Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov<< Vodorod | Oglavlenie | Litii >>
Gelii
Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002
Gelii - podlinno blagorodnyi gaz. Zastavit' ego vstupit' v kakie-libo reakcii poka ne udalos'. Molekula geliya odnoatomna.
Po legkosti etot gaz ustupaet tol'ko vodorodu, vozduh v 7,25 raza tyazhelee geliya.
Gelii pochti nerastvorim v vode i drugih zhidkostyah. I tochno tak zhe v zhidkom gelii zametno ne rastvoryaetsya ni odno veshestvo.
Tverdyi gelii nel'zya poluchit' ni pri kakih temperaturah, esli ne povyshat' davlenie.
V istorii otkrytiya, issledovaniya i primeneniya etogo elementa vstrechayutsya imena mnogih krupnyh fizikov i himikov raznyh stran. Geliem interesovalis', s geliem rabotali: Zhansen (Franciya), Lok'er, Ramzai, Kruks, Rezerford (Angliya), Pal'mieri (Italiya), Keezom, Kamerling-Onnes (Gollandiya), Feinman, Onsager (SShA), Kapica, Kikoin, Landau (Sovetskii Soyuz) i mnogie drugie krupnye uchenye.
Nepovtorimost' oblika atoma geliya opredelyaetsya sochetaniem v nem dvuh udivitel'nyh prirodnyh konstrukcii - absolyutnyh chempionov po kompaktnosti i prochnosti. V yadre geliya, geliya-4, nasysheny obe vnutriyadernye obolochki - i protonnaya, i neitronnaya. Elektronnyi dublet, obramlyayushii eto yadro, tozhe nasyshennyi. V etih konstrukciyah - klyuch k ponimaniyu svoistv geliya. Otsyuda proistekayut i ego fenomenal'naya himicheskaya inertnost' i rekordno malye razmery ego atoma.
Ogromna rol' yadra atoma geliya - al'fa chasticy v istorii stanovleniya i razvitiya yadernoi fiziki. Esli pomnite, imenno izuchenie rasseyaniya al'fa chastic privelo Rezerforda k otkrytiyu atomnogo yadra. Pri bombardirovke azota al'fa chasticami bylo vpervye osushestvleno vzaimoprevrashenie elementov - to, o chem vekami mechtali mnogie pokoleniya alhimikov. Pravda, v etoi reakcii ne rtut' prevratilas' v zoloto, a azot v kislorod, no eto sdelat' pochti tak zhe trudno. Te zhe al'fa chasticy okazalis' prichastny k otkrytiyu neitrona i polucheniyu pervogo iskusstvennogo izotopa. Pozzhe s pomosh'yu al'fa chastic byli sintezirovany kyurii, berklii, kalifornii, mendelevii.
My perechislili eti fakty lish' s odnoi cel'yu - pokazat', chto element N 2 - element ves'ma neobychnyi.
Zemnoi gelii
Gelii - element neobychnyi, i istoriya ego neobychna. On byl otkryt v atmosfere Solnca na 13 let ran'she, chem na Zemle. Tochnee govorya, v spektre solnechnoi korony byla otkryta yarko-zheltaya liniya D, a chto za nei skryvalos', stalo dostoverno izvestno lish' posle togo, kak gelii izvlekli iz zemnyh mineralov, soderzhashih radioaktivnye elementy.
Gelii na Solnce otkryli francuz Zh. Zhansen, provodivshii svoi nablyudeniya v Indii 19 avgusta 1868 g., i anglichanin Dzh.H. Lok'er - 20 oktyabrya togo zhe goda. Pis'ma oboih uchenyh prishli v Parizh v odin den' i byli zachitany na zasedanii Parizhskoi Akademii nauk 26 oktyabrya s intervalom v neskol'ko minut. Akademiki, porazhennye stol' strannym sovpadeniem, prinyali postanovlenie vybit' v chest' etogo sobytiya zolotuyu medal'.
V 1881 g. ob otkrytii geliya v vulkanicheskih gazah soobshil ital'yanskii uchenyi Pal'mieri. Odnako ego soobshenie, vposledstvii podtverzhdennoe, malo kto iz uchenyh prinyal vser'ez. Vtorichno zemnoi gelii byl otkryt Ramzaem v 1895 g.
V zemnoi kore naschityvaetsya 29 izotopov, pri radioaktivnom raspade kotoryh obrazuyutsya al'fa chasticy - vysokoaktivnye, obladayushie bol'shoi energiei yadra atomov geliya.
V osnovnom zemnoi gelii obrazuetsya pri radioaktivnom raspade urana-238, urana-235, toriya i nestabil'nyh produktov ih raspada. Nesravnimo men'shie kolichestva geliya daet medlennyi raspad samariya-147 i vismuta. Vse eti elementy porozhdayut tol'ko tyazhelyi izotop geliya - 4Ne, ch'i atomy mozhno rassmatrivat' kak ostanki al'fa chastic, zahoronennye v obolochke iz dvuh sparennyh elektronov - v elektronnom dublete. V rannie geologicheskie periody, veroyatno, sushestvovali i drugie, uzhe ischeznuvshie s lica Zemli estestvenno radioaktivnye ryady elementov, nasyshavshie planetu geliem. Odnim iz nih byl nyne iskusstvenno vossozdannyi neptunievyi ryad.
Po kolichestvu geliya, zamknutogo v gornoi porode ili minerale, mozhno sudit' ob ih absolyutnom vozraste. V osnove etih izmerenii lezhat zakony radioaktivnogo raspada: tak, polovina urana-238 za 4,52 mlrd let prevrashaetsya v gelii i svinec.
Gelii v zemnoi kore nakaplivaetsya medlenno. Odna tonna granita, soderzhashaya 2 g urana i 10 g toriya, za million let produciruet vsego 0,09 mg geliya - polovinu kubicheskogo santimetra. V ochen' nemnogih bogatyh uranom i toriem mineralah soderzhanie geliya dovol'no veliko - neskol'ko kubicheskih santimetrov geliya na gramm. Odnako dolya etih mineralov v estestvennom proizvodstve geliya blizka k nulyu, tak kak oni ochen' redki.
Prirodnye soedineniya, v sostave kotoryh est' al'fa aktivnye izotopy, - eto tol'ko pervoistochnik, no ne syr'e dlya promyshlennogo polucheniya geliya. Pravda, nekotorye mineraly, obladayushie plotnoi strukturoi - samorodnye metally, magnetit, granat, apatit, cirkon i drugie, - prochno uderzhivayut zaklyuchennyi v nih gelii. Odnako bol'shinstvo mineralov s techeniem vremeni podvergayutsya processam vyvetrivaniya, perekristallizacii i t.d., i gelii iz nih uhodit.
Vysvobodivshiesya iz kristallicheskih struktur gelievye puzyr'ki otpravlyayutsya v puteshestvie po zemnoi kore. Ochen' neznachitel'naya chast' ih rastvoryaetsya v podzemnyh vodah. Dlya obrazovaniya bolee ili menee koncentrirovannyh rastvorov geliya nuzhny osobye usloviya, prezhde vsego bol'shie davleniya. Drugaya chast' kochuyushego geliya cherez pory i treshiny mineralov vyhodit v atmosferu. Ostal'nye molekuly gaza popadayut v podzemnye lovushki, v kotoryh skaplivayutsya v techenie desyatkov, soten millionov let. Lovushkami sluzhat plasty ryhlyh porod, pustoty kotoryh zapolnyayutsya gazom. Lozhem dlya takih gazovyh kollektorov obychno sluzhat voda i neft', a sverhu ih perekryvayut gazonepronicaemye tolshi plotnyh porod.
Tak kak v zemnoi kore stranstvuyut i drugie gazy (glavnym obrazom metan, azot, uglekislota), i pritom v gorazdo bol'shih kolichestvah, to chisto gelievyh skoplenii ne sushestvuet. Gelii v prirodnyh gazah prisutstvuet kak neznachitel'naya primes'. Soderzhanie ego ne prevyshaet tysyachnyh, sotyh, redko - desyatyh dolei procenta. Bol'shaya (1,5...10%) gelienosnost' metano-azotnyh mestorozhdenii - yavlenie kraine redkoe.
Prirodnye gazy okazalis' prakticheski edinstvennym istochnikom syr'ya dlya promyshlennogo polucheniya geliya. Dlya otdeleniya ot prochih gazov ispol'zuyut isklyuchitel'nuyu letuchest' geliya, svyazannuyu s ego nizkoi temperaturoi szhizheniya. Posle togo kak vse prochie komponenty prirodnogo gaza skondensiruyutsya pri glubokom ohlazhdenii, gazoobraznyi gelii otkachivayut. Zatem ego ochishayut ot primesei. Chistota zavodskogo geliya dostigaet 99,995%.
Zapasy geliya na Zemle ocenivayutsya v 5.1014 m3; sudya zhe po vychisleniyam, ego obrazovalos' v zemnoi kore za 2 mlrd let v desyatki raz bol'she. Takoe rashozhdenie teorii s praktikoi vpolne ob'yasnimo. Gelii - legkii gaz i, podobno vodorodu (hotya i medlennee), ne uletuchivaetsya iz atmosfery v mirovoe prostranstvo. Veroyatno, za vremya sushestvovaniya Zemli gelii nashei planety neodnokratno obnovlyalsya - staryi uletuchivalsya v kosmos, a vmesto nego v atmosferu postupal svezhii - "vydyhaemyi" Zemlei.
V litosfere geliya po men'shei mere v 200 tys. raz bol'she, chem v atmosfere; eshe bol'she potencial'nogo geliya hranitsya v "utrobe" Zemli - v al'fa aktivnyh elementah. No obshee soderzhanie etogo elementa v Zemle i atmosfere neveliko. Gelii - redkii i rasseyannyi gaz. Na 1 kg zemnogo materiala prihoditsya vsego 0,003 mg geliya, a soderzhanie ego v vozduhe - 0,00052 ob'emnogo procenta. Stol' malaya koncentraciya ne pozvolyaet poka ekonomichno izvlekat' gelii iz vozduha.
Gelii vo Vselennoi
Nedra i atmosfera nashei planety bedny geliem. No eto ne znachit, chto ego malo povsyudu vo Vselennoi. Po sovremennym podschetam 76% kosmicheskoi massy prihoditsya na vodorod i 23% na gelii; na vse prochie elementy ostaetsya tol'ko 1%! Takim obrazom, mirovuyu materiyu mozhno nazvat' vodorodno-gelievoi. Eti dva elementa glavenstvuyut v zvezdah, planetarnyh tumannostyah i mezhzvezdnom gaze.
Ris. 1. Krivye rasprostranennosti elementov na Zemle (vverhu) i v kosmose.
"Kosmicheskaya" krivaya otrazhaet isklyuchitel'nuyu rol' vodoroda i geliya v mirozdanii i osoboe znachenie gelievoi gruppirovki v stroenii atomnogo yadra. Naibol'shuyu otnositel'nuyu rasprostranennost' imeyut te elementy i te ih izotopy, massovoe chislo kotoryh delitsya na chetyre: 16O, 20Ne, 24Mg i t.d.
Veroyatno, vse planety solnechnoi sistemy soderzhat radiogennyi (obrazovavshiisya pri al'fa raspade) gelii, a krupnye - i reliktovyi gelii iz kosmosa. Gelii obil'no predstavlen v atmosfere Yupitera: po odnim dannym ego tam 33%, po drugim - 17%. Eto otkrytie leglo v osnovu syuzheta odnogo iz rasskazov izvestnogo uchenogo i pisatelya-fantasta A. Azimova. V centre povestvovaniya - plan (vozmozhno, osushestvimyi v budushem) dostavki geliya s Yupitera, a to i zabroski na blizhaishii sputnik etoi planety - Yupiter V - armady kiberneticheskih mashin na kriotronah (o nih - nizhe). Pogruzivshis' v zhidkii gelii atmosfery Yupitera (sverhnizkie temperatury i sverhprovodimost' - neobhodimye usloviya dlya raboty kriotronov), eti mashiny prevratyat Yupiter V v mozgovoi centr solnechnoi sistemy...
Proishozhdenie zvezdnogo geliya bylo ob'yasneno v 1938 g. nemeckimi fizikami Bete i Veiczekerom. Pozzhe ih teoriya poluchila eksperimental'noe podtverzhdenie i utochnenie s pomosh'yu uskoritelei elementarnyh chastic. Sut' ee v sleduyushem.
Yadra geliya sinteziruyutsya pri zvezdnyh temperaturah iz protonov v rezul'tate termoyadernyh processov, vysvobozhdayushih 175 mln kilovatt-chasov energii na kazhdyi kilogramm geliya.
Raznye cikly reakcii mogut privesti k sintezu geliya.
V usloviyah ne ochen' goryachih zvezd, takih, kak nashe Solnce, preobladaet, po-vidimomu, protonno-protonnyi cikl. On skladyvaetsya iz treh posledovatel'no smenyayushihsya prevrashenii. Vnachale soedinyayutsya na ogromnyh skorostyah dva protona s obrazovaniem deitrona - konstrukcii iz protona i neitrona; pri etom otdelyayutsya pozitrop i neitrino. Dalee soedinyayutsya deitron s protonom v legkii gelii s ispuskaniem gamma kvanta. Nakonec, reagiruyut dva yadra 3Ne, preobrazuyas' v al'fa chasticu i dva protona. Al'fa-chastica, obzavedyas' dvumya elektronami, stanet potom atomom geliya.
Tot zhe konechnyi rezul'tat daet bolee bystryi uglerodno-azotnyi cikl, znachenie kotorogo v usloviyah Solnca ne ochen' veliko, no na bolee goryachih, chem Solnce, zvezdah rol' etogo cikla usilivaetsya. On skladyvaetsya iz shesti stupenei - reakcii. Uglerod igraet zdes' rol' katalizatora processa sliyaniya protonov. Energiya, vydelyaemaya v hode etih prevrashenii, takaya zhe, kak i pri protonno-protonnom cikle - 26,7 MeV na odin atom geliya.
Reakciya sinteza geliya - osnova energeticheskoi deyatel'nosti zvezd, ih svecheniya. Sledovatel'no, sintez geliya mozhno schitat' praotcom vseh reakcii v prirode, pervoprichinoi zhizni, sveta, tepla i meteorologicheskih yavlenii na Zemle.
Gelii ne vsegda byvaet konechnym produktom zvezdnyh sintezov. Po teorii professora D.A. Frank-Kameneckogo, pri posledovatel'nom sliyanii yader geliya obrazuyutsya 3Be, 12C, 16O, 20Ne, 24Mg, a zahvat etimi yadrami protonov privodit k vozniknoveniyu drugih yader. Dlya sinteza yader tyazhelyh elementov vplot' do transuranovyh trebuyutsya isklyuchitel'nye sverhvysokie temperatury, kotorye razvivayutsya na neustoichivyh "novyh" i "sverhnovyh" zvezdah.
Izvestnyi sovetskii himik A.F. Kapustinskii nazyval vodorod i gelii protoelementami - elementami pervichnoi materii. Ne v etoi li pervichnosti skryto ob'yasnenie osobogo polozheniya vodoroda i geliya v periodicheskoi sisteme elementov, v chastnosti togo fakta, chto pervyi period po sushestvu lishen periodichnosti, harakternoi dlya prochih periodov?
Samyi, samyi...
Atom geliya (on zhe molekula) - prochneishaya iz molekulyarnyh konstrukcii. Orbity dvuh ego elektronov sovershenno odinakovy i prohodyat predel'no blizko ot yadra. Chtoby ogolit' yadro geliya, nuzhno zatratit' rekordno bol'shuyu energiyu - 78,61 MeV. Otsyuda - fenomenal'naya himicheskaya passivnost' geliya.
Za poslednie 15 let himikam udalos' poluchit' bolee 150 himicheskih soedinenii tyazhelyh blagorodnyh gazov (o soedineniyah tyazhelyh blagorodnyh gazov budet rasskazano v stat'yah "Kripton" i "Ksenon"). Odnako inertnost' geliya ostaetsya, kak i prezhde, vne podozrenii.
Vychisleniya pokazyvayut, chto esli by i byl naiden put' polucheniya, skazhem ftorida ili okisla geliya, to pri obrazovanii oni poglotili by tak mnogo energii, chto poluchivshiesya molekuly byli by "vzorvany" etoi energiei iznutri.
Molekuly geliya nepolyarny. Sily mezhmolekulyarnogo vzaimodeistviya mezhdu nimi kraine neveliki - men'she, chem v lyubom drugom veshestve. Otsyuda - samye nizkie znacheniya kriticheskih velichin, nainizshaya temperatura kipeniya, naimen'shie teploty ispareniya i plavleniya. Chto kasaetsya temperatury plavleniya geliya, to pri normal'nom davlenii ee voobshe net. Zhidkii gelii pri skol' ugodno blizkoi k absolyutnomu nulyu temperature ne zatverdevaet, esli, pomimo temperatury, na nego no deistvuet davlenie v 25 ili bol'she atmosfer. Vtorogo takogo veshestva v prirode net.
Net takzhe drugogo gaza, stol' nichtozhno rastvorimogo v zhidkostyah, osobenno polyarnyh, i tak malo sklonnogo k adsorbcii, kak gelii. Eto nailuchshii sredi gazov provodnik elektrichestva i vtoroi, posle vodoroda, provodnik tepla. Ego teploemkost' ochen' velika, a vyazkost' mala.
Porazitel'no bystro pronikaet gelii skvoz' tonkie peregorodki iz nekotoryh organicheskih polimerov, farfora, kvarcevogo i borosilikatnogo stekla. Lyubopytno, chto skvoz' myagkoe steklo gelii diffundiruet v 100 raz medlennee, chem skvoz' borosilikatnoe. Gelii mozhet pronikat' i cherez mnogie metally. Polnost'yu nepronicaemy dlya nego lish' zhelezo i metally platinovoi gruppy, dazhe raskalennye.
Na principe izbiratel'noi pronicaemosti osnovan novyi metod izvlecheniya chistogo geliya iz prirodnogo gaza.
Isklyuchitel'nyi interes proyavlyayut uchenye k zhidkomu geliyu. Vo-pervyh, eto samaya holodnaya zhidkost', v kotoroi k tomu zhe ne rastvoryaetsya zametno ni odno veshestvo. Vo-vtoryh, eto samaya legkaya iz zhidkostei s minimal'noi velichinoi poverhnostnogo natyazheniya.
Pri temperature 2,172oK proishodit skachkoobraznoe izmenenie svoistv zhidkogo geliya. Obrazuyushayasya raznovidnost' uslovno nazvana geliem II. Gelii II kipit sovsem ne tak, kak prochie zhidkosti, on ne burlit pri kipenii, poverhnost' ego ostaetsya sovershenno spokoinoi. Gelii II provodit teplo v 300 mln raz luchshe, chem obychnyi zhidkii gelii (gelii I). Vyazkost' geliya II prakticheski ravna nulyu, ona v tysyachu raz men'she vyazkosti zhidkogo vodoroda. Poetomu gelii II obladaet sverhtekuchest'yu - sposobnost'yu vytekat' bez treniya cherez kapillyary skol' ugodno malogo diametra.
Drugoi stabil'nyi izotop geliya 3Ne perehodit v sverhtekuchee sostoyanie pri temperature, otstoyashei ot absolyutnogo pulya vsego na sotye doli gradusov. Sverhtekuchie gelii-4 i gelii-3 nazyvayut kvantovymi zhidkostyami: v nih proyavlyayutsya kvantovo-mehanicheskie effekty eshe do ih otverdevaniya. Etim ob'yasnyaetsya ves'ma detal'naya izuchennost' zhidkogo geliya. Da i proizvodyat ego nyne nemalo - sotni tysyach litrov v god. A vot tverdyi gelii pochti ne izuchen: veliki eksperimental'nye trudnosti issledovaniya etogo samogo holodnogo tela. Bessporno, probel etot budet zapolnen, tak kak fiziki zhdut mnogo novogo ot poznaniya svoistv tverdogo geliya: ved' on tozhe kvantovoe telo.
Inertnyi, no ochen' nuzhnyi
V konce proshlogo veka angliiskii zhurnal "Panch" pomestil karikaturu, na kotoroi gelii byl izobrazhen hitro podmigivayushim chelovechkom - zhitelem Solnca. Tekst pod risunkom glasil: "Nakonec-to menya izlovili i na Zemle! Eto dlilos' dostatochno dolgo! Interesno znat', skol'ko vremeni proidet, poka oni dogadayutsya, chto delat' so mnoi?"
Deistvitel'no, proshlo 34 goda so dnya otkrytiya zemnogo geliya (pervoe soobshenie ob etom bylo opublikovano v 1881 g.), prezhde chem on nashel prakticheskoe primenenie. Opredelennuyu rol' zdes' sygrali original'nye fiziko-tehnicheskie, elektricheskie i v men'shei mere himicheskie svoistva geliya, potrebovavshie dlitel'nogo izucheniya. Glavnymi zhe prepyatstviyami byli rasseyannost' i vysokaya stoimost' elementa N 2.
Pervymi gelii primenili nemcy. V 1915 g. oni stali napolnyat' im svoi dirizhabli, bombivshie London. Vskore legkii, no negoryuchii gelii stal nezamenimym napolnitelem vozduhoplavatel'nyh apparatov. Nachavshiisya v seredine 30-h godov upadok dirizhablestroeniya povlek nekotoryi spad v proizvodstve geliya, no lish' na korotkoe vremya. Etot gaz vse bol'she privlekal k sebe vnimanie himikov, metallurgov i mashinostroitelei.
Mnogie tehnologicheskie processy i operacii nel'zya vesti v vozdushnoi srede. Chtoby izbezhat' vzaimodeistviya poluchaemogo veshestva (ili ishodnogo syr'ya) s gazami vozduha, sozdayut special'nye zashitnye sredy; i net dlya etih celei bolee podhodyashego gaza, chem gelii.
Inertnyi, legkii, podvizhnyi, horosho provodyashii teplo gelii - ideal'noe sredstvo dlya peredavlivaniya iz odnoi emkosti v druguyu legko vosplamenyaemyh zhidkostei i poroshkov; imenno eti funkcii vypolnyaet on v raketah i upravlyaemyh snaryadah. V gelievoi zashitnoi srede prohodyat otdel'nye stadii polucheniya yadernogo goryuchego. V konteinerah, zapolnennyh geliem, hranyat i transportiruyut teplovydelyayushie elementy yadernyh reaktorov.
S pomosh'yu osobyh techeiskatelei, deistvie kotoryh osnovano na isklyuchitel'noi diffuzionnoi sposobnosti geliya, vyyavlyayut maleishie vozmozhnosti utechki v atomnyh reaktorah i drugih sistemah, nahodyashihsya pod davleniem ili vakuumom.
Poslednie gody oznamenovany povtornym pod'emom dirizhablestroeniya, teper' na bolee vysokoi nauchno-tehnicheskoi osnove. V ryade stran postroeny i stroyatsya dirizhabli s gelievym napolneniem gruzopod'emnost'yu ot 100 do 3000 t. Oni ekonomichny, nadezhny i udobny dlya transportirovki krupnogabaritnyh gruzov, takih, kak pleti gazoprovodov, nefteochistitel'nye ustanovki, opory linii elektroperedach i t.p. Napolnenie iz 85% geliya i 15% vodoroda ognebezopasno i tol'ko na 7% snizhaet pod'emnuyu silu v sravnenii s vodorodnym napolneniem.
Nachali deistvovat' vysokotemperaturnye yadernye reaktory novogo tipa, v kotoryh teplonositelem sluzhit gelii.
V nauchnyh issledovaniyah i v tehnike shiroko primenyaetsya zhidkii gelii. Sverhnizkie temperatury blagopriyatstvuyut uglublennomu poznaniyu veshestva i ego stroeniya - pri bolee vysokih temperaturah tonkie detali energeticheskih spektrov maskiruyutsya teplovym dvizheniem atomov.
Uzhe sushestvuyut sverhprovodyashie solenoidy iz osobyh splavov, sozdayushie pri temperature zhidkogo geliya sil'nye magnitnye polya (do 300 tys. ersted) pri nichtozhnyh zatratah energii.
Pri temperature zhidkogo geliya mnogie metally i splavy stanovyatsya sverhprovodnikami. Sverhprovodnikovye rele - kriotrony vse shire primenyayutsya v konstrukciyah elektronno-vychislitel'nyh mashin. Oni prosty, nadezhny, ochen' kompaktny. Sverhprovodniki, a s nimi i zhidkii gelii stanovyatsya neobhodimymi dlya elektroniki. Oni vhodyat v konstrukcii detektorov infrakrasnogo izlucheniya, molekulyarnyh usilitelei (mazerov), opticheskih kvantovyh generatorov (lazerov), priborov dlya izmereniya sverhvysokih chastot.
Konechno, etimi primerami ne ischerpyvaetsya rol' geliya v sovremennoi tehnike. No esli by ne ogranichennost' prirodnyh resursov, ne krainyaya rasseyannost' geliya, on nashel by eshe mnozhestvo primenenii. Izvestno, naprimer, chto pri konservirovanii v srede geliya pishevye produkty sohranyayut svoi pervonachal'nyi vkus i aromat. No "gelievye" konservy poka ostayutsya "vesh'yu v sebe", potomu chto geliya ne hvataet i primenyayut ego lish' v samyh vazhnyh otraslyah promyshlennosti i tam, gde bez nego nikak ne oboitis'. Poetomu osobenno obidno soznavat', chto s goryuchim prirodnym gazom cherez apparaty himicheskogo sinteza, topki i pechi prohodyat i uhodyat v atmosferu namnogo bol'shie kolichestva geliya, chem te, chto dobyvayutsya iz gelienosnyh istochnikov.
Seichas schitaetsya vygodnym vydelyat' gelii tol'ko v teh sluchayah, esli ego soderzhanie v prirodnom gaze ne men'she 0,05%. Zapasy takogo gaza vse vremya ubyvayut, i ne isklyucheno, chto oni budut ischerpany eshe do konca nashego veka. Odnako, problema "gelievoi nedostatochnosti" k etomu vremeni, veroyatno, budet reshena - chastichno za schet sozdaniya novyh, bolee sovershennyh metodov razdeleniya gazov, izvlecheniya iz nih naibolee cennyh, hotya i neznachitel'nyh po ob'emu frakcii, i chastichno blagodarya upravlyaemomu termoyadernomu sintezu. Gelii stanet vazhnym, hotya i pobochnym, produktom deyatel'nosti "iskusstvennyh solnc".
Izotopy geliya
V prirode sushestvuyut dva stabil'nyh izotopa geliya: gelii-3 i gelii-4. Legkii izotop rasprostranen na Zemle v million raz men'she, chem tyazhelyi. Eto samyi redkii iz stabil'nyh izotopov, sushestvuyushih na nashei planete. Iskusstvennym putem polucheny eshe tri izotopa geliya. Vse oni radioaktivny. Period poluraspada geliya-5 - 2,4.10-21 sekundy, geliya-6 - 0,83 sekundy, geliya-8 - 0,18 sekundy. Samyi tyazhelyi izotop, interesnyi tem, chto v ego yadrah na odin proton prihoditsya tri neitrona, vpervye poduchen v Dubne v 60-h godah. Popytki poluchit' gelii-10 poka byli neudachny.
Poslednii tverdyi gaz
V zhidkoe i tverdoe sostoyanie gelii byl pereveden samym poslednim iz vseh gazov. Osobye slozhnosti szhizheniya i otverzhdeniya geliya ob'yasnyayutsya stroeniem ego atoma i nekotorymi osobennostyami fizicheskih svoistv. V chastnosti, gelii, kak i vodorod, pri temperature vyshe - 250oC, rasshiryayas', ne ohlazhdaetsya, a nagrevaetsya. S drugoi storony, kriticheskaya temperatura geliya kraine nizka. Imenno poetomu zhidkii gelii vpervye udalos' poluchit' lish' v 1908, a tverdyi - v 1926 g.
Gelievyi vozduh
Vozduh, v kotorom ves' azot ili bol'shaya ego chast' zamenena geliem, segodnya uzhe ne novost'. Ego shiroko ispol'zuyut na zemle, pod zemlei i pod vodoi.
Gelievyi vozduh vtroe legche i namnogo podvizhnee obychnogo vozduha. On aktivnee vedet sebya v legkih - bystro podvodit kislorod i bystro evakuiruet uglekislyi gaz. Vot pochemu gelievyi vozduh dayut bol'nym pri rasstroistvah dyhaniya i nekotoryh operaciyah. On snimaet udush'ya, lechit bronhial'nuyu astmu i zabolevaniya gortani.
Dyhanie gelievym vozduhom prakticheski isklyuchaet azotnuyu emboliyu (kessonnuyu bolezn'), kotoroi pri perehode ot povyshennogo davleniya k normal'nomu podverzheny vodolazy i specialisty drugih professii, rabota kotoryh prohodit v usloviyah povyshennogo davleniya. Prichina etoi bolezni - dovol'no znachitel'naya, osobenno pri povyshennom davlenii, rastvorimost' azota v krovi. Po mere umen'sheniya davleniya on vydelyaetsya v vide gazovyh puzyr'kov, kotorye mogut zakuporit' krovenosnye sosudy, povredit' nervnye uzly... V otlichie ot azota, gelii prakticheski nerastvorim v zhidkostyah organizma, poetomu on ne mozhet byt' prichinoi kessonnoi bolezni. K tomu zhe gelievyi vozduh isklyuchaet vozniknovenie "azotnogo narkoza", vneshne shodnogo s alkogol'nym op'yaneniem.
Rano ili pozdno chelovechestvu pridetsya nauchit'sya podolgu zhit' i rabotat' na morskom dne, chtoby vser'ez vospol'zovat'sya mineral'nymi i pishevymi resursami shel'fa. A na bol'shih glubinah, kak pokazali opyty sovetskih, francuzskih i amerikanskih issledovatelei, gelievyi vozduh poka nezamenim. Biologi dokazali, chto dlitel'noe dyhanie gelievym vozduhom ne vyzyvaet otricatel'nyh sdvigov v chelovecheskom organizme i ne grozit izmeneniyami v geneticheskom apparate: gelievaya atmosfera ne vliyaet na razvitie kletok i chastotu mutacii. Izvestny raboty, avtory kotoryh schitayut gelievyi vozduh optimal'noi vozdushnoi sredoi dlya kosmicheskih korablei, sovershayushih dlitel'nye polety vo Vselennuyu. No poka za predely zemnoi atmosfery iskusstvennyi gelievyi vozduh eshe ne podnimalsya.
<< Vodorod | Oglavlenie | Litii >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
