Гелий

Ге́лий (He, лат. helium) — химический элемент 18-й группы периодической системы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VIII группы) первого периода системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2. Возглавляет группу инертных газов.

Как простое вещество представляет собой инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

По распространённости во Вселенной занимает второе место после водорода и является вторым по лёгкости, также после водорода, химическим веществом. Его температура кипения — самая низкая среди всех известных веществ.

Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения — так называемой фракционной перегонкой (см. «Фракционная дистилляция» в статье Дистилляция).

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Роль комет в доставке газов на Землю оценить сложно. Дистанционные измерения позволяют узнать количество и изотопный состав азота и водорода, но не инертных газов. Первый прямой анализ кометного льда был проведен зондом «Филы» в 2015 году, и его результаты еще не опубликованы. О содержании газов в кометах мы можем судить на основе экспериментов по росту льда из газовых смесей при низких температурах и давлениях. В этих экспериментах во льду больше всего накапливается криптон, в меньшей степени – ксенон и аргон и практически отсутствуют неон и гелий. Разделения изотопов не происходит.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Главным образом, за счет продолжающегося медленного сжатия. Потенциальная энергия слоев, лежащих выше, при их опускании просто-напросто переходит в тепловую энергию частиц. Но температура в ядре звезды типа Т Тельца еще недостаточна для «возгорания» водорода. Для протон-протонной реакции требуется температура хотя бы 4–5 млн К, а такой температуры в ядре еще нет. Правда, при меньших (порядка 1 млн К) температурах идут реакции на дейтерии и литии, но они не способны остановить сжатие. Дейтерия и лития просто мало. Типичный состав межзвездной среды, идущей на образование звезд, в нашу эпоху примерно таков: на 1000 атомов приходятся 900 атомов водорода, 90 атомов гелия и лишь 10 атомов других элементов. Где уж малочисленным атомам дейтерия и лития обеспечить энерговыделение, способное остановить сжатие протозвезды! Заметим в скобках, что лития в межзвездной среде в нашу эпоху гораздо меньше, чем было в догалактическую (но уже «вещественную») эру существования Вселенной. Мы помним, что вещество, из которого возникло Солнце (и, конечно, все звезды, формирующееся в наше время), имеет «вторичное происхождение», то есть в прошлом побывало (и не раз) в недрах звезд более ранних поколений. По этой причине лития в межзвездной среде в нашу эпоху очень мало. Дейтерия несколько больше, и именно он горит в ядре протозвезды, все равно, впрочем, не конкурируя по энерговыделению с процессом сжатия!

Александр Громов, Удивительная Солнечная система, 2012

По химическому составу звезды, как правило, представляют собой водородные и гелиевые плазмы.[10] Остальные элементы присутствуют в виде сравнительно незначительных «загрязнений». Средний химический состав наружных слоев звезды выглядит примерно следующим образом. На 10 000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома азота, один атом углерода, 0,3 атома железа. Относительное содержание других элементов еще меньше. Хотя по числу атомов так называемые тяжелые элементы (т. е. элементы с атомной массой, большей, чем у гелия) занимают во Вселенной весьма скромное место, их роль очень велика. Прежде всего они в значительной степени определяют характер эволюции звезд, так как непрозрачность звездных недр для излучения существенно зависит от содержания тяжелых элементов. В то же время светимость звезды, как оказывается, тоже зависит от ее непрозрачности. Мы здесь на этих вопросах не имеем возможности остановиться. Об этом подробно написано в нашей книге «Звезды: их рождение, жизнь и смерть», к которой мы и отсылаем читателей.

Иосиф Шкловский, Вселенная, жизнь, разум, 2006

Сравнив количество разных видов атомов в современной Вселенной, мы сразу увидим, что самые распространенные в ней после водорода и гелия элементы – кислород (Z=8), углерод (Z=6) и азот (Z=7). Это можно наглядно показать на графике, изображающем относительное обилие химических элементов в нашей галактике Млечный Путь (см. рис. 1.3). По горизонтальной оси там можно отложить атомный номер (Z), а по вертикальной – распространенность элементов, причем желательно в логарифмическом масштабе (попросту говоря, это означает, что каждая “ступенька” на вертикальной оси соответствует разнице не на единицу, а в 10 раз). На таком графике первым делом бросается в глаза уже известный нам факт: водорода и гелия в Галактике во много раз больше, чем всех остальных химических элементов вместе взятых. Эти два элемента – вне конкуренции. В области лития (Z=3), бериллия (Z=4) и бора (Z=5) наблюдается явный провал, потому что ядра этих атомов относительно неустойчивы: в системе ядерных реакций, происходящих в звездах, они легко синтезируются, но так же легко и распадаются. Ядро железа (Z=26), наоборот, исключительно устойчиво. Многие ядерные реакции, идущие в недрах звезд, на нем заканчиваются, поэтому железо дает на графике высокий пик. Но самые распространенные после водорода и гелия элементы в Млечном Пути, несомненно, кислород, углерод и азот, именно те, которые стали химическими “кирпичиками” жизни. Вряд ли это случайность.

Сергей Ястребов, От атомов к древу: Введение в современную науку о жизни, 2017

Прошло еще несколько сотен миллионолетий, и самые крупные звезды после истощения запасов водорода начали взрываться. При этом давление и температура в недрах звезды достигали колоссальных величин. Это создавало необходимые условия для синтеза тяжелых элементов. Все элементы тяжелее гелия, в том числе необходимые для жизни углерод, кислород, азот, фосфор, сера и др., могли образоваться лишь во время таких взрывов. Звезды первого поколения стали фабрикой по производству атомов, необходимых для будущей жизни.

Олег Фейгин, Планета бурь, 2016

Крупные звезды, многие из которых гораздо больше нашего Солнца, с течением времени исчерпывают громадные запасы водорода, содержащегося в их ядрах. Однако чрезвычайно высокое внутреннее давление и тепловая энергия продолжают поддерживать ядерный синтез. Атомы гелия в звездном ядре превращаются в углерод – необходимый элемент для возникновения жизни, состоящий из шести протонов, и одновременно продолжаются всплески ядерной энергии, вызывающие водородный синтез в сферическом слое, окружающем ядро звезды. Затем из углерода синтезируется неон, из которого рождается кислород, затем формируется магний, потом кремний, сера и т. д. Постепенно звезда приобретает структуру луковицы, в которой ядерный синтез образует один за другим слои из различных элементов. Ядерный синтез все ускоряется до тех пор, пока не наступает фаза образования железа, которая длится не более одного дня. К этому времени, много миллионов лет спустя после Большого взрыва, во многих звездах в процессе ядерного синтеза завершается цикл формирования первых 26 элементов периодической системы.

Роберт Хейзен, История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет, 2012

Состояние нашей звезды намного стабильнее большинства сопоставимых звезд, так как в течение солнечного цикла интенсивность излучения примерно постоянна, увеличиваясь в момент максимума всего на 0,1 %. В ядре Солнца постоянно происходит превращение водорода в гелий, первый составляет примерно 73 % от всей массы Солнца, а второй примерно 25 %. Если выразиться по-другому, то при температуре более 14 млн градусов осуществляется термоядерная реакция, в результате которой из четырех протонов образуется гелий-4. Каждую секунду около 4 млн тонн вещества превращается в лучистую энергию, генерируется солнечное излучение. Оно несет Земле жизненно необходимую энергию соответствующего спектра и интенсивности.

Виктор де Касто, Pro темную материю, 2016

Согласно модели горячей Вселенной, плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали очень высокой плотностью и энергией. В ходе расширения Вселенной эта температура неуклонно падала. Затем равновесие образовавшегося водорода и гелия с излучением нарушилось – кванты излучения уже не обладали необходимой для ионизации вещества энергией и проходили через него как через прозрачную среду. Температура обособившегося излучения продолжала снижаться и к нашей эпохе составила всего несколько градусов Кельвина.

О. О. Фейгин, Взрыв мироздания, 2016

Протон-протонный цикл вносит основной (более 98 %) вклад в энергетику Солнца. Однако есть еще одна цепочка реакций, также ведущая к синтезу гелия из водорода. В Солнце она отвечает менее чем за 2 % энерговыделения, но в более горячих (массивных) звездах этот вариант, называемый CNO-циклом, становится доминирующим.

С. Б. Попов, Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной, 2018

Согласно модели Бора, в состав атома входят три вида частиц. С электронами мы уже знакомы. Две другие частицы, существенно превосходящие по размеру электрон, но по-прежнему настолько малые, что мы не можем увидеть их, называются протон и нейтрон. Они почти одинакового размера. Число протонов в атоме любого химического элемента постоянно и равно числу электронов. Оно называется атомным числом и является уникальным свойством химического элемента. Нет никаких промежутков в последовательности атомных чисел в знаменитой периодической таблице элементов[26]. Каждый номер в ряду соответствует одному и только одному химическому элементу. Элемент с атомным числом 1 – водород, 2 – гелий, 3 – литий, 4 – бериллий, 5 – бор, 6 – углерод, 7 – азот, 8 – кислород, и так далее.

Ричард Докинз, Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции, 2009

В каждой из трех областей науки, которыми занимался Резерфорд (радиоактивность, атомная и ядерная физика), он сделал фундаментальные открытия, заложившие основы учения о радиоактивности и строении атома. В 1899 году он открыл a– и b-излучения, в 1900 году ввел понятие периода полураспада. В 1903 году вместе с Ф. Содди разработал теорию радиоактивного распада и установил закон превращений радиоактивных элементов. В том же году доказал, что a-излучение – это поток положительно заряженных частиц. Какие именно это частицы – Резерфорд установил в 1909 году, после того как им совместно с Г. Гейгером был сконструирован прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (прототип счетчика Гейгера): ими оказались дважды ионизированные атомы гелия.

Л. М. Мартьянова, Великие открытия и люди. 100 лауреатов Нобелевской премии XX века, 2013

Есть во Вселенной и более мощные источники тяжелых элементов. Это звезды Вольфа-Райе, названные в честь открывших их французских астрономов. Такая звезда за тысячу лет теряет массу, примерно равную одной десятой массы Солнца, поэтому срок жизни ее очень краток – несколько тысяч лет. Звезда Вольфа-Райе испускает огромное количество веществ, среди них азот и гелий, углерод и неон, магний и кремний и, конечно же, железо. Не отсюда ли родом столь важные для нас биогенные элементы.

П. В. Денисова, Энциклопедия катастроф, 2013

Рэмзэй перебрал в памяти спектры всех известных ему веществ. Ничего подходящего он не мог припомнить. Наконец после долгих размышлений он вспомнил о той желтой линии D3, которую открыли Жансен и Локайер тридцать лет назад. По своему расположению в спектре она как будто совпадает с загадочной желтой линией, которую нашел Рэмзэй. А если это так, то газ, выходящий из клевеита, – не азот, не аргон, а солнечный газ – гелий.

М. П. Бронштейн, Солнечное вещество (сборник), 1936

Имеются надежды доказательства сложной природы атомов, поэтому не приходится более сомневаться в том, что тяжелые атомы построены из более легких. Вероятно даже, что все элементы в конечном счете построены из водорода. Атом гелия по этой гипотезе состоит из четырех очень близко расположенных атомов водорода. В свою очередь, атом водорода состоит из двух частиц – электрона и протона.

Святитель Лука Крымский (Войно-Ясенецкий), Дух, Душа и Тело, 2016

Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии и в Мексике – и в каждой из этих стран они были обнаружены на местах падения метеоритов. При этом некоторые фуллерены были заполнены: внутри оболочек находились атомы гелия. Странным оказался тот факт, что фуллерены хранили не гелий-4 – изотоп, который обычно присутствует в земных породах, – а редкий для Земли изотоп гелий-3.

Аурика Луковкина, Шунгит, 2013

А можно ли было чем-то заменить взрывоопасный водород? Да, есть другой легкий газ – гелий. Найдите его в таблице Менделеева… Газ гелий, правда, в 2 раза тяжелее (правильнее сказать, плотнее) водорода, а значит обладает меньшей подъемной силой, но зато он совершенно не горючий!.. Правда, в ту пору, когда сгорел «Гинденбург», месторождения, на которых шла добыча гелия, были открыты только в США. А американское правительство не хотело снабжать ценным газом гитлеровское правительство.

А. П. Никонов, Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям, 2021

Жидкие газы находят широкое применение в технике, науке, медицине. Напр., жидкие кислород и водород используются в качестве окислителя и топлива в ракетной технике; жидкие гелий, водород, неон, азот используются для охлаждения лазеров, чувствительных полупроводниковых приборов, антенн радиотелескопов, сверхпроводящих линий связи и электропередачи; жидкий азот широко применяют для консервации и длительного хранения крови, костного мозга, кровеносных сосудов и пр. Охлаждение обмоток электрических машин, трансформаторов, магнитов позволяет в 5–6 раз уменьшить массу и габаритные размеры этих устройств. Использование соленоидов, сделанных из материалов, сопротивление которых при криогенных температурах падает до нуля (сверхпроводников), позволяет создавать сверхсильные магнитные поля, необходимые для многих физических экспериментов.

А. П. Горкин, Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями), -1

Дальнейшие сенсационные научные открытия были связаны с применением подводных обитаемых аппаратов. В 1976 году в районе Галапагосского рифта американские ученые, используя глубоководный буксируемый аппарат «Ангус», получили фотографии необычной донной фауны. Но еще до этого с научно-исследовательских судов, в том числе и отечественного судна «Дмитрий Менделеев», здесь производили измерения параметров водной среды и установили высокие значения теплового потока и аномальные концентрации метана и гелия в пробах придонной воды. В феврале – марте 1977 года в районе Галапагосского рифта состоялась первая экспедиция обитаемого аппарата «Алвин», принадлежащего Вудсхолскому океанографическому институту. Ее результаты были ошеломляющими. Ученые из иллюминаторов впервые увидели потоки теплой воды на глубине 2500 метров, струящиеся вверх из каждой расщелины, из каждого отверстия в морском дне.

А. М. Сагалевич, Глубина, 2017

Не следует думать, что это некое умозрительное удобство: «архей» (4,0–2,5 млрд лет назад) резко отличается по смыслу и содержанию от «протерозоя» (2,5–0,541 млрд лет назад) и оба они – от «фанерозоя» (0,541 млрд лет назад – ныне). Радиометрические датировки применяются уже более сотни лет (первые из них с использованием радиоактивных изотопов гелия и радия были получены в 1904 г. английским физиком Эрнстом Резерфордом) и постоянно совершенствуются. Даже породы возрастом в сотни миллионов лет теперь можно датировать с точностью до нескольких тысячелетий (рис. 1.2).

Андрей Журавлев, Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир, 2018

Принцип построения ясен – в таблице Менделеева номер химического элемента соответствует числу протонов в его ядре. Номер первый – водород. Один протон. Гелий – № 2. Значит, два протона (и в довесок еще два нейтрона). Литий у нас в табличке идет под номером 3. Соответственно, в его ядре три протона (и как балластный довесок три нейтрона). И так далее.

А. П. Никонов, Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям, 2017

Сильная радиоактивность полония отражается на свойствах его соединений, которые почти все очень быстро разлагаются. Так, практически невозможно получить полониевые соли органических кислот: они обугливаются уже в момент синтеза. Из водных растворов соединений полония медленно выделяются пузырьки газа, а в растворе образуется перекись водорода. И даже в стеклянной посуде с сухим соединением полония из-за α-облучения уже через несколько дней появляются заметные трещины – в тех местах, где вещество соприкасалось со стеклом. Такие стеклянные сосуды становятся очень хрупкими. Если соединение полония содержало воду, она разлагается на кислород и водород, которые в герметичной ампуле повышают давление. Оно повышается также из-за непрерывно образующегося гелия. В результате маленькая ампулка с полонием уже через неделю может взорваться.

И. А. Леенсон, Занимательная химия для детей и взрослых, 2013

Гелий – одноатомный инертный газ без цвета и запаха. Газообразный гелий производится также двух сортов: гелий высокой чистоты (99,985 % гелия) и гелий технический (99,8 %). Транспортируется и поставляется в баллонах типа А при максимальном давлении 15 МПа. Баллоны окрашены в коричневый цвет белой надписью "Гелий". Гелий используют так же, как аргон, но значительно реже ввиду высокой стоимости.

И. В. Мельников, Теxнология дуговой сварки в защитных газах, 2012

Примерно в это время на каждый протон «замораживается» по одному электрону. Космос остывает, температура падает уже ниже ста миллионов градусов, и протоны связываются с другими протонами, а также с нейтронами: так формируются ядра атомов и зарождается Вселенная, в которой 90 % ядер – водород и 10 % – гелий плюс мизерное количество дейтерия («тяжелого» водорода), трития (еще более тяжелого водорода) и лития.

Н. Д. Тайсон, Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда, 2017

К началу 1930-х гг. было известно, что большинство звезд состоит из гелия. Однако оставалось загадкой – откуда берется углерод. В 1950-е гг. Английский астрофизик, писатель, администратор, драматург Фред Хойл восстановил ход реакций в звездах. Именно эти рассуждения позволили Хойлу в 1953 г. предсказать важный энергетический уровень ядра углерода-12, и эксперименты физиков подтвердили его прогноз. В дальнейшем американский физик Уильям Фаулер, проведя соответствующие эксперименты, подтвердил данную теорию. И только потом была подготовлена соответствующая теоретическая база.

С. П. Филин, Концепции современного естествознания, -1

Другие составляющие воздуха – так называемые инертные газы (аргон, неон, гелий, ксенон, криптон и др.) в обычных условиях физиологически индифферентны.

М. А. Краснова, Полный справочник санитарного врача, 2013

Однако растворение благородных газов в органичес–ких растворителях нередко сопровождается поглоще–нием теплоты, например гелия и неона в ацетоне, бен–золе, этаноле, циклогексане.

М. В. Дроздова, Неорганическая химия, -1