Гелий химический элемент из семейства благородных (инертных) газов.
Гелий — вещество с самой низкой температурой кипения. Гелий кипит при температуре −269 °C.
Физические свойства:
Гелий — бесцветный одноатомный газ без запаха; он не вступает в реакции ни с одним химическим элементом, и его атомы не соединяются даже между собой.
Гелий — необычное вещество, по свойствам он близок к состоянию идеального газа.
Состояние:
Жидкий гелий обладает рядом уникальных свойств; он имеет самую низкую температуру кипения. Это свойство гелия используют для создания низких температур. Гелий — единственное вещество на земле, которое при нормальном давлении не кристаллизуется вблизи абсолютного нуля, что объясняется слабым межатомным взаимодействием и квантовыми свойствами.
Жидкий гелий бесцветен, очень текуч и имеет очень низкое поверхностное натяжение.
Твердый гелий — кристаллическое прозрачное вещество, причем границу между твердым и жидким гелием трудно обнаружить, так как их рефракции близки.
Получение:
В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов. В России газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов. В настоящее время гелий извлекается на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург» в Оренбурге из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский гелий имеет высокую себестоимость.
От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя то, что он сжижается труднее всех остальных газов.
Охлаждение производят дросселированием в несколько стадий очищая его от CO2 и углеводородов. В результате получается смесь гелия, неона и водорода. Эту смесь, т. н. сырой гелий, (He — 70-90 % об.) очищают от водорода (4-5 %) с помощью CuO при 650—800 К. Окончательная очистка достигается охлаждением оставшейся смеси кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2.
Производят гелий технической чистоты (99,80 % по объёму гелий) и высокой чистоты (99,985 %).
Применение:
Гелий используют как инертную среду для дуговой сварки, особенно магния и его сплавов.
Другие применения гелия — для газовой смазки подшипников, в счетчиках нейтронов, газовых термометрах, рентгеновской спектроскопии, в переключателях высокого напряжения.
Смеси He-O2 применяют, благодаря их низкой вязкости, для снятия приступов астмы и при различных заболеваниях дыхательных путей.
А так же:
— в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов.
— в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939, в качестве пропеллента и упаковочного газа. Известно, например, что при консервировании в среде гелия пищевые продукты сохраняют свой первоначальный вкус и аромат. Но «гелиевые» консервы пока остаются «вещью в себе», потому что гелия не хватает и применяют его лишь в самых важных отраслях промышленности и там, где без него никак не обойтись.
— используется в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние).
— для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты) — при незначительной по сравнению с водородом потере в подъемной силе гелий в силу негорючести абсолютно безопасен.
— в дыхательных смесях для работ под давлением например для глубоководного погружения, при создании подводных тоннелей и сооружений,так как гелий хуже растворим в крови, чем азот.
— для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов.
— в смеси с другими благородными газами гелий используется в наружной неоновой рекламе (в газоразрядных трубках).
— для охлаждения ядерных реакторов.
— в качестве носителя в газовой хроматографии.
— для поиска утечек в трубопроводах и котлах.
— как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах.
— в контейнерах, заполненных гелием, хранят и транспортируют тепловыделяющие элементы ядерных реакторов.
— в гелиевой защитной среде проходят отдельные стадии получения ядерного горючего.
— для создания защитной среды, чтобы избежать взаимодействия получаемого вещества (или исходного сырья) с газами воздуха, так как многие технологические процессы и операции нельзя вести в воздушной среде.
— в геологии. При помощи гелиевой съёмки можно определять на поверхности Земли расположение глубинных разломов.
Гелий, как продукт распада радиоактивных элементов, насыщающих верхний слой земной коры, просачивается по трещинам, поднимается в атмосферу. Около таких трещин и особенно в местах их пересечения концентрация гелия более высокая. Эта закономерность используется для исследования глубинного строения Земли и поиска руд цветных и редких металлов.
Физиологическое действие
Хотя инертные газы обладают наркозным действием, это воздействие у гелия и неона при атмосферном давлении не проявляется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления».
Содержание гелия в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии (в результате кислородного голодания). Аналогичный эффект часто оказывает единоразовый вдох чистого гелия, например, из шарика с гелием. Как и при вдыхании других инертных газов, ввиду отсутствия какой-либо едкости, обычное дело — неожиданная потеря сознания при вдохе больших концентраций.
Из-за того, что скорость звука в гелии намного выше, чем в воздухе, вдыхание гелия вызывает кратковременное повышение тембра голоса (обратное эффекту вдыхания ксенона).