У гелия почетное второе место в рейтинге самых легких газов на Земле (на первом, кстати, водород). И ситуация с ним немного парадоксальная, ведь в пределах изученной Вселенной это один из самых распространенных инертных газов, а на нашей планете он считается довольно редким. Весь секрет в его происхождении. Образовался он в первые минуты после Большого взрыва, а в рамках современной Вселенной новый газ получается в результате термоядерного синтеза из водорода в недрах космических звезд.
Немного на «химическом» языке
Вернемся на Землю. Здесь гелий продуцируется в ходе альфа-распада тяжелых элементов глубоко под земной корой. Часть его просачивается сквозь все слои пород и захватывается природным газом. Поэтому основным «сырьем» для получения гелия, пригодного для дальнейшего использования, и являются природные гелийсодержащие газы. Его концентрация в их объеме может достигать 7 %.
Для извлечения используется метод глубокого охлаждения (низкотемпературного разделения), или так называемой фракционной перегонки. В настоящее время активные месторождения таких газов есть в России, Китае, США, Канаде, Катаре и в нескольких других странах. А еще гелий может содержаться в отдельных минералах, таких как торианит, клевеит, монацит. При их нагревании до 1000 градусов Цельсия можно выделить до 10 л из 1 кг.
Поворотный момент для науки: с чего все начиналось?
Знаковой отметкой на исторической шкале стал 1868 год, когда астрономы Пьер Жансен и Норман Локьер, причем независимо друг от друга, наблюдая за затмением, обнаружили непонятную желтую линию в спектре солнечной короны. Тогда ее нельзя было соотнести ни с одним известным элементом. Локьер закономерно предположил, что на Солнце присутствует какой-то новый элемент, и назвал его гелием (от helio — солнце с греческого, плюс окончание -ium). Кстати, он думал, что это металл, поэтому и взял такое окончание, характерное для названий металлов. Потом, в 1895 году, когда химик Уильям Рамзай выделил из радиоактивной природной руды газ с такой же желтой линией в спектре, это мнение было опровергнуто. Но название осталось. Поэтому гелий так отличается в этом плане от других инертных газов.
В итоге этот нетоксичный газ без запаха, цвета и вкуса попал в восемнадцатую группу в периодической таблице Менделеева (по современной классификации) и стал широко использоваться в науке, промышленности, медицине и других сферах. Вот только несколько приоритетных направлений:
- создание защитной и инертной атмосферы при сварочных работах;
- производство чистых металлов;
- охлаждение ядерных реакторов;
- перекачивание ракетного топлива;
- заполнение аэростатов и дирижаблей;
- производство лазеров;
- наполнение нейронных детекторов и метеорологических зондов;
- заправка аппаратов МРТ (в жидком состоянии);
- проведение кислородно-гелиевой терапии;
- использование в виде смеси при погружении с аквалангом.
Несколько интересных фактов напоследок
При стандартных значениях температуры и давления гелий показывает себя как идеальный газ. При этом его теплопроводность больше, чем у любого другого газа, кроме все того же водорода. Удельная теплоемкость тоже очень высокая. По скорости диффузии через твердые материалы он в три раза «быстрее» воздуха. При наличии возможности свободно увеличиваться в объеме нагревается. Зато жидкий гелий — самая холодная субстанция на всей планете, поэтому он является уникальным холодильным агентом в экспериментальной физике.
