He — Гелий

ГЕЛИЙ (лат. Helium), He (читается «гелий»), химический элемент с атомным номером 2, атомная масса 4,002602. Относится к группе инертных, или благородных, газов (группа VIIIA периодической системы).

Природный гелий состоит из двух стабильных нуклидов: 3Не (0,00013% по объему) и 4Не. Почти полное преобладание гелия-4 связано с образованием ядер этого нуклида при радиоактивном распаде урана (U), тория (Th), радия (Ra) и других атомов, происходившем в течение длительной истории Земли.

Радиус нейтрального атома гелия 0,122 нм. Электронная конфигурация нейтрального невозбужденного атома 1s2. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома равны, соответственно, 24,587 и 54,416 эВ (у атома гелия самая высокая среди нейтральных атомов всех элементов энергия отрыва первого электрона).

Простое вещество гелий — легкий одноатомный газ без цвета, вкуса, запаха.

Свойства: гелий — легкий негорючий газ, плотность газообразного гелия при нормальных условиях 0,178 кг/м3 (меньше только у газа водорода (H)). Температура кипения гелия (при нормальном давлении) около 4,2 К (или 268,93°C, это — самая низкая температура кипения).

При нормальном давлении жидкий гелий не удается превратить в твердое вещество даже при температурах, близких к абсолютному нулю (0К). При давлении около 3,76 МПа температура плавления гелия 2,0К. Наименьшее давление, при котором наблюдается переход жидкого гелия в твердое состояние — 2,5МПа (25 ат), температура плавления гелия при этом около 1,1 К (–272,1°C).

В 100 мл воды при 20°C растворяется 0,86 мл гелия, в органических растворителях его растворимость еще меньше. Легкие молекулы гелия хорошо проходят (диффундируют) через различные материалы (пластмассы, стекло, некоторые металлы).

Для жидкого гелия-4, охлажденного ниже –270,97°C, наблюдается ряд необычных эффектов, что дает основание рассматривать эту жидкость как особую, так называемую квантовую, жидкость. Эту жидкость обычно обозначают как гелий-II в отличие от жидкого гелия-I — жидкости, существующей при чуть более высоких температурах. Температура перехода гелия-I в гелий-II равна 2,186 К. Эту температуру часто называют l-точкой.

Жидкий гелий-II способен быстро проникать через мельчайшие отверстия и капилляры, не обнаруживая при этом вязкости (так называемая сверхтекучесть жидкого гелия-II). Кроме того, пленки гелия-II быстро перемещаются по поверхности твердых тел, в результате чего жидкость быстро покидает тот сосуд, в который она была помещена. Это свойство гелия-II называют сверхползучестью. Сверхтекучесть гелия-II открыта в 1938 году советским физиком П. Л. Капицей (Нобелевская премия по физике, 1978 год). Объяснение уникальным свойствам гелия-II дано другим советским физиком Л. Д. Ландау в 1941-1944 годах (Нобелевская премия по физике, 1962 год).

Никаких химических соединений гелий не образует. Правда, в разреженном ионизированном гелии удается обнаружить достаточно устойчивые двухатомные ионы Не2+.