Химические элементы - страница 12

Если вы думаете, что водород – самый маленький атом из всех, то ошибаетесь. Самый маленький атом именно у гелия. В его атоме 2 электрона и 2 протона, которые сильнее сжимают размер электронной оболочки. При этом эти электроны крайне трудно оторвать от атома гелия.

Гелий был открыт сначала на Солнце и только через 13 лет на Земле. Причем на Земле гелий образуется благодаря радиоактивному распаду ядер урана. Но об этом позже. Если рассматривать химический состав вселенной, то выяснится, что она на 23 % состоит из гелия, на 76 % из водорода и только 1 % составляют все остальные химические элементы. Звезды, межзвездный газ – это все водород и гелий. Сам же гелий образуется в ядрах звезд в результате термоядерной реакции взаимодействия двух ядер водорода. А энергия, высвободившаяся при этом, излучается звездами в виде света и тепла, которые доходят до Земли от Солнца.

Впервые гелий начали применять в 1915 году в качестве наполнителя дирижаблей, заместив взрывоопасный водород. Далее он нашел свое применение в тяжелой промышленности и металлургии. Многие операции нельзя проводить на открытом воздухе, так как в нем есть кислород и азот, с которыми могут взаимодействовать получаемые вещества. А гелий – инертен. Поэтому, если заменить воздушную атмосферу на гелиевую при таком производстве, то качество получаемой продукции резко возрастет.

Всем нам известно, что глубоководники сталкиваются с проблемой кесонной болезни, в результате которой при резком всплытии азот в крови кипит и закупоривает кровеносные сосуды. Это происходит из-за того, что азот хорошо растворим в жидкостях. Если в атмосфере, которой дышат аквалангисты, азот заменить на гелий, то можно решить эту проблему, так как гелий не растворим в жидкостях. И таким «воздухом» на основе гелия можно безопасно дышать. Также гелий применяется в хорошо известных нам целях – воздушные шарики наполняют гелием.

Твердый гелий невозможно получить, просто охлаждая его. Даже при температуре, близкой к абсолютному нулю, гелий остается жидким. Причем в жидком состоянии он обладает сверхтекучестью. Он может вытекать через трубочки самого маленького диаметра. Чтобы все-таки получить твердый гелий, необходимо жидкий гелий поместить под очень высокое давление.

В 1898 году данный газ был открыт англичанином Уильямом Рамзаем. К этому моменту были известны только гелий и аргон. Он сжижал воздух, а затем медленно испарял из него фракции веществ, имевших разные температуры кипения. И снова их собирал, но уже по отдельности. Далее Рамзай исследовал их методом спектрального анализа. Он помещал газ в стеклянную трубку и подавал на него электрический ток. Газ начинал светиться. При этом записывались спектральные линии.

Здесь стоит пояснить, что такое спектр, и что из себя представляют спектральные линии. Давайте вспомним знакомую с детства радугу. Она в своем составе имеет весь спектр цветов. Если свет рассматривать, как набор волн, каждая из которых имеет свою длину, измеряемую в нанометрах, то радуга – это набор таких волн. Если с помощью призмы разложить свет, излучаемый каким-то предметом или атомом, то мы сможем увидеть отдельные линии с конкретными длинами волн. В каждом отдельном случае получается свой набор линий. Радуга имеет полный спектр. А вот другие свечения имеют только определенный набор линий, которые называются спектральными линиями. И для каждого атома, если заставить его светиться, излучает свой набор волн, образующих индивидуальный спектр. По этим индивидуальным спектрам, как по отпечаткам пальцев, можно определить, что за атом или вещество находится перед нами.