Вторая индустриализация России - это комплексный прорыв, в результате которого Россия станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства

Гелий
Химические элементы 
Виктор Потехин

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.

 

Атом и молекула гелия. Формула гелия. Строение атома гелия

Изотопы и модификации гелия. Гелий-I и гелий-II Гелий-3

Свойства гелия (таблица): температура, плотность, давление и пр.

Физические свойства гелия

Химические свойства гелия. Взаимодействие гелия. Реакции с гелием

Получение гелия

Применение гелия

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Атом и молекула гелия. Формула гелия. Строение атома гелия:

Гелий (He, лат. helium) – химический элемент VIII груп­пы ко­рот­кой фор­мы (18-й груп­пы длин­ной фор­мы) периодической системы химических элементов первого периода системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2.

Гелий – неметалл. Гелий возглавляет группу инертных газов в периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева.

Гелий обозначается символом He.

Как простое вещество гелий при нормальных условиях представляет собой инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Молекула гелия одноатомна.

Химическая формула гелия He.

Электронная конфигурация атома гелия 1s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома гелия равен 2372,32 кДж/моль (24,58738880 (15) эВ).

Строение атома гелия. Атом гелия состоит из положительно заряженного ядра (+2), вокруг которого по атомной оболочке (s-орбитали) движутся два электрона. Поскольку гелий расположен в первом периоде, оболочка всего одна. В свою очередь ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Гелий относится к элементам s-семейства.

Радиус атома гелия (вычисленный) составляет 31 пм.

Атомная масса атома гелия 4,002602(2) а. е. м. (г/моль).

Гелий – практически инертный химический элемент.

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства

 

Изотопы и модификации гелия. Гелий-I и гелий-II:

Изотопы гелия – разновидности атомов (и ядер) химического элемента гелия, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Всего известно на данный момент времени 8 изотопов, но только два из них стабильны. Остальные представляют собой шесть искусственных радиоактивных изотопа.

Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He (называется также – гелий-4, изотопная распространённость – 99,999863 %) и гораздо более редкого 3He (называется также – гелий-4, изотопная распространённость – 0,00014 %, однако содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьировать в довольно широких пределах).

Гелий в атмосфере, почти весь состоящий из тяжёлого нуклида 4He, является продуктом α-распада тяжёлых радиоактивных элементов (урана, тория, актиния), лишь незначительная его часть является реликтовой (то есть захваченной миллиарды лет назад уплотнявшейся космической пылью, из которой образовалась Земля). Ежегодно накапливается в доступных для изучения толщах Земли и вод (25-28)⋅106 м³ гелия.

Содержание 3He в выделенном из атмосферы гелии ничтожно мало, отношение 3He/4He для воздуха равно 1,1⋅10−6, а для гелия из природных газов 1,4⋅10−7. Установлено, что 3He получается в результате β-распада тяжёлого нуклида водорода – трития, который образуется в ряде ядерных реакций в земной коре и верхних слоях атмосферы.

Звёздный гелий (гелий Вселенной) – продукт термоядерной реакции синтеза ядер водорода, протекающей на Солнце и звездах по протон-протонному и углеродно-азотному циклам.

Искусственно получены также другие – тяжёлые радиоактивные изотопы гелия с массовыми числами 5-10:

– 5He, состоящий из двух протонов и трех нейтронов,

– 6He, состоящий из двух протонов и четырех нейтронов,

– 7He, состоящий из двух протонов и пяти нейтронов,

– 8He, состоящий из двух протонов и шести нейтронов.

– 9He, состоящий из двух протонов и семи нейтронов.

– 10He, состоящий из двух протонов и восьми нейтронов.

 

Свойства гелия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru

100 Общие сведения  
101 Название Гелий
102 Прежнее название
103 Латинское название Helium
104 Английское название Helium
105 Символ Нe
106 Атомный номер (номер в таблице) 2
107 Тип Неметалл
108 Группа Инертный (благородный) газ
109 Открыт Джозеф Норман Локьер, Великобритания, 1868 г., Пьер Жюль Сезар Жансен, Франция, 1868 г.
110 Год открытия 1868 г.
111 Внешний вид и пр. Инертный газ без цвета, запаха и вкуса
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации
115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116 Конденсат Бозе-Эйнштейна
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0,000073 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 5,5·10-10 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 7,2·10-10 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 23 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 23 %
123 Содержание в метеоритах (по массе)
124 Содержание в организме человека (по массе)
200 Свойства атома  
201 Атомная масса (молярная масса) 4,002602(2) а. е. м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s2
203 Электронная оболочка K2 L0 M0 N0 O0 P0 Q0 R0

 

Электронная оболочка гелия
204 Радиус атома (вычисленный) 31 пм
205 Эмпирический радиус атома
206 Ковалентный радиус 28 пм
207 Радиус иона (кристаллический)
208 Радиус Ван-дер-Ваальса 140 пм
209 Электроны, Протоны, Нейтроны 2 электрона, 2 протона, 2 нейтрона
210 Семейство (блок) элемент s-семейства
211 Период в периодической таблице 1
212 Группа в периодической таблице 18-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 8-ой группы)
213 Эмиссионный спектр излучения Спектр_Гелия
300 Химические свойства  
301 Степени окисления 0
302 Валентность 0
303 Электроотрицательность 4,5 (шкала Полинга)
304 Энергия ионизации (первый электрон) 2372,32 кДж/моль (24,58738880 (15) эВ)
305 Электродный потенциал
306 Энергия сродства атома к электрону -48(20) кДж/моль (-0,5(2) эВ) – предположительно
400 Физические свойства
401 Плотность* 1,7846·10-4  г/см3 (при  20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – газ),

1,785·10-4  г/см3 (при  0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – газ),

0,125  г/см3 (при температуре кипения -268,928 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость),

0,147 г/см3 (при  -270 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость)
402 Температура плавления -272,20 °C (0,95 К, -457,96 °F) (при давлении 2,5 МПа)
403 Температура кипения -268,928 °C (4,222 K, -452,070 °F)
404 Температура сублимации
405 Температура разложения
406 Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407 Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* 0,0138 кДж/моль
408 Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* 0,0829 кДж/моль
409 Удельная теплоемкость при постоянном давлении
410 Молярная теплоёмкость* 20,78 Дж/(K·моль)
411 Молярный объём 22,42354 см³/моль
412 Теплопроводность 0,1513 Вт/(м·К) (при стандартных условиях),

0,152 Вт/(м·К) (при 300 K)
500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1
512 Структура решётки Гексагональная плотноупакованная

 

Кристаллическая решетка гелия
513 Параметры решётки a = 3,570 Å, c = 5,84 Å
514 Отношение c/a 1,633
515 Температура Дебая
516 Название пространственной группы симметрии Fm_ 3m
517 Номер пространственной группы симметрии 225
900 Дополнительные сведения
901 Номер CAS 7440-59-7

Примечание:

401* Плотность гелия согласно [1] составляет 1,786·10-4 г/см3 (при 0 °C и нормальных условиях, состояние вещества – газ).

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) гелия согласно [4] составляет 0,00723 кДж/моль.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) гелия согласно [4] составляет 0,084 кДж/моль.

410* Молярная теплоемкость гелия согласно [3] составляет 20,79 Дж/(K·моль).

 

Физические свойства гелия:

При стандартных температуре и давлении гелий – бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный, инертный одноатомный газ с химической формулой He.

При нормальных условиях гелий ведёт себя практически как идеальный газ. При всех условиях гелий является моноатомным веществом.

Гелий – лёгкий газ. Гелий легче воздуха в 7,26 раза, но тяжелее водорода. Так, один кубический метр воздуха, который состоит из смеси разных газов, весит 1,293 кг, а один кубический метр гелия 0,178 кг. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные гелием, на воздухе стремятся вверх. Один кубический метр гелия может поднять предмет массой 1,115 кг.

Плотность гелия (Нe) составляет 0,00017846 г/см3 при 20 °C и иных стандартных условиях, а при –269 °C и иных стандартных условиях плотность жидкого гелия составляет 0,13 г/см3.

Теплопроводность гелия при 300 K составляет 0,152 Вт/(м·К). Гелий обладает большей теплопроводностью, чем у всех других газов, за исключением водорода. Теплопроводность гелия примерно в 6,255 раз выше теплопроводности воздуха – 0,0243 Вт/(м·К).

Гелий (Нe) почти не растворяется в воде и органических растворителях. Так, растворимость гелия в воде составляет 0,000179 г/100 г (при температуре 30 °C).

Гелий не растворяется в металлах, как, например, водород.

Скорость диффузии гелия сквозь твёрдые материалы в три раза выше, чем у воздуха, и приблизительно на 65 % выше, чем у водорода.

При обычных условиях и выше −250 °С при расширении гелий разогревается, а не охлаждается как большинство газов (“нормально” он начинает себя вести ниже −250 оС).

Температура кипения гелия (Нe) составляет −268,928 °C.

Точка кипения гелия (T = 4,222 K для 4He) наименьшая среди всех веществ. При атмосферном давлении гелий не переходит в твёрдую фазу даже при абсолютном нуле.

При 2,1768 К (-270,9732 °C; -455,7518 ° F) и обычном давлении гелий претерпевает фазовый переход второго рода (от гелия I к гелию II), сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоемкости, вязкости, плотности. Для гелия II (при температуре ниже 2,1768 K) характерна сверхтекучесть – способность протекать без трения через узкие щели (размером менее 100 нм). У гелия II отсутствует вязкость. Гелий II также обладает огромной теплопроводностью. Поэтому в отличие от бурно кипящего гелия I, выглядит как спокойная жидкость с ясно видимым мениском. Сверхтекучий гелий относится к классу так называемых квантовых жидкостей, макроскопическое поведение которых может быть описано только с помощью квантовой механики.

Наглядно сверхтекучесть жидкого гелия проявляется, например, в ходе следующего опыта. Если сверхтекучий жидкий гелий налить в сосуд, он начнет вытекать наружу через его края в направлении более высокой температуры, даже если уровень жидкости сильно ниже краев этого сосуда.

Жидкий гелий практически не растворяет другие вещества.

Гелий – единственное вещество не затвердевающее при обычном давлении даже вблизи 0 K, он кристаллизуется только под давлением выше 2,5 МПа.  Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при нормальных условиях.

Температура плавления гелия (Нe) при давлении 2,5 МПа составляет −272,2 °C.

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 на розовый, оранжевый, жёлтый, ярко-жёлтый, жёлто-зелёный и зелёный. 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. 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 красного к фиолетовому краю видимого спектра.

Критические параметры гелия (Нe) очень низкие: критическая температура гелия − 267,95 °C и критическое давление гелия 0,22746 МПа. Этим объясняются трудности при сжижении гелия.

Скорость звука в гелии (Нe) составляет: 1056 м/с (при 30 °C, состояние вещества – газ), 965 м/с (при 0 °C, состояние вещества – газ), 237,66 м/с (при -272,165 °C, состояние вещества – жидкость), 231,4 м/с (при -271,39 °C, состояние вещества – жидкость), 221,7 м/с (при -270,97 °C, состояние вещества – жидкость), 223,3 м/с (при -270,65 °C, состояние вещества – жидкость), 179,8 м/с (при -268,93 °C, состояние вещества – жидкость).

Динамическая вязкость гелия (Нe) составляет: 0,0188 мПа·с (при 0°C, состояние вещества – газ), 0,0229 мПа·с (при 100°C, состояние вещества – газ), 0,0269 мПа·с (при 200°C, состояние вещества – газ), 0,0342 мПа·с (при 400°C, состояние вещества – газ),
0,0407 мПа·с (при 600°C, состояние вещества – газ).

 

Химические свойства гелия. Взаимодействие гелия. Реакции с гелием:

При нормальных условиях гелий химически инертен.

Многие соединения гелия существуют только в газовой фазе в виде так называемых эксимерных молекул, у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние.

Например, гелий образует двухатомные молекулы He+2, фторид HeF, хлорид HeCl (эксимерные молекулы образуются при действии электрического разряда или ультрафиолетового излучения на смесь гелия с фтором или хлором).

 

Получение гелия:

В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие более 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя его свойство сжижаться труднее всех остальных газов.

Жидкий гелий впервые получен в 1908 г., твердый – в 1926 г.

 

Применение гелия:

Гелий используется во многих областях промышленности и быту:

– в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов;

– в пищевой промышленности (зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939) как пропеллент и упаковочный газ;

– в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние);

– для наполнения воздухоплавающих судов (дирижаблей и аэростатов). В отличие от водорода гелий в силу негорючести абсолютно безопасен;

– в дыхательных смесях для глубоководного погружения;

– для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов;

– для заполнения газоразрядных трубок;

– как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах;

– в качестве носителя в газовой хроматографии;

– и пр.

 

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

 

Источники:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Helium
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Helium
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гелий
  4. http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=212
  5. https://chemicalstudy.ru/geliy-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/

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 6 171