ГЕЛИЙ

(от греч. helios-солнце; лат. Helium) He, хим. элемент VIII гр. периодич. системы, ат. н. 2, ат. м. 4,002602; относится к благородным газам. Атмосферный Г. состоит из изотопов ³ Не (0,00013% по объему) и ⁴ Не. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для ⁴ Не 68*10^-32 м ², для ³ Не-54*10^-26 м ². Конфигурация электронной оболочки 1s²; энергия ионизации Не ⁰ -> Не ⁺ -> Не ^{2 +} соотв. 2372 и 5250 кДж/моль; ван-дер-ваальсов радиус 0,122 нм, ковалентный радиус 0,04-0,06 нм.

Г.-один из наиб. распространенных элементов космоса-занимает второе место после водорода. Содержание Г. в атмосфере (образуется в результате распада Ac, Th, U) 5,27*10^-4% по объему. Запасы Г. в атмосфере, литосфере и гидросфере оцениваются в 5*10¹⁴ м ³. Гелионосные прир. газы содержат, как правило, до 2% по объему Г.; главные пром. месторождения этих газов находятся в США (2,1*10¹⁰ м ³ Т.), СССР, Канаде (10⁸ м ³), ЮАР. Гелий содержится также в минералах: клевеите, монаците, торианите (до 10,5 л/кг).

Свойства. Г.-одноатомный газ без цвета и запаха. Св-ва изотопов Г. приведены в таблице. Ур-ния температурной зависимости давления пара ⁴ Не:

Теплопроводность Г. 0,1437 Вт/(м*К); магн. восприимчивость Ч 1,9*10^-6; ур-ние температурной зависимости вязкости:*10⁷ = 5,023Т ^0,647 Па*с (4-1000 К).

СВОЙСТВА ИЗОТОПОВ ГЕЛИЯ

Жидкий Г.-квантовая жидкость, т. е. жидкость, в макроскопич. объеме к-рой проявляются квантовые св-ва составляющих ее атомов. Квантовые эффекты существенны при очень низких т-рах, когда длина волны де Бройля для теплового движения атомов становится сравнимой с расстоянием между ними. На рисунке приведена диаграмма состояния ⁴ Не. При 2,17 К и давлении паров 0,005 МПа (т. наз. -точка) жидкий ⁴ Не (бозе-жидкость) претерпевает фазовый переход второго рода (от Не I к Не II), сопровождающийся резким изменением ряда св-в: теплоемкости, вязкости, плотности и др. С увеличением давления т-ра перехода смещается в область более низких т-р (зависимость от давления показана на рисунке -линией). Для Не II характерна сверхтекучесть-способность протекать без трения через узкие (диам. менее 100 нм) капилляры и щели. Это св-во открыто в 1938 П. Л. Капицей. Сверхтекучесть обусловлена переходом при т-рах ниже части атомов жидкого Г. в состояние с нулевым импульсом. Не I бурно кипит во всем объеме, Не II-спокойная жидкость с ясно выраженным мениском. Различие в их поведении объясняется необычайно высокой теплопроводностью Не II (во много миллионов раз выше, чем у Не I). Сверхтекучесть проявляет также и жидкий ³ Не (ферми-жидкость) вблизи абс. нуля (менее 2,6*10^-3 К) и давлении ок. 3,4 МПа. Жидкий Г.-единственное в-во, не затвердевающее при нормальном давлении даже вблизи О К. Он кристаллизуется только под давлением более 2,5 МПа. Кристаллич. решетка ⁴ Не гексагональная с плотной упаковкой. ³ Не при одной и той же т-ре в зависимости от давления может находиться в двух модификациях: (решетка кубическая) и (гексагональная с плотной упаковкой); т-ра тройной точки 3,15 К, давл. 14,3 МПа; у ⁴ Не тройная точка отсутствует.

Для газообразного Г. характерна высокая способность проникать сквозь перегородки из пластмасс, стекла и нек-рых металлов. Р-римость Г.: в воде (см ^э/л)-9,78 (0