Гелий (He)

Гелий имеет самую низкую температуру плавления среди всех элементов и широко используется в криогенных исследованиях, поскольку его температура кипения близка к абсолютному нулю. Кроме того, этот элемент имеет важное значение в изучении сверхпроводимости.

С использованием жидкого гелия Курти, его сотрудники и другие исследователи сумели получить температуры в несколько микрокельвинов путём адиабатического размагничивания ядер меди.

Гелий обладает и другими необычными свойствами: это единственная жидкость, которую нельзя перевести в твёрдое состояние понижением температуры. При обычных давлениях он остаётся жидким вплоть до абсолютного нуля, но легко затвердевает при повышении давления. Твёрдые 3He и 4He необычны тем, что объём обоих может изменяться более чем на 30% при приложении давления.

Удельная теплоёмкость газообразного гелия необычно высока. Плотность паров гелия при нормальной температуре кипения также очень высока, при этом пар значительно расширяется при нагревании до комнатной температуры. Сосуды, заполненные гелием при 5–10 K, следует рассматривать так, как если бы они содержали жидкий гелий, из-за значительного повышения давления при нагревании газа до комнатной температуры.

Хотя гелий обычно имеет валентность 0, по-видимому, он проявляет слабую тенденцию к соединению с некоторыми другими элементами. Изучались способы получения дифторида гелия, а также исследовались такие частицы, как HeNe и молекулярные ионы He+ и He++.

Название происходит от греческого helios, «солнце». Элемент был обнаружен спектроскопически во время солнечного затмения в хромосфере Солнца французским астрономом Пьером-Жюлем-Сезаром Жансеном в 1868 году. Независимо его открыл и назвал гелием английский астроном Джозеф Норман Локьер.

Считалось, что гелий является только солнечной составляющей, пока позднее шотландский химик Уильям Рамзай в 1895 году не обнаружил, что он идентичен гелию в урановой руде клевеите. Шведские химики Пер Теодор Клеве и Нильс Абрахам Лангет независимо обнаружили гелий в клевеите примерно в то же время.

Гелий, второй по распространенности элемент во Вселенной, был обнаружен на Солнце раньше, чем на Земле. Пьер-Жюль-Сезар Жансен, французский астроном, заметил желтую линию в спектре Солнца, изучая полное солнечное затмение в 1868 году. Сэр Норман Локьер, английский астроном, понял, что эта линия с длиной волны 587,49 нанометра не может быть обусловлена ни одним известным в то время элементом. Было выдвинуто предположение, что за это таинственное желтое излучение отвечает новый элемент на Солнце. Этот неизвестный элемент Локьер назвал гелием. Поиски гелия на Земле завершились в 1895 году. Сэр Уильям Рамзай, шотландский химик, провел эксперимент с минералом, содержащим уран, под названием клевеит. Он обработал клевеит минеральными кислотами и собрал выделившиеся газы. Затем он отправил образец этих газов двум ученым, Локьеру и сэру Уильяму Круксу, которые смогли идентифицировать содержащийся в них гелий. Два шведских химика, Нильс Ланглет и Пер Теодор Клеве, независимо обнаружили гелий в клевеите примерно в то же время, что и Рамзай.

Гелий составляет около 0,0005% атмосферы Земли. Это следовое количество гелия не удерживается Землей гравитационно и постоянно уходит в космическое пространство. Атмосферный гелий Земли пополняется за счет распада радиоактивных элементов в земной коре. Альфа-распад, один из видов радиоактивного распада, приводит к образованию частиц, называемых альфа-частицами. Альфа-частица может стать атомом гелия после того, как захватит два электрона из окружающей среды. Этот вновь образовавшийся гелий со временем может попасть в атмосферу через трещины в коре.

От греческого слова helios — солнце. Жансен получил первые доказательства существования гелия во время солнечного затмения 1868 года, когда обнаружил новую линию в солнечном спектре. Локьер и Франкланд предложили название гелий для нового элемента. В 1895 году Рамзай открыл гелий в урановом минерале клевеите, в то время как примерно в то же время шведские химики Клеве и Ланглет независимо обнаружили его в клевеите. Резерфорд и Ройдс в 1907 году показали, что альфа-частицы являются ядрами гелия.