H
Li
2He4.003
Wikimedia Commons
У 1868 році астрономи побачили на Сонці невідому яскраво-жовту лінію. Так людство відкрило елемент за 150 мільйонів кілометрів від Землі — ще до того, як знайшло його під ногами. Назвали на честь грецького бога сонця Геліоса. Гелій — другий елемент таблиці Менделєєва, із лише двома протонами й двома електронами.
Гелій — другий після водню за поширеністю у Всесвіті: на нього припадає 23% усієї видимої матерії. Зірки виробляють його безперервно, зливаючи ядра водню. На Землі гелію мало — він утворюється при розпаді урану й торію глибоко під землею. Без нього не працювали б апарати МРТ, дайверські суміші та ракетні двигуни.
Сьогодні гелій — незамінний промисловий газ. Рідкий гелій охолоджує магніти МРТ-сканерів до -269 °C, і жоден інший хладагент цього не може. У зварюванні гелій захищає метал від окислення. Глибоководні дайвери дихають гелієвими сумішами, бо азот на глибині стає отруйним.
Проблема: запаси гелію на планеті обмежені й не відновлюються. Він надто легкий — випаровується в космос назавжди. Вчені шукають способи переробки, бо вже через 20-30 років може настати дефіцит.
2
Атомний номер
4.003u
Атомна маса
1s2
e-конфігурація
—
Електронег.
гелійщо таке гелійвластивості геліюде використовується гелійгелій елементрідкий гелій
Властивості
Фізичні властивості
1 K
-272°C
Температура плавлення
4 K
-269°C
Температура кипіння
0.00
g/cm³
Густина
—
Електронегативність
Атомна структура
Група
18
Період
1
Блок
S
Електронна конфігурація
1s2
Модель Бора
K=2
Додаткові властивості
Структура
Кристалічна структура
гексагональна щільноупакована (лише під тиском)
Магнітне впорядкування
діамагнітний
Фізичні властивості
Теплопровідність
0.1513W/(m·K)
Швидкість звуку
1007m/s
Питома теплоємність
5.193J/(g·K)
Теплота плавлення
0.0138kJ/mol
Теплота випаровування
0.0829kJ/mol
Спорідненість до електрона
0kJ/mol
Молярний об'єм
22.424cm³/mol
Атомні властивості
Атомний радіус
31pm
Ковалентний радіус
28pm
Радіус Ван-дер-Ваальса
140pm
Перша енергія іонізації
2372.3kJ/mol
Поширеність
Поширеність на Землі
0.00052%
Поширеність у Всесвіті
23%
Поширеність в океані
7.2e-10%
У тілі людини
0%
Загальні
Атомний номер2
Атомна маса4.0026u
Група18
Період1
БлокS
Стандартний станГаз
Фізичні властивості
Густина0.0001786g/cm³
Температура плавлення0.95 K (-272°C)
Температура кипіння4.22 K (-269°C)
Швидкість звуку1007m/s
Молярний об'єм22.424cm³/mol
Термічні властивості
Теплопровідність0.1513W/(m·K)
Питома теплоємність5.193J/(g·K)
Теплота плавлення0.0138kJ/mol
Теплота випаровування0.0829kJ/mol
Атомні властивості
Електронна конфігурація1s2
Атомний радіус31pm
Ковалентний радіус28pm
Радіус Ван-дер-Ваальса140pm
Електромагнітні
Перша енергія іонізації2372.3kJ/mol
Спорідненість до електрона0kJ/mol
Кристалічна структурагексагональна щільноупакована (лише під тиском)
Магнітне впорядкуваннядіамагнітний
Поширеність
Поширеність на Землі0.00052%
Поширеність у Всесвіті23%
Поширеність в океані7.2e-10%
У тілі людини0%
Цифри та порівняння
-268,9 °C
точка кипіння
Найнижча серед усіх речовин. Лише на 4 градуси вище абсолютного нуля
23%
Всесвіту
Майже чверть усієї видимої матерії — це гелій. Його виробляють зірки з водню
1 007 м/с
швидкість звуку
Звук у гелії летить утричі швидше, ніж у повітрі. Тому голос стає мультяшним
2 372 кДж
іонізація
Найвища перша енергія іонізації серед усіх елементів. Електрони тримаються дуже міцно
Застосування
🩺
Медицина: рідкий гелій охолоджує магніти МРТ-апаратів до -269 °C. Без нього сканери мозку й органів просто не працюватимуть
🔬
Дайвінг: на глибинах понад 40 метрів дайвери дихають гелієво-кисневою сумішшю, бо звичайний азот стає наркотичним
🔥
Зварювання: гелій захищає зону зварювання від окислення. Особливо важливий при роботі з алюмінієм і нержавіючою сталлю
🚀
Космос: гелієм продувають паливні баки ракет SpaceX та NASA. Інертний газ витісняє кисень і запобігає вибуху
🔬
Повітряні кулі та аеростати: гелій легший за повітря у 7 разів. Метеозонди з гелієм піднімаються на висоту 30-40 км
☢️
Ядерна енергетика: гелій використовують як теплоносій у реакторах нового покоління — він не стає радіоактивним
📱
Електроніка: надчистий гелій потрібен при виробництві оптоволокна та мікрочипів
🔬
Наука: Великий адронний колайдер у CERN охолоджується 120 тоннами рідкого гелію
Де знайти в побуті
Святкові кульки
Кульки з гелієм летять до стелі, бо гелій у 7 разів легший за повітря
МРТ у лікарні
Магніти апарата МРТ занурені в рідкий гелій при -269 °C. Без нього сканер не працюватиме
Мультяшний голос
Вдихнувши гелій з кульки, голос стає тонким і смішним — звук у гелії летить утричі швидше
Оптоволоконний інтернет
Оптоволокно для швидкого інтернету виготовляють у гелієвій атмосфері — вона захищає скло від домішок
Дайверське спорядження
Глибоководні дайвери дихають сумішшю гелію з киснем замість звичайного повітря
Безпека та попередження
Гелій нетоксичний і хімічно інертний — він ні з чим не реагує. Але це не означає, що він безпечний. Кілька глибоких вдихів чистого гелію витісняють кисень з легенів, і людина може знепритомніти за секунди. Вдихання прямо з балона особливо небезпечне: тиск може розірвати легені. Рідкий гелій (-269 °C) спричиняє миттєве обмороження. Балони під тиском 150-200 атмосфер потребують обережного поводження.
НебезпечноОбережно
Цікаві факти
Гелій відкрили на Сонці на 27 років раніше, ніж знайшли на Землі. У 1868 році його побачили у спектрі сонячної корони під час затемнення.
Гелій — єдина речовина, яка не замерзає при абсолютному нулі (0 K, -273 °C). Щоб він став твердим, потрібен тиск понад 25 атмосфер.
При -271 °C гелій стає надплинним: тече без тертя, просочується крізь найменші щілини й сам вилазить по стінках склянки.
Гелій у 7 разів легший за повітря. Літр гелію важить лише 0,18 грама — як порошинка на долоні.
NASA наповнює паливні баки ракет гелієм перед стартом. Він витісняє повітря і не реагує з пальним — бо хімічно інертний.
Запаси гелію на Землі не відновлюються. Він утікає в космос назавжди. Вчені прогнозують можливий дефіцит уже до 2050 року.