того, нуклид используется как рабочее вещество газовых нейтронных детекторов, в том числе позиционно-чувствительных, в технике нейтронного рассеяния в качестве поляризатора. Гелий-3 является также перспективным топливом для термоядерной энергетики. Растворение гелия-3 в гелии-4 используется для получения сверхнизких температур. В геологии Гелий — удобный индикатор для геологов. При помощи гелиевой съёмки можно определять на поверхности Земли расположение глубинных разломов. Гелий как продукт распада радиоактивных элементов, насыщающих верхний слой земной коры, просачивается по трещинам, поднимается в атмосферу. Около таких трещин и особенно в местах их пересечения концентрация гелия более высокая. Это явление было впервые установлено советским геофизиком И. Н. Яницким во время поисков урановых руд. Эта закономерность используется для исследования глубинного строения Земли и поиска руд цветных и редких металлов. Также гелий может использоваться для выявления геотермальных источников. Согласно опубликованным исследованиям, концентрации гелия в почвенном газе над геотермальными источниками превышает фоновые значения в 20—200 раз. Повышенные концентрации гелия в почвенном газе могут указывать на наличие залежей урана Военное применение Первая мировая война — заправка военных дирижаблей в США и Германии. 1930-е — 1960-е годы — ошибочно считалось, что выделения гелия можно применять для поиска урановых руд. Против этого ещё в 1911 году выступала М. Склодовская-Кюри. С 1950-х годов — продувка топливных баков жидкостных ракет. В астрономии В честь гелия назван астероид (895) Гелио, открытый в 1918 году. Биологическая роль Гелий, насколько это известно, не несёт какой-либо биологической функции. Физиологическое действие Хотя инертные газы обладают наркозным действием, это воздействие у гелия и неона при атмосферном давлении не проявляется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД). Содержание гелия в высоких концентрациях (более 80 %) во вдыхаемой смеси может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии (в результате кислородного голодания и газовой эмболии). Аналогичный эффект часто оказывает единоразовый вдох чистого гелия, например, из шарика с гелием. Как и при вдыхании других инертных газов, ввиду отсутствия вкуса и запаха часто происходит неожиданная потеря сознания при вдохе больших концентраций. При вдыхании гелия тембр голоса становится тонким, похожим на кряканье утки. Более высокая, чем в воздухе, скорость звука в гелии при прочих равных условиях (например, температуре) увеличивает значение частоты резонанса голосового тракта (как ёмкости, наполненной газом). Риски для здоровья Вдыхание гелия может быть опасно для здоровья в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород, однако гелиокс и тримикс (кислород, азот, гелий) считаются относительно безопасными дыхательными смесями. См. также Изотопы гелия: гелий-2 (дипротон), гелий-3, гелий-4. Агрегатные состояния: жидкий гелий, твёрдый гелий. Гелиеметрия — наука, изучающая прохождение гелия через различные среды. Гелиевая съёмка — один из методов геохимических геологоразведочных работ. Эффект Померанчука — аномальный характер плавления (или затвердевания) лёгкого изотопа гелия . Примечания Литература Ссылки . . . . Неметаллы Пищевые добавки Благородные газы