Гель

Зьвесткі зь Вікіпэдыі — вольнай энцыкляпэдыі
Перайсьці да: навігацыі, пошуку
Гель → Вадарод


He

Ne
Выгляд
Агульная інфармацыя
Назва, сымбаль, атамны нумар Гель, He, 2
Катэгорыя элемэнту Высакародныя газы
Група, пэрыяд, блёк 18 (VIIIA), 1, s
Адносная атамная маса 4,002602 г·моль−1
Канфігурацыя электронаў 1s²
Электронаў у абалонцы 2
Electron shell 002 Helium.svg
Фізычныя ўласьцівасьці
Шчыльнасьць (пры п. т.) 0,1785 г·см−3
Тэмпэратура кіпеньня 4,22 K, −268,93 °C °C
Уласьцівасьці атама
Ступені затляненьня 0
Электраадмоўнасьць 5,2
Атамны радыюс (разл.) 128 (31) пм
Кавалентны радыюс 32 пм
Радыюс Ван дэр Ваальса 140 пм
Цеплаправоднасьць (300 K) 0,152 Вт·м−1·K−1
Хуткасьць гуку 972 м/с пры 273,15 K
пры 293,15 K - 1007 м/с
Гель
Агульная інфармацыя
Судачыненьні масы ў абалонцы Зямлі 4 · 10−7 %
Атамарныя зьвесткі
1. Энэргія іянізацыі 2372,3 kJ/mol
2. Энэргія іянізацыі 5250,5 kJ/mol
Фізычныя якасьці
Агрэгатнае становішча газаабразны
Малярны аб'ём 22,4 · 10−3 м³/mol
Цяпло пры выпарваньні 0,0845 kJ/mol
Цяпло пры плаўленьні 0,021 kJ/mol
Цеплаёмкасьць Спэц. цепл. cp = 5193 J/(kg•K)
мал. цепл. cp, m = 20.786 J/(mol•K)
Ізатопы
Ізатоп НЧ t1/2 РА ЭР MeV ПР
³He 0,000137% He зьяўляецца стабільным пры 1 нэўтроне
4He 99,999863% He зьяўляецца стабільным пры 2 нэўтронах
5He {сын.} 7,618 • 10−22 s n 0,60 4He
6He {сын.} 806,7 ms β- 3,508 6Li
7He {сын.} 2,857 • 10−21 s n 0,60 6He
8He {сын.} 119 ms ? і n  ? 7Li
9He {сын.} 1,5 • 10−21 s n  ? 8He
10He {сын.} 2,7 • 10−21 s n  ? 9He
NMR-якасьці
³He
Сьпін ядра 1/2
гама 2,038 • 108 рад/ Т
Адчувальнасьць 0,44
Лармафрэквентнасьць пры B = 4,7 Т 152 МГц
Па магчымасьці выкарыстоўваецца агульнапрынятая міжнародная сыстэма адзінак СІ. Пры адсутнасьці іншых заўваг, маюць сілу стандартныя ўмовы.

Гель (ад старажытнагрэцкага ἥλιος hélios, «Сонца») — хімічны элемэнт. Гель адносіцца да групы высакародных газаў, парадкавая лічба 2, сымбаль элемэнту He.

Гель — практычна інэртны хімічны элемэнт. Узначальвае групу інэртных газаў у пэрыядычнай сыстэме элемэнтаў. Нетаксічны, ня мае колеру, паху і смаку. Пры нармальных умовах уяўляе сабою аднаатамны газ. Яго пункт кіпеньня (Т=4,216 К) найменшы сярод усіх элемэнтаў; цьвёрды гель здабыты толькі пры цісках вышэй 25 атмасфэр. Экстрэмальныя ўмовы таксама неабходны для стварэньня нешматлікіх хімічных злучэньняў гелія, усе яны нестабільны пры стандартных тэмпэратуры і ціску. Прыродны гель складаецца з двух стабільных ізатопаў: 4He (ізатопная распаўсюджанасьць — 99.99986%) і значна больш рэдкага ³Не (0,00014%; утрыманьне гелія-3 у розных прыродных крыніцах можа зьмяняцца ў даволі шырокіх межах). Вядомы яшчэ шэсьць штучных радыеактыўных ізатопаў гелія.

Гель займае другое месца па распаўсюджанасьці ў Сусьвеце і лёгкасьці (пасьля вадароду). Аднак на Зямлі гель сутракаецца рэдка. Практычна ўвесь гель у Сусьвеце утварыўся ў першыя некалькі хвілін пасьля Вялікага Выбуху, у час першаснага нуклеясынтэзу. У сучасным Сусьвеце амаль увесь новы гель утвараецца ў выніку тэрмаядзернага сынтэзу з вадароду ў нетрах зорак. На Зямлі ён утвараецца ў выніку альфа-распаду цяжкіх элемэнтаў (альфа-часьцінкі, якія выпраменьваюцца пры альфа-распадзе — гэта ядры гелія-4). Частка гелія, які ўтварыўся пры альфа-распадзе і прасачыўся скрозь пароды зямной кары, захопліваецца прыродным газам, канцэнтрацыя гелія ў якім можа дасягаць 7% ад аб’ёму. Гель здабываецца з прыроднага газу працэсам нізкатэмпэратурнага разьдзяленьня — так званай фракцыйнай перагонкай.

Гісторыя[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Адкрыцьцё гелю пачалося з 1868 году, калі 18 жніўня пры назіраньні поўнага сонечнага зацьменьня ў Індыі францускі астраном П. Ж. Жансэн заўважыў у спэктры сонечнай кароны жоўтую лінію з даўжынёй хвалі 587,49 нанаметраў. Першапачаткова лічылася, што гэта лінія належыць калю. 20 кастрычніка таго ж году ангельскі астраном Д. Н. Лак’ер прыкмеціў жоўтую лінію ў сонечным спэктры, якую ён назваў D3-лініяй. У 1871 годзе Лак’ер растлумачыў яе паходжаньне прысутнасьцю на Сонцы новага элемэнту. Ён і ангельскі хімік Эдвард Франклэнд далі гелію імя, якое адлюстроўвае гісторыю яго адкрыцьця (ад грэц. Ήλιο (Helio) — сонца). Лак’ер лічыў, што адкрыты элемэнт — мэтал, таму ён выкарыстоўваў у лацінскай назве элемэнту канчатак «-ium», якое звычайна ўжываецца ў назьве мэталаў.

26 сакавіка 1895 году ангелец Ўільям Рамзай атрымаў гель узьдзеяньнем кіслот на прыродную радыеактыўную руду клевяіт. Рамзай шукаў аргон, але пасьля аддзяленьня азоту і кіслароду ад газу, заўважыў ярка-жоўтую лінію, што была падобна на D3-лінію спэктру Сонца. Лак’ер і брытанскі фізык Ўільям Крукс высьветлілі, што гэты газ быў геліем. Гель быў незалежна ад Рамзая выдзелены з клевяіту ў тым жа годзе хімікамі П’ерам Тэадорам Клівам і Авраамам Ланглітам у Швэцыі, якія атрымалі дастатковую колькасьць газу для дакладнага вызначэньня атамнай масы. Гель таксама выдзяліў амерыканскі геахімік Ўільям Фрэнсіс Хілебранд раней за адкрыцьцё Рамзая, калі ён заўважыў незвычайныя спэктральныя лініі, дасьледуючы мінэрал уранініт. Хілебранд, аднак, вырашыў, што гэтыя лініі належаць азоту.

У 1907 годзе Эрнэст Рэзэрфорд і Томас Ройдз паказалі, што альфа-часьцінкі зьяўляюцца ядрамі гелія.

Доўгі час гель быў адзіным газам, які ня быў звадкаваны. Аднак у 1908 годзе галяндскі фізык Хайкэ Камэрлінг Онэс звадкаваў геліў, ахалоджваючы яго да тэмпэратуры ніжэй за 1К. Ён спрабаваў здабыць цьвёрды гель далейшым паніжэньнем тэмпэратуры, аднак гэта зрабіў толькі 1926 годзе яго студэнт Ўільям Хэндрык Кеесам пры ціску 25 атмасфэр.

У 1938 годзе расейскі фізык Пётар Капіца выявіў, што ў гелія-4 амаль адсутнічае вязкасьць (зьява звышцякучасьці). У 1972 годзе гэтую ж зьяву для гелія-3 адкрылі амерыканскія фізыкі Дуглас Д.Ошэроф, Дэвід М.Лі і Роберт К.Рычадсон. У 2004 годзе зьявіліся зьвесткі аб адкрыцьці звышцякучасьці цьвёрдага гелія, аднак інтэпрэтацыя гэтай зьявы не да канца зразумела.

Атрыманьне[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

У цяперашні час гель выдзяляюць з прыродных гелезьмяшчальных газаў, карыстаючыся мэтадам глыбокага ахалоджваньня (гель звадкоўваецца цяжэй усіх астатніх газаў). Радовішчы такіх газаў знаходзяцца ў Расеі, ЗША, Канадзе, Кітаі, Альжыры, Польшчы і Катары. Гель знаходзіцца таксама ў некаторых мінэралах (манацыце, тарыяніце і іншых), пры гэтым з 1 кг мінэрала пры награваньні можна атрымаць да 10 л гелія.

Уласьцівасьці газавай фазы і плазмы гелія[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Гель — найменш хімічна актыўны элемэнт восьмай групы пэрыядычнай сыстэмы элемэнтаў. Большасьць злучэньняў гелія існуюць толькі ў газавай фазе ў выглядзе так званых эксімерных малекул, у якіх устойлівы узбуджаныя электронныя станы і няўстойлівы асноўны стан. Гель утварае двухатамныя малекулы He2, фтарыд HeF, хларыд HeCl (эксімерныя малекулы ўтвараюцца пры дзеяньні электрычнага разраду або УФ выпраменьваньня на сумесь гелія і фтора (хлора)). Пры стандартных тэмпэратуры і ціску гель паводзіць сябе як ідэальны газ. Фактычна пры ўсіх умовах гель монаатамны. Гель мае невялікую малекулярную масу, таму яму ўласьціва большая цеплаправоднасьць, чым у іншых газаў, акрамя вадарода, і яго удзельная цеплаёмістасьць надзвычай высокая. Гель таксама менш растваральны ў вадзе, чым іншыя газы. Хуткасьць яго дыфузіі скрозь цьвёрдыя матэрыялы ў тры разы вышэй, чым у паветра, і прыблізна на 65% вышэй, чым у вадарода. Прыблізны дыяметр малекулы He2 — 0,20 нм. Каэфіцыент праламленьня гелія бліжэй да адзінкі, чым у іншых газаў. Гэты газ мае адмоўны каэфіцыент Джоўля-Томсана пры нармальнай тэмпэратуры асяродзьдзя, гэта значыць награваецца, калі яму даюць магчымасць свабодна расшырацца ў аб’ёме. Толькі ніжэй тэмпэратуры інвэрсіі Джоўля-Томсана (прыблізна 40К пры нармальным ціску) ён астывае ў час свабоднага расшырэньня. Пасьля ахалоджваньня ніжэй гэтай тэмпэратуры, гель можа быць ператвораны ў вадкасьць пры расшыральным ахалоджваньні. Такое ахалоджваньне праводзіцца пры дапамозе дэтандэра.

У Сусьвеце гель пераважна сустракаецца ў выглядзе плазмы. У плазьме электроны і пратоны ня зьвязаны паміж сабой, у выніку чаго плазма мае высокую электраправоднасьць, нават калі газ толькі часткова іянізаваны. На заражаныя часьцінкі моцна ўзьдзейнічаюць магнітнае і электрычнае палі. Напрыклад, у сонечным ветры разам з іянізаваным вадародам, яны узьдзейнічаюць з магнітасфэрай Зямлі, што зьяўляецца прычынай паўночнага зьзяньня.

Уласьцівасьці кандэнсаваных фаз[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Цьвёрды гель здабываецца толькі пад высокім ціскам. Бясколернае, амаль нябачнае цьвёрдае рэчыва лёгка сьціскаецца: пад высокім ціскам яно можа паменшыцца ў аб’ёме на 30%. У адрозьненьні ад іншых элемэнтаў, гель застаецца вадкім пры тэмпэратурах блізкіх да абсалютнага нуля пры нармальным ціску (гэта зьяўляецца эфектам квантавай механікі: нулявы пункт тэмпэратуры занадта высокі для замярзаньня). Цьвёрды гель патрабуе тэмпэратуру 1-1,5К (каля −272 °C) і ціск 2,5МРа. Цьвёрды гель мае крысталічную структуру.

Цьвёрды гель мае шчыльнасьць 214±0,006кг/м³ (1,15К, 66 атмасфэр). Пры тэмпэратурах паміж 1,8К і 1,5К цьвёрды гель мае аднолькавую шчыльнасьць. Гэта можа сьведчыць аб тым, што пры тэмпэратуры 0К і пад ціскам 25 атмасфэр (мінімальны ціск для існаваньня цьвёрдага гелія) ён мае шчыльнасьць 187±9г/м³.

Выкарыстаньне[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Гель выкарыстоўваюць для стварэньня інэртнай і ахоўнай атмасфэры пры вырошчваньні крэмніевых і германіевых крышталяў, у тытанавых і цырконіевых вырабах, у якасьці атмасфэры для аховы гістарычных дакументаў, пры зварцы, рэзцы і плаўцы мэталаў, якія лёгка забруджваюцца паветрам, пры перакачцы ракетнага паліва, у якасьці ахалоджваючай вадкасьці ў некаторых ядзерных рэактарах, для запаўненьня дырыжабляў і аэрастатаў (у гэтых мэтах не выкарыстоўваюць вадарод з прычыны ягонай выбуханебясьпечнасьці), у якасьці кампанэнту актыўнага асяродзьдзя гель-нэонавых лазераў. Гель-3 выкарыстоўваецца для запаўненьня газавых нейтронных дэтэктараў, як рабочае цела геліевых цечашукальнікаў. Вадкі гель — самая халодная вадкасьць на Зямлі, што дазваляе выкарыстоўваць яго для ахалоджваньня мэталаў да звышнізкіх тэмпэратур з мэтай прыданьня ім якасьцяў звышправоднасьці. Гель дрэнна раствараецца ў вадзе, якая зьяўляецца асноўнай часткай крыві чалавека, таму яго выкарыстоўваюць як частку газавай сумясі, якую падаюць для дыханьня вадалазам, што дазваляе прадухіліць кесонную хваробу.

Вонкавыя спасылкі[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Commons-logo.svg  Гельсховішча мультымэдыйных матэрыялаў