Это элемент с поистине необычными свойствами. Он почти не растворяется воде, легче воздуха в семь раз, но немного тяжелее водорода. Обладает высокой скоростью диффузии. Именно поэтому его перевозят в стальных баллонах.
Температура кипения (при нормальном АД) — минус 268.9˚С. Шведы Н. Ленгле, П. Клеве первыми выяснили, какая масса у гелия — 4,002602(2) а. е. м. (г/моль). Плотность (при 20˚С и АД 750 мм рт.ст.) — 0,00017846 г/см.
Атом состоит из двух электронов. Их орбиты настолько близки, что необходимо затратить много энергии, чтобы оголить ядро. Именно поэтому He считается слабо активным химическим веществом. Слабым межмолекулярным взаимодействием объясняется низкая температура кипения, невысокая теплота испарения и плавления.
Кристаллобразный гелий получают при давлении более 25 атмосфер. Даже чтобы создать химические соединения гелия, нормальные условия не подходят. Он хорошо проводит электричество и тепло. А вязкость крайне низка. Пожалуй, в природе не существует элемента с подобным набором свойств.
Способы получения гелия
Хотя гелий во Вселенной распространен, на Земле он встречается в составах газовых смесей в небольшой концентрации. Добывают его несколькими способами:
- из минералов. Фергюсонит, клевеит, монацит нагревают до температуры 1000˚C. Гелий выделяется вместе с углекислым газом, который удаляют едким натрием;
- из природного газа. Его сильно охлаждают, а из полученной смеси выделяют гелий. Сначала получают концентрат разных газов, с содержанием He около 70 %. Затем с помощью сжатия и охлаждения проходит очистка. На заключительном этапе газ пропускают через адсорбер из активированного угля;
- из воздуха. He — побочный продукт при добыче азота и кислорода. В результате выпаривания в ректификационных колоннах остаются неон и гелий. Затем гелий отделяют жидким водородом или охлажденным активированным углем.
Марки гелия
Гелий марки А и Б — технические газы, отличающиеся степенью очистки и областью применения.
| Состав | Марка А (% об. ) | Марка Б (% об.) |
| He, не менее | 99,995 | 99,99 |
| N, не более | 0,0005 | 0,002 |
| O+Ar | 0,0001 | 0,0005 |
| Ne, не более | 0,004 | 0,008 |
| Водяные пары, не более | 0,0006 | 0,002 |
| Углеводороды, не более | 0,0001 | 0,0005 |
| CO₂+CO, не более | 0,0002 | 0,001 |
| H, не более | 0,0001 | 0,0025 |
Обе марки иногда подвергают дальнейшей очистке с помощью криогенной установки.
Где применяется гелий
Высокая тепло- и электропроводность нe делает его полезным для разных отраслей промышленности и производства.
При выполнении сварочных работ с тугоплавкими, химически чистыми, активными металлами требуется высокая чистота среды. Инертный гелий барнаул марки А подходит для создания таких условий.
Поскольку газ не растворяется в воде, его можно использовать при работах на глубине.
В медицине гелиевокислородные смеси применяют для лечения астмы и других болезней дыхательной системы. «Гелиевым воздухом» наполняют баллоны для аквалангистов. Дышать смесью гелия и кислорода легче. Поэтому водолазы могут дольше находиться на глубине, без вредных последствий (например, кессонной болезни).
Гелий легок, обладает низкой плотностью. Поэтому им заполняют не только воздушные шарики для праздников и декора, но и шары для воздухоплавания или метеорологические зонды. Гелий используют при производстве микроэлектроники, аппаратов МРТ, спутников. Им заполнены даже привычные лазерные сканеры штрих-кодов на кассах магазинов.
Жидкий гелий применяют как хладагент для получения сверхнизких температур для разных производственных процессов. В производстве продуктов гелий получил применение как консервант, сохраняющий вкус и цвет продуктов, и упаковочный газ.
Гелиевое течеискание
Утечка — отверстие в баллоне или технической системе, через которое просачивается содержимое. Если она вовремя не устранена, то со временем произойдет поломка.
Для чего используется гелий? Поскольку этот газ в естественной концентрации низок (5 ppm) и не вступает химические реакции с другими веществами в нормальных условиях, то его применение в течеискании безопасно. Его легко обнаружить при проверке.
Способ основан на создании разного давления на поверхности объекта и течеискателя. Если есть отверстие, то возникает поток газа со стороны высокого на сторону низкого давления.
Таким методом контролируют герметичность:
- в энергетических установках,
- в лабораториях,
- на нефтегазовых предприятиях,
- на промышленном оборудовании.