Властивості гелію

В 1881 р. Про відкриття гелію у вулканічних газах повідомив італійський учений Пальмієрі. Однак його повідомлення, згодом підтверджене, мало хто із учених прийняв всерйоз. Удруге земний гелій був відкритий Рамзаєм в 1895 р.

У земній корі налічується 29 ізотопів, при радіоактивному розпаді яких утворяться альфа частки – високоактивні, що володіють великою енергією ядра атомів гелію.

В основному земний гелій утвориться при радіоактивному розпаді урану-238, урану-235, торію й нестабільних продуктів їхнього розпаду. Незрівнянно менші кількості гелію дає повільний розпад самарію-147 і вісмуту. Всі ці елементи породжують тільки важкий ізотоп гелію – 4Не, чиї атоми можна розглядати як останки альфа часток, поховані в оболонці із двох спарених електронів – в електронному дублеті. У ранні геологічні періоди, імовірно, існували й інші, що вже зникли з лиця Землі, природно радіоактивні ряди елементів, що насичували планету гелієм. Одним з них був нині штучно відтворений нептунієвий ряд.

По кількості гелію, замкнутого в гірській породі або мінералі, можна судити про їхній абсолютний вік. В основі цих вимірів лежать закони радіоактивного розпаду: так, половина урану-238 за 4,52 млрд. років перетворюється в гелій і свинець.

Гелій у земній корі накопичується повільно. Одна тонна граніту, що містить 2 г урани й 10 г торію, за мільйон років продукує усього 0,09 мг гелію – половину кубічного сантиметра. У далеко не всіх багатих ураном і торієм мінералах зміст гелію досить великий – кілька кубічних сантиметрів гелію на грам. Однак частка цих мінералів у природному виробництві гелію близька до нуля, тому що вони дуже рідкі.Природні сполуки, у складі яких є альфа активні ізотопи, - це тільки першоджерело, але не сировина для промислового одержання гелію. Правда, деякі мінерали, що володіють щільною структурою – самородні метали, магнетит, гранат, апатит, циркон й інші, - міцно втримують ув’язнений у них гелій. Однак більшість мінералів із часом піддаються процесам вивітрювання, перекристалізації й т.д., і гелій з них іде.

Гелієві пухирці, що вивільнилися із кристалічних структур, відправляються в подорож по земній корі. Дуже незначна частина їх розчиняється в підземних водах. Для утворення більш-менш концентрованих розчинів гелію потрібні особливі умови, насамперед більші тиски. Інша частина гелію, що кочує, через пори й тріщини мінералів виходить в атмосферу. Інші молекули газу попадають у підземні пастки, у яких нагромаджуються протягом десятків, сотень мільйонів років. Пастками служать шари пухких порід, порожнечі яких заповнюються газом. Ложем для таких газових колекторів звичайно служать вода й нафта, а зверху їх перекривають газонепроникні товщі щільних порід.

Тому що в земній корі мандрують й інші гази (головним чином метан, азот, вуглекислота), і притім у набагато більших кількостях, те чисто гелієвих скупчень не існує. Гелій у природних газах присутній як незначна домішка. Зміст його не перевищує тисячних, сотих, рідко – десятих часток відсотка. Більша (1,5...10%) геліємісність метано-азотних родовищ – явище вкрай рідке.

Природні гази виявилися практично єдиним джерелом сировини для промислового одержання гелію. Для відділення від інших газів використають виняткову летючість гелію, пов’язану з його низькою температурою скраплення. Після того як всі інші компоненти природного газу сконденсуються при глибокому охолодженні, газоподібний гелій відкачують. Потім його очищають від домішок. Чистота заводського гелію досягає 99,995%.

Запаси гелію на Землі оцінюються в 5•1014 м3; судячи ж з вирахунків, його накопичилось в земній корі за 2 млрд. Років в десятки разів більше. Таке розходження теорії з практикою можна пояснити. Гелій – легкий газ и, подібно водню (хоч і повільніше), не розлітається з атмосфери в світовий простір. Ймовірно, за час існування Землі гелій нашої планети неодноразово обновлювався – старий розсіювався в космос, а замість нього в атмосферу потрапляв свіжий – «той, що видихається» Землею.

У літосфері гелію щонайменше в 200 тис. Раз більше, ніж в атмосфері; ще більше потенційного гелію зберігається в «утробі» Землі – в альфа активних елементах. Але загальний зміст цього елемента в Землі й атмосфері невеликий. Гелій – рідкий газ. На 1 кг земного матеріалу доводиться всього 0,003 мг гелію, а зміст його в повітрі – 0,00052 об’ємного відсотка. Настільки мала концентрація не дозволяє поки економно витягати гелій з повітря.

Особливості властивостей гелію. Надтекучість

НАДТЕКУЧІСТЬ, унікальний стан рідини, що виникає в гелії при дуже низьких температурах. Надтекуча рідина відрізняється від звичайних рідин тим, що її в'язкість дорівнює нулю. Вона може протікати через найтонші капіляри без усякого опору. Незвичайні властивості надтекуча рідини порозуміваються тим, що поводження рідини в цілому визначається законами квантової механіки.