Степень окисления гелия (He), формула и примеры

Общие сведения о степени окисления гелия

По физическим свойствам гелий наиболее близок к молекулярному водороду. Вследствие ничтожной поляризуемости атомов гелия у него самые низкие температуры кипения (-269^oС) и плавления (-271^oС при 2,5×10⁶ Па).

Гелий по сравнению с другими элементами обладает наибольшей энергией ионизации атома (24,59 эВ). Особая устойчивость электронной структуры атома отличает гелий от остальных элементов Периодической системы Д.И. Менделеева.

Гелий хуже других газов растворяется в воде и других растворителях. В 1 л воды, например, растворяется при 0^oС менее 10 мл гелия, т.е. в два с лишним раза меньше, чем молекул водорода (H₂), и в 51000 раз меньше, чем молекул хлороводорода (HCl).

После водорода гелий – самый легкий из всех газов. Он более чем в 7 раз легче воздуха.

Степень окисления гелия в соединениях

Гелий – элемент VIIIA группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Его внешний энергетический уровень заполнен, из-за чего он наименее химически активен, чем другие химические элементы (входит в группу элементов под названием инертные газы). Степень окисления гелия равна

нулю.

Однако, известно, что гелий способен образовывать молекулы состава He₂⁺, HeF и HeCl, т.е. фактически проявлять степень окисления равную (+1).

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

ru.solverbook.com

Гелий — это… Что такое Гелий?

Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Имя, символ, номер	Ге́лий/Helium (He), 2
Атомная масса (молярная масса)	4,002602 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	1s2
Радиус атома	? (31)[1]пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	28[1]пм
Радиус иона	93[1]пм
Электроотрицательность	4,5 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	0
Энергия ионизации (первый электрон)	2361,3(24,47) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	0,147 (при −270 °C) 0,00017846 (при +20 °C) г/см³
Температура плавления	0,95 (при 2,5 МПа)
Температура кипения	4,215 (для 4He)[2]
Теплота испарения	0,08 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	20,79[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	31,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=3,570; c=5,84 Å
Отношение c/a	1,633
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 0,152 Вт/(м·К)

Ге́лий

 — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 2. Расположен в главной подгруппе восьмой группы, первом периоде периодической системы. Возглавляет группу инертных газов в периодической системе Менделеева. Обозначается символом He (лат. Helium). Простое вещество гелий (CAS-номер: 7440-59-7) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Гелий — один из наиболее распространённых элементов во Вселенной, он занимает второе место после водорода. Также гелий является вторым по лёгкости (после водорода) химическим веществом.

Гелий добывается из природного газа процессом низкотемпературного разделения — так называемой фракционной перегонкой (см. Фракционная дистилляция в статье Дистилляция).

История

18 августа 1868 года французский учёный Пьер Жансен, находясь во время полного солнечного затмения в индийском городе Гунтур, впервые исследовал хромосферу Солнца. Жансену удалось настроить спектроскоп таким образом, чтобы спектр короны Солнца можно было наблюдать не только при затмении, но и в обычные дни. На следующий же день спектроскопия солнечных протуберанцев наряду с линиями водорода — синей, зелено-голубой и красной — выявила очень яркую жёлтую линию, первоначально принятую Жансеном и другими наблюдавшими её астрономами за линию D натрия. Жансен немедленно написал об этом во Французскую Академию наук. Впоследствии было установлено, что ярко-жёлтая линия в солнечном спектре не совпадает с линией натрия и не принадлежит ни одному из ранее известных химических элементов

[3]^[4].

Спустя два месяца 20 октября английский астроном Норман Локьер, не зная о разработках французского коллеги, также провёл исследования солнечного спектра. Обнаружив неизвестную жёлтую линию с длиной волны 588 нм (более точно 587,56 нм), он обозначил её D₃, так как она была очень близко расположена к Фраунгоферовым линиям D₁ (589,59 нм) и D

2 (588,99 нм) натрия. Спустя два года Локьер, совместно с английским химиком Эдвардом Франкландом, в сотрудничестве с которым он работал, предложил дать новому элементу название «гелий» (от др.-греч. ἥλιος — «солнце»)^[4].

Интересно, что письма Жансена и Локьера пришли во Французскую Академию наук в один день — 24 октября 1868 года, однако письмо Локьера, написанное им четырьмя днями ранее, пришло на несколько часов раньше. На следующий день оба письма были зачитаны на заседании Академии. В честь нового метода исследования протуберанцев Французская академия решила отчеканить медаль. На одной стороне медали были выбиты портреты Жансена и Локьера над скрещенными ветвями лавра, а на другой — изображение мифического бога Солнца Аполлона, правящего в колеснице четверкой коней, скачущей во весь опор^[4].

В 1881 году итальянец Луиджи Пальмиери опубликовал сообщение об открытии им гелия в вулканических газах (фумаролах). Он исследовал светло-желтое маслянистое вещество, оседавшее из газовых струй на краях кратера Везувия. Пальмиери прокаливал этот вулканический продукт в пламени бунзеновской горелки и наблюдал спектр выделявшихся при этом газов. Ученые круги встретили это сообщение с недоверием, так как свой опыт Пальмиери описал неясно. Спустя многие годы в составе фумарол действительно были найдены небольшие количества гелия и аргона

[4].

Только через 27 лет после своего первоначального открытия гелий был обнаружен на Земле — в 1895 году шотландский химик Уильям Рамзай, исследуя образец газа, полученного при разложении минерала клевеита, обнаружил в его спектре ту же ярко-жёлтую линию, найденную ранее в солнечном спектре. Образец был направлен для дополнительного исследования известному английскому ученому-спектроскописту Уильяму Круксу, который подтвердил, что наблюдаемая в спектре образца жёлтая линия совпадает с линией D₃ гелия. 23 марта 1895 года Рамзай отправил сообщение об открытии им гелия на Земле в Лондонское королевское общество, а также во Французскую академию через известного химика Марселена Бертло

[4].

Шведские химики П. Клеве и Н. Ленгле смогли выделить из клевеита достаточно газа, чтобы установить атомный вес нового элемента^{[источник не указан 1252 дня]}.

В 1896 году Генрих Кайзер, Зигберт Фридлендер, а еще через два года Эдвард Бэли окончательно доказали присутствие гелия в атмосфере^[4][5][6].

Еще до Рамзая гелий выделил также американский химик Фрэнсис Хиллебранд, однако он ошибочно полагал, что получил азот^[6] и в письме Рамзаю признал за ним приоритет открытия.

Исследуя различные вещества и минералы, Рамзай обнаружил, что гелий в них сопутствует урану и торию. Но только значительно позже, в 1906 году, Резерфорд и Ройдс установили, что альфа-частицы радиоактивных элементов представляют собой ядра гелия. Эти исследования положили начало современной теории строения атома

[7].

График зависимости теплоёмкости жидкого гелия от температуры

Только в 1908 году нидерландскому физику Хейке Камерлинг-Оннесу удалось получить жидкий гелий дросселированием (см. Эффект Джоуля — Томсона), после того как газ был предварительно охлажден в кипевшем под вакуумом жидком водороде. Попытки получить твёрдый гелий еще долго оставались безуспешными даже при температуре в 0,71 K, которых достиг ученик Камерлинг-Оннеса — немецкий физик Виллем Хендрик Кеезом. Лишь в 1926 году, применив давление выше 35 атм и охладив сжатый гелий в кипящем под разрежением жидком гелии, ему удалось выделить кристаллы^[8].

В 1932 году Кеезом исследовал характер изменения теплоёмкости жидкого гелия с температурой. Он обнаружил, что около 2,19 K медленный и плавный подъём теплоёмкости сменяется резким падением и кривая теплоёмкости приобретает форму греческой буквы λ (лямбда). Отсюда температуре, при которой происходит скачок теплоёмкости, присвоено условное название «λ-точка»

[8]. Более точное значение температуры в этой точке, установленное позднее — 2,172 K. В λ-точке происходят глубокие и скачкообразные изменения фундаментальных свойств жидкого гелия — одна фаза жидкого гелия сменяется в этой точке на другую, причем без выделения скрытой теплоты; имеет место фазовый переход II рода. Выше температуры λ-точки существует так называемый гелий-I, а ниже её — гелий-II^[8].

В 1938 году советский физик Пётр Леонидович Капица открыл явление сверхтекучести жидкого гелия-II, которое заключается в резком снижении коэффициента вязкости, вследствие чего гелий течёт практически без трения^[8][9]. Вот что он писал в одном из своих докладов про открытие этого явления^[10]:

… такое количество тепла, которое фактически переносилось, лежит за пределами физических возможностей, что тело ни по каким физическим законам не может переносить больше тепла, чем его тепловая энергия, помноженная на скорость звука. С помощью обычного механизма теплопроводности тепло не могло переноситься в таком масштабе, как это наблюдалось. Надо было искать другое объяснение.

И вместо того, чтобы объяснить перенос тепла теплопроводностью, то есть передачей энергии от одного атома к другому, можно было объяснить его более тривиально — конвекцией, переносом тепла в самой материи. Не происходит ли дело так, что нагретый гелий движется вверх, а холодный опускается вниз, благодаря разности скоростей возникают конвекционные токи, и таким образом происходит перенос тепла. Но для этого надо было предположить, что гелий при своем движении течет без всякого сопротивления. У нас уже был случай, когда электричество двигалось без всякого сопротивления по проводнику. И я решил, что гелий так же движется без всякого сопротивления, что он является не сверхтеплопроводным веществом, а сверхтекучим. …
… Если вязкость воды равняется 10⁻² П, то это в миллиард раз более текучая жидкость, чем вода …

Происхождение названия

От греч. ἥλιος — «Солнце» (см. Гелиос). Любопытен тот факт, что в названии элемента было использовано характерное для металлов окончание «-ий» (по лат. «-um» — «Helium»), так как Локьер предполагал, что открытый им элемент является металлом. По аналогии с другими благородными газами логично было бы дать ему имя «гелион» («Helion»)^[4]. В современной науке название «гелион» закрепилось за ядром лёгкого изотопа гелия — гелия-3.

Распространённость

Во Вселенной

Гелий занимает второе место по распространённости во Вселенной после водорода — около 23 % по массе^[11]. Однако на Земле гелий редок. Практически весь гелий Вселенной образовался в первые несколько минут после Большого Взрыва^[12][13], во время первичного нуклеосинтеза. В современной Вселенной почти весь новый гелий образуется в результате термоядерного синтеза из водорода в недрах звёзд (см. протон-протонный цикл, углеродно-азотный цикл). На Земле он образуется в результате альфа-распада тяжёлых элементов (альфа-частицы, излучаемые при альфа-распаде — это ядра гелия-4)^[14]. Часть гелия, возникшего при альфа-распаде и просачивающегося сквозь породы земной коры, захватывается природным газом, концентрация гелия в котором может достигать 7 % от объёма и выше.

Земная кора

В рамках восьмой группы гелий по содержанию в земной коре занимает второе место (после аргона)^[15].

Содержание гелия в атмосфере (образуется в результате распада Ac, Th, U) — 5,27·10⁻⁴ % по объёму, 7,24·10⁻⁵ % по массе^[2][6][14]. Запасы гелия в атмосфере, литосфере и гидросфере оцениваются в 5·10¹⁴ м³^[2]. Гелионосные природные газы содержат как правило до 2 % гелия по объёму. Исключительно редко встречаются скопления газов, гелиеносность которых достигает 8 — 16 %^[14].

Среднее содержание гелия в земном веществе — 0,003 мг/кг или 0,003 г/т^[14]. Наибольшая концентрация гелия наблюдается в минералах, содержащих уран, торий и самарий: клевеите, фергюсоните, самарските, гадолините, монаците (монацитовые пески в Индии и Бразилии), торианите. Содержание гелия в этих минералах составляет 0,8 — 3,5 л/кг, а в торианите оно достигает 10,5 л/кг^[6][14]. Этот гелий является радиогенным и содержит лишь изотоп ⁴He, он образуется из альфа-частиц, излучаемых при альфа-распаде урана, тория и их дочерних радионуклидов.

Определение

Качественно гелий определяют с помощью анализа спектров испускания (характеристические линии 587,56 нм и 388,86 нм), количественно — масс-спектрометрическими и хроматографическими методами анализа, а также методами, основанными на измерении физических свойств (плотности, теплопроводности и др.)^[2].

Физические свойства

Гелий — практически инертный химический элемент.

Простое вещество гелий — нетоксично, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях представляет собой одноатомный газ. Его точка кипения (T = 4,215 K для ⁴He) наименьшая среди всех простых веществ; твёрдый гелий получен лишь при давлениях выше 25 атмосфер — при атмосферном давлении он не переходит в твёрдую фазу даже при крайне близких к абсолютному нулю температурах. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при нормальных условиях.

Химические свойства

Гелий — наименее химически активный элемент восьмой группы таблицы Менделеева (инертные газы) ^[16]. Многие соединения гелия существуют только в газовой фазе в виде так называемых эксимерных молекул, у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Гелий образует двухатомные молекулы He₂⁺, фторид HeF, хлорид HeCl (эксимерные молекулы образуются при действии электрического разряда или ультрафиолетового излучения на смесь гелия с фтором или хлором).

Энергия связи молекулярного иона гелия He₂⁺ составляет 58 ккал/моль, равновесное межъядерное расстояние 1,09 Å.^[17]

Известно химическое соединение гелия LiHe (возможно, имелось в виду соединение LiHe₇)^[18][19].

Свойства в газовой фазе

Спектральные линии гелия

При нормальных условиях гелий ведёт себя практически как идеальный газ. При всех условиях гелий является моноатомным веществом. При нормальных условиях, плотность составляет 0,17847 кг/м³, обладает тепло­проводностью 0,1437 ^Вт⁄_(м·К) — бо́льшей, чем у всех других газов за исключением водорода, а его удельная теплоёмкость чрезвычайно высока (с_р = 5,23 ^кДж⁄_(кг·К), для сравнения — 14,23 ^кДж⁄_(кг·К) для Н₂).

Символ элемента, выполненный из газоразрядных трубок, наполненных гелием

При пропускании тока через заполненную гелием трубку наблюдаются разряды различных цветов, зависящих главным образом от давления газа в трубке. Обычно видимый свет спектра гелия имеет жёлтую окраску. По мере уменьшения давления происходит смена цветов — розового, оранжевого, жёлтого, ярко-жёлтого, жёлто-зелёного и зелёного. Это связано с присутствием в спектре гелия нескольких серий линий, расположенных в диапазоне между инфракрасной и ультрафиолетовой частями спектра, важнейшие линии гелия в видимой части спектра лежат между 706,52 нм и 447,14 нм^[8]. Уменьшение давления приводит к увеличению длины свободного пробега электрона, то есть к возрастанию его энергии при столкновении с атомами гелия. Это приводит к переводу атомов в возбуждённое состояние с бо́льшей энергией, в результате чего и происходит смещение спектральных линий от инфракрасного к ультрафиолетовому краю.

Хорошо изученный спектр гелия имеет два резко различных набора серий линий — единичных (¹S₀) и триплетных (³S₁), поэтому в конце 19 века Локьер, Рунге и Пашен предположили, что гелий состоит из смеси двух газов; один из них имел в спектре жёлтую линию 587,56 нм, другой — зелёную 501,6 нм. Этот второй газ они предложили назвать астерием (Asterium) от греч. звёздный. Однако Рамзай и Траверс показали, что спектр гелия зависит от условий: при давлении газа 7—8 мм рт.ст. наиболее ярка жёлтая линия; при уменьшении давления увеличивается интенсивность зелёной линии. Спектры атома гелия были объяснены Гейзенбергом в 1926 г.^[20] (см. Обменное взаимодействие). Спектр зависит от взаимного направления спинов электронов в атоме — атом с противоположно направленными спинами (дающий зелёную линию в оптических спектрах) получил название парагелия, с сонаправленными спинами (с жёлтой линией в спектре) назван ортогелием. Линия парагелия — одиночки, линии ортогелия — весьма узкие триплеты. Атом гелия в нормальных условиях находится в одиночном (синглетном) состоянии. Чтобы атом гелия перевести в триплетное состояние, нужно затратить работу в 19,77 эВ. Переход атома гелия из триплетного состояния в синглетное сам по себе осуществляется чрезвычайно редко. Такое состояние, из которого переход в более глубокое сам по себе маловероятен, носит название метастабильного. Вывести атом из метастабильного состояния в стабильное можно, подвергая атом внешнему воздействию, например, электронным ударом или при столкновении с другим атомом с передачей последнему непосредственно энергии возбуждения.^[21] В атоме парагелия (синглетного состояния гелия) спины электронов направлены противоположно, и суммарный спиновый момент равен нулю. В триплетном состоянии (ортогелий) спины электронов сонаправлены, суммарный спиновый момент равен единице. Принцип Паули запрещает двум электронам находиться в состоянии с одинаковыми квантовыми числами, поэтому электроны в низшем энергетическом состоянии ортогелия, имея одинаковые спины, вынуждены иметь различные главные квантовые числа: один электрон находится на 1s-орбитали, а второй — на более удалённой от ядра 2s-орбитали (состояние оболочки 1s2s). У парагелия оба электрона находятся в 1s-состоянии (состояние оболочки 1s²).

Спонтанный интеркомбинационный (то есть сопровождающийся изменением суммарного спина) переход с излучением фотона между орто- и парагелием чрезвычайно сильно подавлен, однако возможны безызлучательные переходы при взаимодействии с налетающим электроном или другим атомом.

В бесстолкновительной среде (например, в межзвёздном газе) спонтанный переход из нижнего состояния ортогелия 2³S₁ в основное состояние парагелия 1⁰S₁ возможен путём излучения одновременно двух фотонов или в результате однофотонного магнитно-дипольного перехода (M1). В этих условиях расчётное время жизни атома ортогелия за счёт двухфотонного распада 2³S₁ → 1⁰S₁ + 2γ составляет 2,49·10⁸ с, или 7,9 года^[22]. Первые теоретические оценки^[23] показывали^[24], что время жизни за счёт магнитно-дипольного перехода на порядки больше, то есть что доминирует двухфотонный распад. Лишь через три десятилетия, после неожиданного открытия запрещённых триплетно-синглетных переходов некоторых гелиеподобных ионов в спектрах солнечной короны^[25] было обнаружено^[26], что однофотонный магнитно-дипольный распад 2³S₁-состояния значительно более вероятен; время жизни при распаде по этому каналу составляет «всего» 8·10³ с^[27].

Следует отметить, что время жизни первого возбуждённого состояния атома парагелия 2⁰S₁ также крайне велико по атомным масштабам. Правила отбора для этого состояния запрещают однофотонный переход 2⁰S₁ → 1⁰S₁ + γ^[28], а для двухфотонного распада время жизни составляет 19,5 мс^[22].

Гелий менее растворим в воде, чем любой другой известный газ. В 1 л воды при 20 °C растворяется около 8,8 мл (9,78 при 0 °C, 10,10 при 80 °C), в этаноле — 2,8 мл/л (15 °C), 3,2 мл/л (25 °C). Скорость его диффузии сквозь твёрдые материалы в три раза выше, чем у воздуха, и приблизительно на 65 % выше, чем у водорода.

Коэффициент преломления гелия ближе к единице, чем у любого другого газа. Этот газ имеет отрицательный коэффициент Джоуля — Томсона при нормальной температуре среды, то есть он нагревается, когда ему дают возможность свободно увеличиваться в объёме. Только ниже температуры инверсии Джоуля — Томсона (приблизительно 40 К при нормальном давлении) он остывает во время свободного расширения. После охлаждения ниже этой температуры гелий может быть превращён в жидкость при расширительном охлаждении. Такое охлаждение производится при помощи детандера.

Свойства конденсированных фаз

В 1908 году Х.Камерлинг-Оннес впервые смог получить жидкий гелий. Твёрдый гелий удалось получить лишь под давлением 25 атмосфер при температуре около 1 К (В. Кеезом, 1926). Кеезом также открыл наличие фазового перехода гелия-4 (⁴He) при температуре 2,17K; назвал фазы гелий-I и гелий-II (ниже 2,17 K). В 1938 году П. Л. Капица обнаружил, что у гелия-II отсутствует вязкость (явление сверхтекучести). В гелии-3 сверхтекучесть возникает лишь при температурах ниже 0,0026 К. Сверхтекучий гелий относится к классу так называемых квантовых жидкостей, макроскопическое поведение которых может быть описано только с помощью квантовой механики. В 2004 году появилось сообщение об открытии сверхтекучести твёрдого гелия (т. н. эффект суперсолид) при исследовании его в торсионном осцилляторе. Однако многие исследователи сходятся во мнении, что обнаруженный в 2004 году эффект не имеет ничего общего со сверхтекучестью кристалла. В настоящее время продолжаются многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, целью которых является понимание истинной природы данного явления.

Изотопы

Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: ⁴He (изотопная распространённость — 99,99986 %) и гораздо более редкого ³He (0,00014 %; содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьироваться в довольно широких пределах). Известны ещё шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия.

Получение

В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие > 0,1 % гелия). 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 %).

В России газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов. В настоящее время гелий извлекается на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург»^[29] в Оренбурге из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский гелий имеет высокую себестоимость. Актуальной проблемой является освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири с высоким содержанием гелия (0,15-1 % об.), что позволит намного снизить его себестоимость.

По производству гелия лидируют США (140 млн м³ в год), затем — Алжир (16 млн м³). Россия занимает третье место в мире — 6 млн м³ в год. Мировые запасы гелия составляют 45,6 млрд м³.

В 2003 г. производство гелия в мире составило 110 млн м3, в том числе в США — 87 млн м3, Алжире — 16 млн м3, России — более 6 млн м3, Польше — около 1 млн м3.^[30]

Транспортировка

Для транспортировки газообразного гелия используются стальные баллоны (ГОСТ 949-73) коричневого цвета, помещаемые в специализированные контейнеры. Для перевозки можно использовать все виды транспорта при соблюдении соответствующих правил перевозки газов.

Для перевозки жидкого гелия применяются специальные транспортные сосуды типа СТГ-10, СТГ-25 и т. п. светло-серого цвета объёмом 10, 25, 40, 250 и 500 литров, соответственно. При выполнении определённых правил транспортировки может использоваться железнодорожный, автомобильный и другие виды транспорта. Сосуды с жидким гелием обязательно должны храниться в вертикальном положении.

Применение

Уникальные свойства гелия широко используются в промышленности и народном хозяйстве:

В геологии

Гелий — удобный индикатор для геологов. При помощи гелиевой съёмки^[31] 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. Это явление было впервые установлено советским геофизиком И. Н. Яницким во время поисков урановых руд. Эта закономерность используется для исследования глубинного строения Земли и поиска руд цветных и редких металлов^[32].

В астрономии

В честь гелия назван астероид (895) Гелио (англ.)русск., открытый в 1918 году.

Биологическая роль

На данный момент биологическая роль не выяснена.

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» (НСВД)^[33].

Стоимость

• В 2009 г. цены частных компаний на газообразный гелий находились в пределах 2,5—3 $/м³^[34].
• В 2010 г. цена в Европе на сжиженный гелий была около 11 евро за литр. В 2012 году — 23 евро за литр

Интересные факты

• Гелий — вещество с самой низкой температурой кипения. Гелий кипит при температуре −269 °C^[35].

См. также

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3} Size of helium in several environments  (англ.). www.webelements.com. Проверено 10 июля 2009.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5} Соколов В. Б. Гелий // Химическая энциклопедия / гл. редактор Кнунянц И. Л.. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 513-514. — ISBN 5-85270-008-8.
3. ↑ Kochhar, R. K. French astronomers in India during the 17th — 19th centuries (англ.) // Journal of the British Astronomical Association. — 1991. — Т. 101. — № 2. — С. 95-100.
4. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7} Финкельштейн Д.Н. Глава II. Открытие инертных газов и периодический закон Менделеева // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 40-46. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
5. ↑ Aaron John Ihde. Chapter 14. Inorganic chemistry I. Fundamental developments // The development of modern chemistry. — Изд. 2-е. — М.: Courier Dover Publications, 1984. — С. 373. — 851 с. — ISBN 0486642356
6. ↑ ^{1 2 3 4} Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3-13. — 352 с. — 2400 экз.
7. ↑ Бронштейн М.П. Солнечное вещество // Солнечное вещество; Лучи икс; Изобретатели радиотелеграфа. — М.: ТЕРРА — Книжный клуб, 2002. — 224 с. — (Мир вокруг нас). — ISBN 5-275-00531-8
8. ↑ ^{1 2 3 4 5} Финкельштейн Д.Н. Глава V. Гелий // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 111-128. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
9. ↑ Капица, П.Л. Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point (англ.) // Nature. — 1938. — Т. 141. — P. 74.
10. ↑ «Свойства жидкого гелия» (П. Л. Капица)
11. ↑ Helium: geological information  (англ.). www.webelements.com. Проверено 11 июля 2009.
12. ↑ Хокинг С., Млодинов Л. Глава восьмая. Большой взрыв, черные дыры и эволюция Вселенной // Кратчайшая история времени. — СПб: Амфора. ТИД Амфора, 2006. — С. 79-98. — 180 с. — 5000 экз. — ISBN 5-367-00164-5
13. ↑ Вайнберг С. V. Первые три минуты // Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной. — Изд. 2-е. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. — С. 105-122. — 272 с. — 1000 экз. — ISBN 5-93972-013-7
14. ↑ ^{1 2 3 4 5} Финкельштейн Д.Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 76-110. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
15. ↑ Abundance in Earth’s crust  (англ.). www.webelements.com. Проверено 11 июля 2009.
16. ↑ Фаустовский В. Г., Ровынский А. Е. Петровский Ю.В. Инертные газы. — Изд. 2. — М.: Атомиздат, 1972. — 352 с.
17. ↑ Л.Паулинг Природа химической связи / перевод с англ. М.Е.Дяткиной, под ред. проф. Я.К.Сыркина. — М.-Л.: ГНТИ Химической литературы, 1947. — С. 262. — 440 с.
18. ↑ Успехи физических наук
19. ↑ Эксимерные лазеры
20. ↑ W. Heisenberg, Z. Physik 39, 499 (1926).
21. ↑ Фриш С.Э. Оптические спектры атомов. — М.-Л.: Издательство физико-математической литературы, 1963. — С. 69-71. — 640 с.
22. ↑ ^{1 2} G. W. F. Drake, G. A. Victor, A. Dalgarno. Two-Photon Decay of the Singlet and Triplet Metastable States of Helium-like Ions. Phys. Rev. 180, 25-32 (1969).
23. ↑ G. Breit and E. Teller, Astrophys. J. 91, 215 (1940).
24. ↑ R.D.Knight. Lifetime of the Metastable 2³S₁ State in Stored Li⁺ Ions. — Ph.D.Thesis. Lawrence Berkeley Laboratory. — 1979. — 136 с.
25. ↑ A.H. Gabriel and C. Jordan. Long Wavelength Satellites to the He-like Ion Resonance Lines in the Laboratory and in the Sun. Nature 221, 947 (1969).
26. ↑ H.R. Griem, Spontaneous single-photon decay of 2³S₁ in Helium-like ions. Astrophys. J. 156, L103 (1969).
27. ↑ G. Feinberg, J. Sucher. Calculation of the Decay Rate for 2³S₁ → 1¹S₀ + One Photon in Helium. Phys. Rev. Lett. 26, 681—684 (1971).
28. ↑ Это легко объяснимо из соображений симметрии. Как начальное, так и конечное состояние атома сферически симметричны и не имеют выделенного направления — оба электрона находятся в s-состоянии, и сумммарный спиновый момент также нулевой. Излучение фотона с определённым импульсом требует нарушения этой симметрии.
29. ↑ Основным поставщиком гелия являлся ОГЗ
30. ↑ Сырьевая база и перспективы развития гелиевой промышленности России и мира
31. ↑ Helium studies confirm presence of oil on the Aysky block in Russia
32. ↑ Государственный реестр открытий СССР. Яницкий И. Н. Научное открытие № 68 «Закономерность распределения концентрации гелия в земной коре»
33. ↑ Павлов Б.Н. Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды обитания  (рус.). www.argonavt.com (15 мая 2007). Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 6 июля 2009.
34. ↑ http://www.ngtp.ru/rub/3/15_2009.pdf Нефтегазовая технология. Теория и практика. 2009 (4) ISSN 2070-5379.
35. ↑ Книга рекордов Гиннесса для химических веществ

Ссылки

dic.academic.ru

ГЕЛИЙ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ГЕЛИЙ, He (helium), химический элемент из семейства благородных (инертных) газов He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, составляющих VIIIA подгруппу в периодической системе элементов, или, как ее еще называют, нулевую группу.

История открытия.

Гелий впервые был идентифицирован как химический элемент в 1868 П.Жансеном при изучении солнечного затмения в Индии. При спектральном анализе солнечной хромосферы была обнаружена ярко-желтая линия, первоначально отнесенная к спектру натрия, однако в 1871 Дж.Локьер и П.Жансен доказали, что эта линия не относится ни к одному из известных на земле элементов. Локьер и Э.Франкленд назвали новый элемент гелием от греч. «гелиос», что означает солнце. В то время не знали, что гелий – инертный газ, и предполагали, что это металл. И только спустя почти четверть века гелий был обнаружен на земле. В 1895, через несколько месяцев после открытия аргона, У.Рамзай и почти одновременно шведские химики П.Клеве и Н.Ленгле установили, что гелий выделяется при нагревании минерала клевеита. Год спустя Г.Кейзер обнаружил примесь гелия в атмосфере, а в 1906 гелий был обнаружен в составе природного газа нефтяных скважин Канзаса. В том же году Э.Резерфорд и Т.Ройдс установили, что a-частицы, испускаемые радиоактивными элементами, представляют собой ядра гелия.

Распространенность в природе.

Содержание гелия в мировом пространстве составляет 28% (второе место после водорода). Гелий – основной компонент звездной материи. В результате углеродного цикла (сложная цепь ядерных реакций), впервые изученного Х.Бете в 1939, водород в звездном веществе превращается в гелий, при этом происходит значительное выделение энергии (см. также ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). В земной атмосфере гелий составляет всего 0,0005% об., так как он чрезвычайно легок и слабо удерживается гравитационным полем земли. Гелий образуется при распаде тяжелых радиоактивных элементов, находящихся в расплавленном земном ядре, и медленно диффундирует через земную мантию. Тепловая энергия, выделяющаяся при ядерных процессах, поддерживает ядро земли в расплавленном состоянии. Природный метан, добываемый из скважин, содержит ок. 1,75% гелия и 0,5% CO₂. После удаления CO₂, глубокого охлаждения природного газа до –185° C и сжатия образуется жидкий метан, а в газовой фазе остаются гелий и азот. Метод глубокого охлаждения позволяет получать гелий чистотой 98% и выше.

Свойства.

Гелий имеет одну-единственную электронную оболочку, занятую двумя электронами, т.е. его оболочка полностью заполнена электронами, которые испытывают сильное притяжение ядра, а значит, очень устойчивы; поэтому гелий не вступает в химические реакции, не образует химические соединений и не имеет степеней окисления. Гелий – бесцветный одноатомный газ без запаха; он не вступает в реакции ни с одним химическим элементом, и его атомы не соединяются даже между собой. Наиболее распространенный изотоп ⁴He содержит в ядре два протона и два нейтрона, поэтому его массовое число равно 4. Более редкий изотоп ³He с одним нейтроном был открыт в 1939 Л.Альваресом и Р.Кернегом. Содержание ³He составляет 10^–5% гелия, находящегося в природном газе, добываемом из скважин. ³He получается в ядерных реакциях при распаде трития (³H-изотоп водорода). Гелий – необычное вещество, по свойствам он близок к состоянию идеального газа

СВОЙСТВА 4He
Атомный номер	2
Атомная масса	4,0026
Плотность, г/см3	0,178
Температура плавления, °С	–272,2 (при 26 атм)
Температура кипения, °С	–268,93
Критическая температура, К	5,25
Критическое давление, МПа	0,23
Содержание в земной коре, %	0,0000003
Степени окисления	–

Жидкий и твердый гелий.

Жидкий гелий обладает рядом уникальных свойств; он имеет самую низкую температуру кипения: ⁴He кипит при 4,22 K, а ³He – 3,19 K. 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. Изотопы гелия в жидком состоянии сильно различаются. Так, ⁴He имеет две формы: при температурах выше 2,18 K существует ⁴He, а ниже 2,18 K происходит необычный переход (фазовый переход второго рода) в ⁴He-II. Если пустой стеклянный сосуд погрузить в ⁴He-II, то жидкость будет медленно подниматься вверх по стенкам и перетекать внутрь до выравнивания уровней жидкости снаружи и внутри. Если сосуд приподнять, то процесс пойдет обратно до нового выравнивания уровней жидкостей. Это – пленочное движение; оно характерно только для ⁴He-II. Другое аномальное свойство ⁴He-II – способность жидкости перетекать из области более низких температур в область более высоких. ⁴He-II обладает сверхтекучестью (явление сверхтекучести открыл П.Л.Капица в 1938) – свойством, известным только для жидкого гелия. Явление сверхтекучести объясняется на основе двухжидкостной модели. Согласно ей, ⁴He-II состоит из двух полностью взаимопроникающих жидкостей – нормальной и сверхтекучей; последняя является идеальной жидкостью и не испытывает сопротивления при протекании через узкие капилляры. Согласно теории, в ⁴He-II существуют необычные температурные волны (второй звук). Объяснение аномалий ⁴He-II дается на основе представлений квантовой механики.

Жидкие ³He и ⁴He называются квантовыми жидкостями. ⁴He не имеет ядерного спина, а у ³He он равен 1/2 в единицах постоянной Планка. Удивительное различие состоит также в том, что ⁴He-II – сверхтекучая жидкость, а сопротивление текучести ³He резко возрастает с уменьшением температуры. Гелий-3 становится, однако, сверхтекучим при температуре примерно 0,001 К, как было открыто в 1972. Это явление аналогично явлению сверхпроводимости, которая рассматривается как сверхтекучесть «электронной жидкости» (см. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ). В ³He обнаружен новый тип звука при очень низких температурах, нулевой звук, предсказанный Л.Д.Ландау и относящийся к волнам, характерным для ионизованных газов (плазмы). См. также СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ.

Растворы изотопов гелия также необычны. Ниже 0,9 K раствор спонтанно делится на две части, образуя раствор, обогащенный ³He и текущий над раствором, обогащенным ⁴He. 6% ³He растворимы в ⁴He, но ⁴He не растворяется в ³He при абсолютном нуле.

Твердый гелий можно получить сжатием ⁴He до 25 атм или ³He до 34 атм при низких температурах. Твердый гелий – кристаллическое прозрачное вещество, причем границу между твердым и жидким гелием трудно обнаружить, так как их рефракции близки.

Применение.

Гелий является важным источником низких температур. При температуре жидкого гелия тепловое движение атомов и свободных электронов в твердых телах практически отсутствует, что позволяет изучать многие новые явления, например сверхпроводимость в твердом состоянии. Газообразный гелий используют как легкий газ для наполнения воздушных шаров. Поскольку он негорюч, его добавляют к водороду для заполнения оболочки дирижабля. Так как гелий хуже растворим в крови, чем азот, большие количества гелия применяют в дыхательных смесях для работ под давлением, например при морских погружениях, при создании подводных тоннелей и сооружений. При использовании гелия декомпрессия (выделение растворенного газа из крови) у водолаза протекает менее болезненно, менее вероятна кессонная болезнь, исключается такое явление, как азотный наркоз, – постоянный и опасный спутник работы водолаза. Смеси He–O₂ применяют, благодаря их низкой вязкости, для снятия приступов астмы и при различных заболеваниях дыхательных путей.

Гелий используют как инертную среду для дуговой сварки, особенно магния и его сплавов, при получении Si, Ge, Ti и Zr, для охлаждения ядерных реакторов. Другие применения гелия – для газовой смазки подшипников, в счетчиках нейтронов (гелий-3), газовых термометрах, рентгеновской спектроскопии, для хранения пищи, в переключателях высокого напряжения. В смеси с другими благородными газами гелий используется в наружной неоновой рекламе (в газоразрядных трубках). Жидкий гелий выгоден для охлаждения магнитных сверхпроводников, ускорителей частиц и других устройств. Необычным применением гелия в качестве хладагента является процесс непрерывного смешения ³He и ⁴He для создания и поддержания температур ниже 0,005 K.

www.krugosvet.ru

Таблица. Степени окисления химических элементов.

Таблица. Степени окисления химических элементов. Степень окисления – это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все связи имеют ионный тип. Степени окисления могут иметь положительное, отрицательное или нулевое значение, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, а в ионе – заряду иона. Степени окисления металлов в соединениях всегда положительные. Высшая степень окисления соответствует номеру группы периодической системы, где находится данный элемент (исключение составляют: Au+3 (I группа), Cu+2 (II), из VIII группы степень окисления +8 может быть только у осмия Os и рутения Ru. Степени окисления неметаллов зависят от того, с каким атомом он соединён: если с атомом металла, то степень окисления отрицательная; если с атомом неметалла то степень окисления может быть и положительная, и отрицательная. Это зависит от электроотрицательности атомов элементов. Высшую отрицательную степень окисления неметаллов можно определить вычитанием из 8 номера группы, в которой находится данный элемент, т.е. высшая положительная степень окисления равна числу электронов на внешнем слое, которое соответствует номеру группы. Степени окисления простых веществ равны 0, независимо от того металл это или неметалл. Таблица: Элементы с неизменными степенями окисления. Элемент Характерная степень окисления Исключения H +1 Гидриды металлов: LIH-1 F -1 O -2 F2O+2; пероксиды, надпероксиды, озониды Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Al Таблица. Степени окисления химических элементов по алфавиту. Элемент Название Степень окисления 7N Азот -III, 0, +I, II, III, IV, V 89Ас Актиний 0, + III 13Al Алюминий 0, +III 95Am Америций 0, + II , III, IV 18Ar Аргон 0 85At Астат -I, 0, +I, V 56Ba Барий 0, +II 4Be Бериллий 0,+ IV 97Bk Берклий 0, +III, IV 5B Бор -III, 0, +III 107Bh Борий 0, +VII 35Br Бром -I, 0, +I, V, VII 23V Ванадий 0, + II , III, IV, V 83Bi Висмут 0, +III, V 1H Водород -I, 0, +I 74W Вольфрам 0, +IV, VI 64Gd Гадолиний 0, +III 31Ga Галлий 0, +III 72Hf Гафний 0,+IV 2He Гелий 0 32Ge Германий 0, +II, IV 67Ho Гольмий 0, + III 66Dy Диспрозий 0, + III 105Db Дубний 0, +V 63Еu Европий 0, +II, III 26Fe Железо 0, +II, III, VI 79Au Золото 0, + I , III 49In Индий 0 , + III 77Ir Иридий 0, +III, IV 39Y Иттрий 0, +III 70Yb Иттербий 0, + II , III 53I Йод -I, 0, +I, V, VII 48Cd Кадмий 0, + II 19К Калий 0, +I 98Cf Калифорний 0, +Ш, IV 20Ca Кальций 0, + II 54Xe Ксенон 0, + II , IV, VI, VIII 8O Кислород -II, I, 0, +II 27Co Кобальт 0, +II, III 36Кr Криптон 0, + II 14Si Кремний -IV, 0, +11, IV 96Cm Кюрий 0, +III, IV 57La Лантан 0, +III 3Li Литий 0, +I 103Lr Лоуренсий 0, +III 71Lu Лютеций 0, +III 12Mg Магний 0, + II 25Mn Марганец 0, +II, IV, VI, VIII 29Cu Медь 0, +I, -II 109Mt Мейтнерий 0, +IV? 101Md Менделевий 0, +II, III 42Mo Молибден 0 , +IV, VI 33As Мышьяк — III , 0 , +III, V 11Na Натрий 0, +I 60Nd Неодим 0, +III 10Ne Неон 0 93Np Нептуний 0, +III, IV, VI, VII 28Ni Никель 0, +II, III 41Nb Ниобий 0, +IV, V 102No Нобелий 0, +II, III 50Sn Олово 0, + II , IV 76Os Осмий 0, +IV, VI, VIII 46Pd Палладий 0, +II, IV 91Pa. Протактиний 0, +IV, V 61Pm Прометий 0, + III 84Рo Полоний 0, +II, IV 59Рг Празеодим 0, +III, IV 78Pt Платина 0, +II, IV 94PU Плутоний 0, +III, IV, V, VI 88Ra Радий 0, + II 37Rb Рубидий 0, +I 75Re Рений 0, +IV, VII 104Rf Резерфордий 0, +IV 45Rh Родий 0, +III, IV 86Rn Радон 0, + II , IV, VI, VIII 44Ru Рутений 0, +II, IV, VI, VIII 80Hg Ртуть 0 , +I, II, IV 16S Сера -II, 0, +IV, VI 47Ag Серебро 0, +I 51Sb Сурьма 0, +III, V 21Sc Скандий 0, +III 34Se Селен -II, 0,+IV, VI 106Sg Сиборгий 0, +VI 62Sm Самарий 0, + II , III 38Sr Стронций 0, + II 82РЬ Свинец 0, +II, IV 81Тl Таллий 0, + I , II 73Ta Тантал 0, +IV, V 52Te Теллур -II, 0, +IV, VI 65Tb Тербий 0, +III, IV 43Tc Технеций 0, +IV, VII 22Ti Титан 0, + II , III, IV 90Th Торий 0, +IV 69Tm Тулий 0 , +III 6C Углерод -IV, I, 0, +II, IV 92U Уран 0, +III, IV, VI 100Fm Фермий 0, +II, III 15P Фосфор -III, 0, +I, III, V 87Fr Франций 0, +I 9F Фтор -I, 0 108Hs Хассий 0, +VIII 17Cl Хлор -I, 0, +I, III, IV, V, VI, VII 24Cr Хром 0, + II , III , VI 55Cs Цезий 0, +I 58Ce Церий 0, + III , IV 30Zn Цинк 0, + II 40Zr Цирконий 0, +IV 99ES Эйнштейний 0, +II, III 68Еr Эрбий 0, +III Таблица. Степени окисления химических элементов по номеру. Элемент Название Степень окисления 1H Водород -I, 0, +I 2He Гелий 0 3Li Литий 0, +I 4Be Бериллий 0,+ IV 5B Бор -III, 0, +III 6C Углерод -IV, I, 0, +II, IV 7N Азот -III, 0, +I, II, III, IV, V 8O Кислород -II, I, 0, +II 9F Фтор -I, 0 10Ne Неон 0 11Na Натрий 0, +I 12Mg Магний 0, + II 13Al Алюминий 0, +III 14Si Кремний -IV, 0, +11, IV 15P Фосфор -III, 0, +I, III, V 16S Сера -II, 0, +IV, VI 17Cl Хлор -I, 0, +I, III, IV, V, VI, VII 18Ar Аргон 0 19К Калий 0, +I 20Ca Кальций 0, + II 21Sc Скандий 0, +III 22Ti Титан 0, + II , III, IV 23V Ванадий 0, + II , III, IV, V 24Cr Хром 0, + II , III , VI 25Mn Марганец 0, +II, IV, VI, VIII 26Fe Железо 0, +II, III, VI 27Co Кобальт 0, +II, III 28Ni Никель 0, +II, III 29Cu Медь 0, +I, -II 30Zn Цинк 0, + II 31Ga Галлий 0, +III 32Ge Германий 0, +II, IV 33As Мышьяк — III , 0 , +III, V 34Se Селен -II, 0,+IV, VI 35Br Бром -I, 0, +I, V, VII 36Кr Криптон 0, + II 37Rb Рубидий 0, +I 38Sr Стронций 0, + II 39Y Иттрий 0, +III 40Zr Цирконий 0, +IV 41Nb Ниобий 0, +IV, V 42Mo Молибден 0 , +IV, VI 43Tc Технеций 0, +IV, VII 44Ru Рутений 0, +II, IV, VI, VIII 45Rh Родий 0, +III, IV 46Pd Палладий 0, +II, IV 47Ag Серебро 0, +I 48Cd Кадмий 0, + II 49In Индий 0 , + III 50Sn Олово 0, + II , IV 51Sb Сурьма 0, +III, V 52Te Теллур -II, 0, +IV, VI 53I Йод -I, 0, +I, V, VII 54Xe Ксенон 0, + II , IV, VI, VIII 55Cs Цезий 0, +I 56Ba Барий 0, +II 57La Лантан 0, +III 58Ce Церий 0, + III , IV 59Рг Празеодим 0, +III, IV 60Nd Неодим 0, +III 61Pm Прометий 0, + III 62Sm Самарий 0, + II , III 63Еu Европий 0, +II, III 64Gd Гадолиний 0, +III 65Tb Тербий 0, +III, IV 66Dy Диспрозий 0, + III 67Ho Гольмий 0, + III 68Еr Эрбий 0, +III 69Tm Тулий 0 , +III 70Yb Иттербий 0, + II , III 71Lu Лютеций 0, +III 72Hf Гафний 0,+IV 73Ta Тантал 0, +IV, V 74W Вольфрам 0, +IV, VI 75Re Рений 0, +IV, VII 76Os Осмий 0, +IV, VI, VIII 77Ir Иридий 0, +III, IV 78Pt Платина 0, +II, IV 79Au Золото 0, + I , III 80Hg Ртуть 0 , +I, II, IV 81Тl Таллий 0, + I , II 82РЬ Свинец 0, +II, IV 83Bi Висмут 0, +III, V 84Рo Полоний 0, +II, IV 85At Астат -I, 0, +I, V 86Rn Радон 0, + II , IV, VI, VIII 87Fr Франций 0, +I 88Ra Радий 0, + II 89Ас Актиний 0, + III 90Th Торий 0, +IV 91Pa. Протактиний 0, +IV, V 92U Уран 0, +III, IV, VI 93Np Нептуний 0, +III, IV, VI, VII 94PU Плутоний 0, +III, IV, V, VI 95Am Америций 0, + II , III, IV 96Cm Кюрий 0, +III, IV 97Bk Берклий 0, +III, IV 98Cf Калифорний 0, +Ш, IV 99ES Эйнштейний 0, +II, III 100Fm Фермий 0, +II, III 101Md Менделевий 0, +II, III 102No Нобелий 0, +II, III 103Lr Лоуренсий 0, +III 104Rf Резерфордий 0, +IV 105Db Дубний 0, +V 106Sg Сиборгий 0, +VI 107Bh Борий 0, +VII 108Hs Хассий 0, +VIII 109Mt Мейтнерий 0, +IV?

tehtab.ru

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства.

 

 

 

He 2  Гелий

4,002602(2)     1s²

 

Гелий — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 2. Расположен в 18-й группе (по старой классификации — главной подгруппе восьмой группы), первом периоде периодической системы.

 

Общие сведения

Свойства атома

Химические свойства

Физические свойства

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

 

Общие сведения
Название	Гелий/ Helium
Символ	Нe
Номер в таблице	2
Тип	Неметалл
Открыт	Норман Локьер, Англия, 1868 г., Жюль Жансен, Франция, 1868 г.
Внешний вид и пр.	Инертный газ без цвета, запаха и вкуса
Содержание в земной коре	5,5×10-10 %
Содержание в океане	7,2×10-10 %
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	4,002602(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	1s2
Радиус атома	31 пм
Химические свойства
Степени окисления	0
Валентность	0
Ковалентный радиус	28 пм
Радиус иона	93 пм
Электроотрицательность	4,5 (шкала Полинга)
Энергия ионизации (первый электрон)	2361,3 кДж/моль (24,47 эВ)
Электродный потенциал	0
Физические свойства
Плотность (при  +20 °C и нормальных условиях)	1,7846×10-4  г/см3
Температура плавления (при 2,5 МПа)	-272,2 °C (0,95 K)
Температура кипения	-268,928 °C (4,222 K)
Уд. теплота плавления	0,0138 кДж/моль
Уд. теплота испарения	0,0829 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	20,79 Дж/(K·моль)
Молярный объём	31,8 см³/моль
Теплопроводность (при 300 K)	0,152 Вт/(м·К)
Электропроводность в твердой фазе
Сверхпроводимость при температуре
Твёрдость
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a = 3,570 Å, c = 5,84 Å
Отношение c/a	1,633
Температура Дебая

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

1. 1. Водород
2. 2. Гелий
3. 3. Литий
4. 4. Бериллий
5. 5. Бор
6. 6. Углерод
7. 7. Азот
8. 8. Кислород
9. 9. Фтор
10. 10. Неон
11. 11. Натрий
12. 12. Магний
13. 13. Алюминий
14. 14. Кремний
15. 15. Фосфор
16. 16. Сера
17. 17. Хлор
18. 18. Аргон
19. 19. Калий
20. 20. Кальций
21. 21. Скандий
22. 22. Титан
23. 23. Ванадий
24. 24. Хром
25. 25. Марганец
26. 26. Железо
27. 27. Кобальт
28. 28. Никель
29. 29. Медь
30. 30. Цинк
31. 31. Галлий
32. 32. Германий
33. 33. Мышьяк
34. 34. Селен
35. 35. Бром
36. 36. Криптон
37. 37. Рубидий
38. 38. Стронций
39. 39. Иттрий
40. 40. Цирконий
41. 41. Ниобий
42. 42. Молибден
43. 43. Технеций
44. 44. Рутений
45. 45. Родий
46. 46. Палладий
47. 47. Серебро
48. 48. Кадмий
49. 49. Индий
50. 50. Олово
51. 51. Сурьма
52. 52. Теллур
53. 53. Йод
54. 54. Ксенон
55. 55. Цезий
56. 56. Барий
57. 57. Лантан
58. 58. Церий
59. 59. Празеодим
60. 60. Неодим
61. 61. Прометий
62. 62. Самарий
63. 63. Европий
64. 64. Гадолиний
65. 65. Тербий
66. 66. Диспрозий
67. 67. Гольмий
68. 68. Эрбий
69. 69. Тулий
70. 70. Иттербий
71. 71. Лютеций
72. 72. Гафний
73. 73. Тантал
74. 74. Вольфрам
75. 75. Рений
76. 76. Осмий
77. 77. Иридий
78. 78. Платина
79. 79. Золото
80. 80. Ртуть
81. 81. Таллий
82. 82. Свинец
83. 83. Висмут
84. 84. Полоний
85. 85. Астат
86. 86. Радон
87. 87. Франций
88. 88. Радий
89. 89. Актиний
90. 90. Торий
91. 91. Протактиний
92. 92. Уран
93. 93. Нептуний
94. 94. Плутоний
95. 95. Америций
96. 96. Кюрий
97. 97. Берклий
98. 98. Калифорний
99. 99. Эйнштейний
100. 100. Фермий
101. 101. Менделеевий
102. 102. Нобелий
103. 103. Лоуренсий
104. 104. Резерфордий
105. 105. Дубний
106. 106. Сиборгий
107. 107. Борий
108. 108. Хассий
109. 109. Мейтнерий
110. 110. Дармштадтий
111. 111. Рентгений
112. 112. Коперниций
113. 113. Нихоний
114. 114. Флеровий
115. 115. Московий
116. 116. Ливерморий
117. 117. Теннессин
118. 118. Оганесон

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

гелий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле гелия
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

 

 

Коэффициент востребованности 111

xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai

Таблица степени окисления химических элементов

Порядковый номер	Русское / англ. название	Химический символ	Степень окисления
1	Водород / Hydrogen	H	(+1), (-1)
2	Гелий / Helium	He	0
3	Литий / Lithium	Li	(+1)
4	Бериллий / Beryllium	Be	(+2)
5	Бор / Boron	B	(-1), 0, (+1), (+2), (+3)
6	Углерод / Carbon	C	(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)
7	Азот / Nitrogen	N	(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)
8	Кислород / Oxygen	O	(-2), (-1), 0, (+1), (+2)
9	Фтор / Fluorine	F	(-1)
10	Неон / Neon	Ne	0
11	Натрий / Sodium	Na	(+1)
12	Магний / Magnesium	Mg	(+2)
13	Алюминий / Aluminum	Al	(+3)
14	Кремний / Silicon	Si	(-4), 0, (+2), (+4)
15	Фосфор / Phosphorus	P	(-3), 0, (+3), (+5)
16	Сера / Sulfur	S	(-2), 0, (+4), (+6)
17	Хлор / Chlorine	Cl	(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), редко (+2) и (+4)
18	Аргон / Argon	Ar	0
19	Калий / Potassium	K	(+1)
20	Кальций / Calcium	Ca	(+2)
21	Скандий / Scandium	Sc	(+3)
22	Титан / Titanium	Ti	(+2), (+3), (+4)
23	Ванадий / Vanadium	V	(+2), (+3), (+4), (+5)
24	Хром / Chromium	Cr	(+2), (+3), (+6)
25	Марганец / Manganese	Mn	(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)
26	Железо / Iron	Fe	(+2), (+3), редко (+4) и (+6)
27	Кобальт / Cobalt	Co	(+2), (+3), редко (+4)
28	Никель / Nickel	Ni	(+2), редко (+1), (+3) и (+4)
29	Медь / Copper	Cu	+1, +2, редко (+3)
30	Цинк / Zinc	Zn	(+2)
31	Галлий / Gallium	Ga	(+3), редко (+2)
32	Германий / Germanium	Ge	(-4), (+2), (+4)
33	Мышьяк / Arsenic	As	(-3), (+3), (+5), редко (+2)
34	Селен / Selenium	Se	(-2), (+4), (+6), редко (+2)
35	Бром / Bromine	Br	(-1), (+1), (+5), редко (+3), (+4)
36	Криптон / Krypton	Kr	0
37	Рубидий / Rubidium	Rb	(+1)
38	Стронций / Strontium	Sr	(+2)
39	Иттрий / Yttrium	Y	(+3)
40	Цирконий / Zirconium	Zr	(+4), редко (+2) и (+3)
41	Ниобий / Niobium	Nb	(+3), (+5), редко (+2) и (+4)
42	Молибден / Molybdenum	Mo	(+3), (+6), редко (+2), (+3) и (+5)
43	Технеций / Technetium	Tc	(+6)
44	Рутений / Ruthenium	Ru	(+3), (+4), (+8), редко (+2), (+6) и (+7)
45	Родий / Rhodium	Rh	(+4), редко (+2), (+3) и (+6)
46	Палладий / Palladium	Pd	(+2), (+4), редко (+6)
47	Серебро / Silver	Ag	(+1), редко (+2) и (+3)
48	Кадмий / Cadmium	Cd	(+2), редко (+1)
49	Индий / Indium	In	(+3), редко (+1) и (+2)
50	Олово / Tin	Sn	(+2), (+4)
51	Сурьма / Antimony	Sb	(-3), (+3), (+5), редко (+4)
52	Теллур / Tellurium	Te	(-2), (+4), (+6), редко (+2)
53	Иод / Iodine	I	(-1), (+1), (+5), (+7), редко (+3), (+4)
54	Ксенон / Xenon	Xe	0
55	Цезий / Cesium	Cs	(+1)
56	Барий / Barium	BA	(+2)
57	Лантан / Lanthanum	La	(+3)
58	Церий / Cerium	Ce	(+3), (+4)
59	Празеодим / Praseodymium	Pr	(+3)
60	Неодим / Neodymium	Nd	(+3), (+4)
61	Прометий / Promethium	Pm	(+3)
62	Самарий / Samarium	Sm	(+3), редко (+2)
63	Европий / Europium	Eu	(+3), редко (+2)
64	Гадолиний / Gadolinium	Gd	(+3)
65	Тербий / Terbium	Tb	(+3), (+4)
66	Диспрозий / Dysprosium	Dy	(+3)
67	Гольмий / Holmium	Ho	(+3)
68	Эрбий / Erbium	Er	(+3)
69	Тулий / Thulium	Tm	(+3), редко (+2)
70	Иттербий / Ytterbium	Ib	(+3), редко (+2)
71	Лютеций / Lutetium	Lu	(+3)
72	Гафний / Hafnium	Hf	(+4)
73	Тантал / Tantalum	Ta	(+5), редко (+3), (+4)
74	Вольфрам / Tungsten	W	(+6), редко (+2), (+3), (+4) и (+5)
75	Рений / Rhenium	Re	(+2), (+4), (+6), (+7), редко (-1), (+1), (+3), (+5)
76	Осмий / Osmium	Os	(+3), (+4), (+6), (+8), редко (+2)
77	Иридий / Iridium	Ir	(+3), (+4), (+6), редко (+1) и (+2)
78	Платина / Platinum	Pt	(+2), (+4), (+6), редко (+1) и (+3)
79	Золото / Gold	Au	(+1), (+3), редко (+2)
80	Ртуть / Mercury	Hg	(+1), (+2)
81	Талий / Thallium	Tl	(+1), (+3), редко (+2)
82	Свинец / Lead	Pb	(+2), (+4)
83	Висмут / Bismuth	Bi	(+3), редко (+3), (+2), (+4) и (+5)
84	Полоний / Polonium	Po	(+2), (+4), редко (-2) и (+6)
85	Астат / Astatine	At	—
86	Радон / Radon	Ra	0
87	Франций / Francium	Fr	—
88	Радий / Radium	Ra	(+2)
89	Актиний / Actinium	Ac	(+3)
90	Торий / Thorium	Th	(+4)
91	Проактиний / Protactinium	Pa	(+5)
92	Уран / Uranium	U	(+3), (+4), (+6), редко (+2) и (+5)

ru.solverbook.com

Как гелий благородства лишился: получено кристаллическое соединение гелия

Возможности гелия внутри звезд и планет-гигантов

По расчетам алгоритма, энтальпия (тепловыделение) получения такого кристалла при давлении 500 гигапаскалей становится равной –0,51 эВ, что означает, что реакция получения такого вещества — экзотермическая (то есть не требует нагревания для проведения, а приводит к выделению тепла). Эти характеристики были подтверждены экспериментально: соединение удалось синтезировать в ячейки с алмазными наковальнями группе профессора Александра Гончарова в Геофизической лаборатории в Вашингтоне. Полученное вещество по всем признакам не относится к так называемым включенным соединениям, когда один из атомов — случайный гость в кристаллической решетке, не меняющий ее свойства. Напротив, без гелия натрий образует металлическую структуру с одним электроном на ячейку — типичный металл, а внедрение в эту структуру гелия приводит к локализации в ней электронов и образованию неметаллического состояния. Полученное соединение имеет отрицательную энергию формирования: натрий и гелий при данных условиях гораздо охотнее образуют подобный кристалл, чем остаются в виде чистых элементов. Связи внутри кристалла становятся возможными благодаря sp³-гибридизации атомных орбиталей натрия.

Вторым предсказанным веществом, существование которого, однако, не проверили пока экспериментально, стало похожее соединение — Na₂HeO. Оно тоже образует «трехмерную шахматную доску», только вместо электронных пар у нее в узлах стоят пары атомов кислорода, присоединившие к себе два электрона. Такой ион (О^2-) тоже имеет заряд -2, как и два электрона в Na₂He. Стабильно такое соединение должно быть при давлении 0,15 до 1,1 миллиона атмосфер.

Это новое открытие из области «запрещенной химии» (так ученый часто называет химию, которой при нормальных условиях «не должно быть») удивило Артема Оганова и его коллег: «Когда Сяо рассказал мне об этом, я был поражен результатом — один из самых электроположительных элементов, натрий, вступил в соединение с гелием. Это соединение устойчиво начиная с давлений примерно в 1 млн атмосфер и по крайней мере до 10 млн атмосфер. Тип кристаллической структуры во всем этом диапазоне не меняется. Структура очень простая и похожа на трехмерную шахматную доску. Дальнейшее изучение этого соединения показало его совершенно необычную химическую природу, а экспериментаторам удалось его синтезировать и подтвердить наше теоретическое предсказание». По словам ученого, влияние подобных веществ на процессы, происходящие внутри крупных астрономических объектов, еще только предстоит изучить.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.

indicator.ru