Hel (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
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) u[1][a]
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)

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]

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 587,6 nm, 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 587,6 nm – 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]

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]

  • 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 liczbę 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 strun głosowych w komorze rezonansowej, jaką jest krtań, ściśle zależy od gęstości ośrodka, w którym te drgania zachodzą (prędkość dźwięku w helu jest ok. 3 razy większa niż w powietrzu). Przeciwny efekt ma wdychanie ksenonu.
  • 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]

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 Grodziska Wielkopolskiego. W 2012 roku zakończyła się jej dwuletnia, warta 27,7 mln zł modernizacja, która poprawiła ergonomiczność oraz o ok. 30% wydajność instalacji. Dzięki niej 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]

Uwagi

  1. Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, podany został zakres wartości masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Duże różnice w składzie izotopowym tego pierwiastka w źródłach naturalnych nie pozwalają na podanie wartości masy atomowej z większą dokładnością.

Przypisy

  1. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać Juris Meija, Tyler B. Coplen, Michael Berglund, Willi A. Brand i inni. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). „Pure and Applied Chemistry”. 88 (3), s. 265–291, 2016. DOI: 10.1515/pac-2015-0305. 
  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.