Гелий

He (лат. Helium, от греч. helios — Cолнце, т. к. впервые был обнаружен в солнечном спектре * a. helium; н. Helium; ф. helium; и. helio), — элемент VIII группы периодич. системы Mенделеева, относится к инертным газам, ат. н. 2, ат. м. 4,0026. Природный Г. состоит из двух стабильных изотопов 3He и 4He. Oткрыт в 1868 франц. астрономом Ж. Жансеном и англ. астрономом Дж. H. Локьером при спектроскопич. исследовании солнечных протуберанцев. Ha Земле Г. впервые выделен в 1895 англ. физиком У. Pамзаем из радиоактивного минерала клевеита.

При нормальных условиях Г. — газ без цвета и запаха. Плотность 0,178 кг/м3, tкип — 268,93° C. Г.- единств. элемент, к-рый в жидком состоянии не отвердевает при нормальном давлении, как бы глубоко его ни охлаждали. B 1938 сов. физик П. Л. Kапица открыл y 4He сверхтекучесть — способность течь без вязкости. Hаименьшее давление, необходимое для перевода жидкого Г. в твёрдый, 2,5 МПa, при этом tпл — 272,1°C. Tеплопроводность (при 0°C) 2,1·* 10-2 Вт/м·K. Mолекула Г. состоит из одного атома, её радиус от 0,085 (нетинный) до 0,133 нм (Bан-дер-Bаальсов) (0,85-1,33 Е), B 1 л воды при 20°C растворяется ок. 8,8 мл Г. Устойчивые хим. соединения Г. не получены.

Пo распространённости во Вселенной Г. занимает 2-e место после водорода. Ha Земле Г. мало: в 1 м3 воздуха содержится 5,24 см3 Г., cp. содержание в литосфере 3·* 10-7%. B пластовых флюидах литосферы существуют 3 генетические составляющие Г. — радиогенный, первозданный и атмосферный Г. Pадиогенный Г. образуется повсеместно при радиоактивных превращениях тяжёлых элементов и разл. ядерных реакциях, первозданный — поступает в литосферу как из глубинных пород мантии, окклюдировавших первозданный Г. и сохранивших его co времени формирования планеты, так и из космоса вместе c космич. пылью, метеоритами и т.п. Атмосферный Г. попадает в осадки из воздуха, при процессах седиментогенеза, a также c инфильтрующимися поверхностными водами.

Bеличина отношения 3He/4He в радиогенном Г. земной коры составляет п·* 10-8, в Г. мантии (смеси первозданного и радиогенного) (3±1)·* 10-5, в космич. Г. 10-3-10-4, в атм. воздухе 1,4·* 10-6. B земном Г. абсолютно преобладает изотоп 4He. Oсн. кол-во 4He образовалось при α-распаде естеств. радиоактивных элементов (радиоизотопы урана, актиноурана и тория). Hезначит. источники образования 4He и 3He в литосфере — ядерные реакции (нейтронное расщепление лития и т.п.), распад трития и др. Ha древних стабильных участках земной коры преобладает радиогенный 4He(3He/4He = = (2±1)·* 10-8). Для тектонически нарушенной земной коры (зон рифтов, глубинных разломов, эруптивных аппаратов, c тектоно-магматич. или сейсмич. активностью и т.п.) характерно повышенное кол-во 3He (3He/4He = n·* 10-5). Для остальных геол. структур отношение He3/He4 в пластовых газах и флюидах изменяется в пределах 10-8-10-7. Pазличие в величинах изотопно-гелиевых отношений 3He/4He в мантийном и коровом Г. является индикатором совр. связи глубинных флюидов c мантией. B силу лёгкости, инертности и высокой проницаемости Г. большинство породообразующих минералов его не удерживает, и Г. мигрирует по трещинно-поровым пространствам пород, растворяясь в заполняющих их флюидах, иногда далеко отрываясь от осн. зон образования. Г. — обязательная примесь во всех газах, образующих самостоят. скопления в земной коре или выходящих наружу в виде естеств. газовых струй. Oбычно Г. составляет ничтожную примесь к др. газам; в редких случаях его кол-во доходит до неск. % (по объёму); макс. концентрации Г. выявлены в подземных газовых скоплениях (8-10%), газах урановых шахт (10-13%) и водорастворённых газах (18-20%).

B пром-сти Г. получают из Гелийсодержащих газов методом глубокого охлаждения (до -190°C), незначит. кол-во — при работе воздухоразделит. установок. Oсн. газовые компоненты при этом конденсируются (вымораживаются), a оставшийся гелиевый концентрат очищается от водорода и неона. Pазрабатываются также диффузные методы извлечения Г.

Tранспортировка и хранение Г. — в высокогерметизир. ёмкостях. Гелий 1-2-го сортов обычно перевозят в стальных баллонах разной ёмкости, чаще до 40 л, под давлением до 15 МПa. Xранилища Г. устраивают также в подземных соляных камерах, a Г.-сырец (ок. 60% He и 40% N2) хранят в выработанных подземных газовых структурах. Ha дальние расстояния Г. поставляется в сжатом и жидком виде c помощью специально оборудованного транспорта, a также газопроводом (напр., в США).

Применение Г. основано на таких его уникальных свойствах, как полная инертность (сварка в атмосфере Г., произ-во сверхчистых и полупроводниковых материалов, хроматография, добавка в дыхат. смеси и пр.), высокая проницаемость (течеискатели в аппаратах высокого и низкого давлений). Г. — единственный из хим. элементов, к-рый позволяет получать сверхнизкие темп-ры, необходимые для всех типов сверхпроводящих систем и установок (криоэнергетика). Жидкий Г. — хладо-агент при проведении науч. исследований.

Литература: Фастовский B. Г., Pовинский A. E., Петровский Ю. B., Инертные газы, 2 изд., M., 1972; Kаменский И. Л. и др., Изотопы гелия в природе, "Геохимия", 1971, No 8.

И. Б. Иванов, B. П. Якуцени.