Hel (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.
Hel
wodór ← hel →
Wygląd
bezbarwny
hel świecący w silnym polu elektrycznym
hel świecący w silnym polu elektrycznym
Widmo emisyjne helu
Widmo emisyjne helu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. hel, He, 2
(łac. helium)
Grupa, okres, blok 18 (VIIIA), 1, s
Stopień utlenienia 0
Właściwości metaliczne gaz szlachetny
Masa atomowa 4,002602(2)[a][1] u
Stan skupienia gazowy
Gęstość 0,1785 kg/m³
Temperatura wrzenia −268,93 °C
Numer CAS 7440-59-7
PubChem 23987[2]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik Hasło hel w Wikisłowniku

Hel (He, łac. helium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 2, z grupy helowców (gazów szlachetnych) w układzie okresowym. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach (4×10−7% w górnych warstwach atmosfery).

Hel na Ziemi występuje głównie w atmosferze (5,2×10−4% obj. w powietrzu), pochodzi głównie z rozpadu jąder promieniotwórczych w naturalnych szeregach promieniotwórczych. W litosferze hel występuje również w niektórych złożach gazu ziemnego. W gazach występujących w Stanach Zjednoczonych dochodzi do 1%, w gazach występujących w Europie ilość ta jest bardzo mała (z wyjątkiem Polski – do 3%). Praktycznie cały hel, który mógł pierwotnie istnieć na Ziemi, nie mogąc związać się z żadnym innym pierwiastkiem, jako bardzo lekki opuścił atmosferę Ziemi.

Występuje w postaci dwóch izotopów trwałych – 3He i 4He. Znanych jest także kilka syntetycznych izotopów nietrwałych (T½ < 1 sekundy), z których najbardziej stabilne są 6He i 8He.

Hel jest najmniej aktywnym pierwiastkiem chemicznym, z bardzo wysoką energią jonizacji. Nie udało się z nim uzyskać żadnego trwałego związku chemicznego, znane są jedynie krótko żyjące cząsteczki HeNe i jony He+ oraz He2+[4].

Nie ma żadnego znaczenia biologicznego.

Odkrycie helu[edytuj | edytuj kod]

Hel odkryto najpierw na Słońcu, później na Ziemi. Podczas całkowitego zaćmienia Słońca, które miało miejsce 18 sierpnia 1868 roku i było widoczne w Indiach, astronom Pierre Janssen, badając widmo korony słonecznej, zaobserwował pomarańczowy prążek odpowiadający długości fali 5876 Å, którego nie można było przypisać do żadnego spośród znanych wówczas pierwiastków. Ten sam prążek w widmie Słońca zaobserwował 20 października 1868 r. angielski astronom Norman Lockyer. Lockyer i angielski chemik Edward Frankland nadali nowemu pierwiastkowi – emitującemu falę o długości 5876 Å – nazwę helium od greckiego boga słońca – Heliosa. Przez wiele lat hel był uważany za pierwiastek, który występuje na Słońcu, ale nie występuje na Ziemi. W roku 1895 William Ramsay otrzymał hel po potraktowaniu kleweitu (rudy uranowej) kwasem mineralnym. Ramsay przesłał próbkę gazu do Williama Crookesa i Normana Lockyera, którzy zidentyfikowali hel.

Hel stały[edytuj | edytuj kod]

Hel jako jedyny pierwiastek pozostaje ciekły nawet w temperaturze zera bezwzględnego (pod ciśnieniem atmosferycznym) i zestala się dopiero w podwyższonym ciśnieniu. Ma najniższą temperaturę krzepnięcia spośród wszystkich pierwiastków: <0,95 K (pod ciśnieniem 26 atm). W zależności od ciśnienia hel w stanie stałym może zmieniać objętość o 30%[5]. W temperaturze poniżej 0,2–0,4 K hel stały przechodzi przemianę fazową do formy o właściwościach nadciekłych ("hel nadstały")[6][7][8].

Zastosowania helu[edytuj | edytuj kod]

  • Hel w postaci ciekłej jest używany do chłodzenia tam, gdzie potrzebne są ekstremalnie niskie temperatury, ze względu na jego bardzo niską temperaturę wrzenia. Stosuje się go m.in. do chłodzenia nadprzewodników.
  • Jako najlżejszy gaz bezpieczny (niepalny) był stosowany do wypełniania statków powietrznych lżejszych od powietrza, czyli aerostatów (balony, sterowce). Obecnie ze względu na wysokie koszty jego pozyskania, zamiast helu stosuje się w aerostatach najczęściej ogrzane powietrze.
  • Ze względu na niską rozpuszczalność w osoczu krwi, używany jest jako składnik mieszanki do oddychania w głębokim nurkowaniu.
  • Hel jest używany jako gaz napędowy w balonach do kontrapulsacji wewnątrzaortalnej (cewnik zakończony balonem wprowadzany jest do aorty najczęściej przez tętnicę udową, napełnianie i opróżnianie balonu gazem zgodnie z rytmem serca wspomaga niewydolne krążenie)[9]
  • Hel w mieszaninie z tlenem może być używany do wentylacji mechanicznej pacjentów z ciężką obturacją oskrzeli. Hel ma znacznie mniejszą gęstość niż azot. Zastąpienie azotu helem obniża indeks Reynoldsa i zmienia charakter przepływu gazów w drogach oddechowych z turbulentnego na laminarny co istotnie obniża opory przepływu. Metoda ma charakter eksperymentalny i nie została wdrożona do powszechnej praktyki klinicznej.[10]
  • Hel dostarczony do płuc powoduje zmianę wysokości głosu – dzieje się tak, ponieważ częstość drgań w komorze rezonansowej, jaką jest ośrodek mowy, ściśle zależy od gęstości ośrodka, w którym te drgania zachodzą (prędkość dźwięku w helu jest ok. 3 razy większa niż w powietrzu).
  • Hipotetycznie izotop 3He może zostać wykorzystany w kontrolowanej reakcji termojądrowej z deuterem do uzyskiwania energii bez powstawania niepożądanych odpadów promieniotwórczych. Na Ziemi 3He występuje jedynie śladowo, natomiast znaczne ilości tego izotopu występować mogą w gruncie księżycowym, w związku z czym rozważane są projekty jego wydobycia i transportu z Księżyca na Ziemię[11][12].

Otrzymywanie helu[edytuj | edytuj kod]

Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo posiada jedyną na terytorium Unii Europejskiej instalację do pozyskiwania helu. Stanowi ona część odazotowni gazu ziemnego w Odolanowie oraz w odazotowni w okolicach Ostrowa Wielkopolskiego. W 2012 roku zakończyła się jej dwuletnia modernizacja. Dzięki temu wzrośnie wydajność instalacji o ok. 30%, i ergonomiczność. Wartość prac wynosiła 27,7 milionów złotych. Dzięki instalacji PGNiG Polska jest jednym z sześciu krajów na świecie produkujących hel. Wśród głównych odbiorców są: Austria, Francja, Niemcy, Szwajcaria, Turcja, Wielka Brytania, kraje bałkańskie[13].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Liczba w nawiasie oznacza niepewność ostatniego podanego miejsca po przecinku.

Przypisy

  1. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number (ang.). Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, IUPAC, 2013-09-24. [dostęp 2013-12-02].
  2. Hel (pierwiastek) – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  3. Wartość dla ciała stałego według: Singman, Charles N.. Atomic volume and allotropy of the elements. „Journal of Chemical Education”. 61 (2), s. 137–142, 1984. doi:10.1021/ed061p137. 
  4. Periodic Table: Helium Lawrence Livermore National Laboratory.
  5. C.R. Hammond: The Elements. W: CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 84. Boca Raton: CRC Press, 2003, s. 4-14 – 4-15.
  6. E. Kim, MH. Chan. Probable observation of a supersolid helium phase. „Nature”. 427 (6971), s. 225-227, 2004. doi:10.1038/nature02220. PMID 14724632. 
  7. E. Kim, MH. Chan. Observation of superflow in solid helium.. „Science”. 305 (5692), s. 1941-4, 2004. doi:10.1126/science.1101501. PMID 15345778.  (artykuł dostępny bezpłatnie)
  8. HR. Glyde. Condensed-matter physics: defects and perfect flows.. „Nature”. 444 (7120), s. 693-5, 2006. doi:10.1038/444693a. PMID 17151649. 
  9. Kontrapulsacja wewnątrzaortalna.
  10. "Wentylacja Mechaniczna" Neil R. Maclntyre Richard D. Branson © 2008 wydawnictwo ADI ISBN 83-900299-2-8
  11. Andrzej Kublik: Rosja i Chiny walczą o energię z Księżyca. Gazeta Wyborcza, 2006-04-13. [dostęp 2009-01-10].
  12. Mariusz Błoński: Wyścig po paliwo z kosmosu. Kopalniawiedzy.pl, 15-12-2006. [dostęp 2009-01-10].
  13. Michał Duszczyk. PGNiG umacnia pozycję głównego producenta helu. „Dziennik Gazeta Prawna”, s. A12, 21 lutego 2012. INFOR Biznes sp. z o.o.. ISSN 2080-6744. 

Star of life.svg Zapoznaj się z zastrzeżeniami dotyczącymi pojęć medycznych i pokrewnych w Wikipedii.