Гелий: Свойства и применение элемента

Описание

Гелий - благородный газ, который играет важную роль в различных научных и промышленных приложениях. В этом блоге мы расскажем о его свойствах, распространенных способах применения и методах получения.

Знакомство с элементом

Гелий - бесцветный, без запаха, без вкуса, нетоксичный, инертный, одноатомный газ, возглавляющий группу благородных газов в периодической таблице. Он является вторым по легкости элементом во Вселенной после водорода и содержится в основном в звездах, включая наше Солнце. Гелий широко используется в различных областях благодаря своим уникальным свойствам, в том числе низким температурам кипения и плавления, что делает его идеальным для криогенных и высокотехнологичных применений.

Описание химических свойств

Гелий химически инертен благодаря полной внешней электронной оболочке, что делает его чрезвычайно стабильным. Будучи благородным газом, он не образует соединений с другими элементами в обычных условиях. Отсутствие реакционной способности делает его очень ценным в тех областях применения, где химическая стабильность имеет решающее значение. Гелий не вступает в реакцию с кислородом, азотом или другими газами при комнатной температуре и остается невоспламеняющимся даже в присутствии тепла или огня.

Гелий также не имеет цвета и запаха, что повышает его безопасность и удобство использования в различных промышленных и научных приложениях. Хотя он в основном химически инертен, при высоких давлениях и температурах он может образовывать соединения с такими элементами, как натрий, калий и литий, в контролируемых лабораторных условиях.

Физические свойства

Гелий обладает рядом замечательных физических свойств, которые делают его полезным в самых разных областях. Ниже приведена таблица с кратким описанием физических свойств гелия:

Низкие температуры кипения и плавления гелия делают его единственным элементом, который остается жидким при температурах, близких к абсолютному нулю, что дает ему уникальное применение в криогенной технике и переохлаждении. Более подробную информацию можно найти на сайте Stanford Advanced Materials (SAM).

Распространенные применения

Гелий находит широкое применение в различных отраслях промышленности, от медицины до аэрокосмических технологий. Некоторые из наиболее распространенных областей применения включают:

1. Криогеника: гелий крайне важен для охлаждения сверхпроводящих магнитов, используемых в аппаратах МРТ и ускорителях частиц. Его низкая температура кипения позволяет ему достигать чрезвычайно низких температур.
2. Воздушные шары и дирижабли: Гелий используется для наполнения воздушных шаров и дирижаблей, поскольку он легче воздуха и не воспламеняется, в отличие от водорода, который очень огнеопасен.
3. Дыхательные смеси: В подводном плавании гелий используется в газовых смесях (например, Trimix) для предотвращения азотного наркоза при высоком давлении.
4. Обнаружение утечек: Гелий используется для обнаружения утечек в высоковакуумных системах благодаря малому размеру атомов и низкой молекулярной массе.
5. Сварка: гелий служит в качестве защитного газа при дуговой сварке, поскольку он предотвращает окисление материалов, обеспечивая высокое качество сварных швов.

Методы получения

Гелий в основном добывают из месторождений природного газа, где он накапливается в небольших количествах. Процесс добычи обычно включает в себя:

• Криогенная дистилляция: При этом методе природный газ охлаждается до очень низких температур, что позволяет гелию отделиться от других газов.
• Адсорбция с изменением давления: В этом методе используются адсорбирующие материалы для отделения гелия от других компонентов природного газа.

Гелий также можно получить в качестве побочного продукта при переработке урановой руды или в результате радиоактивного распада более тяжелых элементов, таких как торий и уран, которые выделяют гелий в процессе своего распада.

Сопутствующие промышленные товары

Некоторые продукты зависят от гелия или производятся с его использованием в процессе производства. К ним относятся:

• Криогенные морозильники: Используемые в медицине и науке, эти системы полагаются на гелий для охлаждения.
• Сверхпроводящие магниты: Используемые в аппаратах МРТ и другом высокотехнологичном оборудовании, эти магниты требуют жидкого гелия для поддержания низких температур.
• Гелий-неоновые лазеры: Работа этих лазеров, широко используемых в научных исследованиях и сканерах штрих-кодов, зависит от гелия.
• Производство полупроводников: Гелий используется в производстве полупроводников, особенно в процессах, требующих очень низких температур или контролируемой атмосферы.

Часто задаваемые вопросы

Почему в воздушных шарах используется гелий, а не водород?
Гелий не воспламеняется, в то время как водород очень огнеопасен и представляет собой значительный риск для безопасности, особенно в ситуациях, когда может произойти взрыв.

Можно ли получить гелий на Земле?
Обычно гелий добывают из запасов природного газа, но его также можно получить в результате ядерных реакций, например при распаде радиоактивных элементов.

Вреден ли гелий для человека?
Гелий нетоксичен и в целом считается безопасным. Однако вдыхание большого количества гелия может вытеснить кислород в легких, что приведет к удушью.

Почему гелий такой дорогой?
Гелий относительно редок и дорог в добыче, для его выделения и очистки из природного газа требуется специальное оборудование.

Как гелий используется в медицине?
Гелий используется в криогенной технике для охлаждения сверхпроводящих магнитов в аппаратах МРТ, а также входит в состав дыхательных газовых смесей для пациентов с проблемами дыхания.