Хелият е химичен елемент. Той има химичен символ He, атомен номер 2 и атомно тегло около 4,002602. В естествената си форма е безцветен, без мирис и при нормални условия е газ. Хелият е вторият най-разпространен елемент във Вселената след водорода. Астрономите установяват наличието му още през 1868 г., когато неговият спектър е идентифициран в светлината от Слънцето — откритие, което предхожда първото вземане на проба от Земята.

Основни физични и химични свойства

  • Електронна конфигурация: 1s2 — затворен електронен слой, което обяснява химическата инертност.
  • Състояние при STP: газ.
  • Плътност: по-малка от плътността на въздуха, поради което използването му за пълнене на балони и дирижабли дава плаваемост.
  • Температура на кипене: около -268,93 °C (4,22 K) — най-ниската сред всички елементи.
  • Твърдо състояние: при атмосферно налягане хелият не се превръща в твърдо вещество; за да се получи твърд хелий е необходимо високо налягане и много ниски температури.
  • Йонизационна енергия (първа): много висока (~24,6 eV), отново поради стабилния електронен слой.
  • Химична инертност: хелият е благороден газ и почти не образува съединения при нормални условия (въпреки че при екстремни налягания са наблюдавани редки форми на свързване, напр. с натрий).
  • Оптични свойства: сам по себе си е невидим, но при разряд в електрическо поле дава червено-оранжево сияние.

Изотопи

Съществуват около девет известни изотопа на хелия, от които само два са стабилни: 3He и 4He. 4He е далеч най-разпространеният в природата и се образува главно при радиоактивен разпад на тежки елементи и при ядрен синтез в звездите. 3He е редък на Земята и може да бъде създаван при разпад на тритий или да се намира в малки количества в природния газ. 4He показва явлението суперфлуидност при температури под т.нар. "лямбда-точка" (~2,17 K), а 3He също може да стане суперфлуид, но при много по-ниски температури (миликелвинови стойности).

История

Наличието на хелий е открито първо в слънчевия спектър през 1868 г. (от астрономите Pierre Janssen и Norman Lockyer), по-късно той е открит в проби от Земята през 1895 г. от William Ramsay, който изолира газ от минерала клеваит (cleveite). Името "хелий" произхожда от гръцката дума "Helios" — Слънце.

Получаване и глобални запаси

На Земята хелият се добива предимно като страничен продукт при изчистване и разделяне на природен газ. Някои природни газови находища съдържат значителни количества хелий и оттам се извлича чрез фракционна дестилация и други методи на газова сепарация. Основни производители и източници на комерсиален хелий са находища в Съединените щати, Катар, Алжир, Русия и други страни. Поради ограничените наземни запаси и специфичните условия на формиране хелият се разглежда като стратегически ресурс; в индустрията се прилагат рециклиране и възстановяване за пестене.

Приложения

  • Пълнене на балони и дирижабли, тъй като не е запалим и е по-лек от въздуха.
  • Криогенни приложения: ликвидиран хелий се използва за охлаждане на свръхпроводящи магнити в апарати като магнитно-резонансни томографи (MRI) и в научни изследвания при ултраниски температури.
  • Нискотемпературна физика — изследване на суперфлуидност, квантови ефекти и други свойства при близки до абсолютната нула температури.
  • Защитни газове при заваряване (в някои процеси, често в смеси).
  • Дихателни смеси за дълбоко гмуркане (например heliox и trimix), които намаляват риска от азотна наркоза и намаляват плътността на дишането.
  • Електрически и газоразрядни лампи, газоаналитични уреди и газова хроматография (понеже е инертен и не реагира).
  • Откриване на течове — тъй като хелият е лек и невзаимодействащ, се използва в мас-спектрометрични детектори за локализиране на микро-пропуски.
  • Научноизследователски приложения — частици-детектори, нискотемпературни лаборатории, квантови изчисления и др.

Безопасност и ефекти върху здравето

  • Хелият сам по себе си не е токсичен, но може да причини хипоксия (недостиг на кислород), ако заместии нормалния въздух при вдишване — това може да доведе до припадък или смърт.
  • Вдишването на хелий предизвиква временни промени в тембъра на гласа (гласът звучи по-високо), но това е шега, която може да бъде опасна при продължително или многократно вдишване.
  • Инхалиране от балонови контейнери под високо налягане може да доведе до баротравми (увреждане на дробовете) и други наранявания.
  • Ликвидиран хелий причинява тежки студени изгаряния (фростбайт) при контакт с кожа или тъкани.

Интересни факти

  • 4He е съставна част на алфа-частиците, които се отделят при някои видове радиоактивен разпад.
  • Хелият е почти напълно неутрален химически — при нормални условия не реагира с други елементи, но при екстремни условия (високо налягане) са синтезирани редки съединения или инертни съединения, например компаунди като Na2He под голямо налягане, показващи, че и благородните газове могат да участват в свързване при специфични условия.
  • Заради ниската си точка на кипене и уникалните си квантови свойства, хелият е ключов за изследванията на квантовите течности и суперфлуидността.