Wikipedia

Hel (pierwiastek)

drugi pierwiastek chemiczny
Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.

Hel (He, łac. helium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 2, z grupy helowców (gazów szlachetnych) w układzie okresowym[4]. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach.

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

4,0026 ± 0,0001[2][a]

Stan skupienia

gazowy

Gęstość

0,1785 kg/m³

Temperatura wrzenia

−268,928 °C[1]

Numer CAS

7440-59-7

PubChem

23987

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku

Hel stanowi ok. 23% masy wszystkich pierwiastków we Wszechświecie i na Słońcu. W skorupie ziemskiej jego zawartość wynosi 5,5 ppb (5,5×10−7%) w/w, natomiast w atmosferze – 5 ppm (5×10−4%) v/v[5]. Pochodzi głównie z rozpadu jąder promieniotwórczych w naturalnych szeregach promieniotwórczych. W większych stężeniach występuje w gazie ziemnym. W złożach w Stanach Zjednoczonych jego zawartość dochodzi do 1%, w Europie ilość ta jest bardzo mała (z wyjątkiem Polski – do 3%). Praktycznie cały hel, który mógł pierwotnie być na Ziemi, z powodu niereaktywności nie związał się w żaden związek i uleciał z atmosfery w Kosmos.

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

Hel jest najmniej aktywnym pierwiastkiem chemicznym, z najwyższą spośród pierwiastków energią jonizacji (24,59 eV)[6]. Znane są jego związki metastabilne (np. HHeF, (HeO)(CsF) i LiHe)[6] i krótko żyjące cząsteczki HeNe i jony He+
 oraz He2+
[7]. Tworzy też stabilne stałe związki międzycząsteczkowe, np. NeHe2 i He@H2O[6]. Na przełomie 2016/2017 doniesiono o otrzymaniu pierwszego stałego związku helu, Na2He, który jest trwały termodynamicznie pod ciśnieniem powyżej 113 GPa (ok. 1,1×106 atm). Tworzy kryształy o strukturze fluorytu[6].

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[8]. 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 siarkowym. Ramsay przesłał próbkę gazu do Williama Crookesa i Normana Lockyera, którzy zidentyfikowali hel[9].

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 pierwiastków: < 0,95 K (pod ciśnieniem 26 atm). W zależności od ciśnienia hel w stanie stałym może zmieniać objętość o 30%[10]. W temperaturze poniżej 0,2–0,4 K hel stały przechodzi przemianę fazową do formy o właściwościach nadciekłych („hel nadstały”)[11][12][13].

Zastosowania helu

edytuj
  • Hel w postaci ciekłej jest używany do chłodzenia, gdy potrzebne są ekstremalnie niskie temperatury, ze względu na 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 cenę stosuje się w aerostatach najczęściej ogrzane powietrze.[potrzebny przypis]
  • Ze względu na niską rozpuszczalność w osoczu krwi, używany jest jako składnik mieszanki do oddychania w głębokim nurkowaniu.[potrzebny przypis]
  • 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)[14].
  • 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[15].
  • Hel dostarczony do płuc powoduje zmianę wysokości głosu[16][17], ponieważ częstość drgań strun głosowych w komorze rezonansowej, jaką jest krtań, 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 sześciofluorku siarki[18]. Wdychanie większych ilości helu może prowadzić do utraty przytomności, a nawet śmierci[17][16][19].
  • Hipotetycznie izotop 3
    He     może zostać wykorzystany w kontrolowanej reakcji termojądrowej z deuterem do uzyskiwania energii bez powstawania niepożądanych odpadów promieniotwórczych. Na Ziemi 3
    He     występuje jedynie śladowo, natomiast znaczne ilości mogą występować w gruncie księżycowym, w związku z czym rozważane są projekty jego wydobycia i transportu z Księżyca na Ziemię[20][21].

Otrzymywanie helu

edytuj

Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo posiada jedyną w Unii Europejskiej instalację do pozyskiwania helu w odazotowni gazu ziemnego w Odolanowie i w okolicach Grodziska Wielkopolskiego oraz w instalacji membranowej przy kopalni Kościan-Brońsko; ostateczne oczyszczenie przeprowadzane jest w Odolanowie[22]. W 2012 roku zakończyła się dwuletnia, warta 27,7 mln zł modernizacja, która poprawiła ergonomiczność oraz o ok. 30% wydajność instalacji. Dzięki niej Polska jest jednym z sześciu krajów na świecie produkujących hel. Wśród głównych odbiorców są: Austria, Francja, Niemcy, Szwajcaria, Turcja, Wielka Brytania, kraje bałkańskie[23].

Zobacz też

edytuj

Uwagi

edytuj
  1. ↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 4,002602 ± 0,000002. 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. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

edytuj
  1. ↑ a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-64, 4-117, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
  2. ↑ Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
  3. ↑ Charles N. Singman, Atomic volume and allotropy of the elements, „Journal of Chemical Education”, 61 (2), 1984, s. 137, DOI: 10.1021/ed061p137 (ang.).
  4. ↑ Hel, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-07-30].
  5. ↑ Helium: geological information [online], Web Elements [dostęp 2020-07-13] (ang.).
  6. ↑ a b c d Xiao Dong i inni, A stable compound of helium and sodium at high pressure, „Nature Chemistry”, 9 (5), 2017, s. 440–445, DOI: 10.1038/nchem.2716, PMID: 28430195 (ang.).
  7. ↑ Periodic Table: Helium Lawrence Livermore National Laboratory.
  8. ↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 68. OCLC 839118859.
  9. ↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 73. OCLC 839118859.
  10. ↑ C.R. Hammond, The Elements. Helium, [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R. Lide (red.), wyd. 88, Boca Raton: CRC Press, 2007, s. 4-16 – 4-17, ISBN 978-0-8493-0488-0 (ang.).
  11. ↑ E. Kim, M.H.W. Chan, Probable observation of a supersolid helium phase, „Nature”, 427 (6971), 2004, s. 225–227, DOI: 10.1038/nature02220, PMID: 14724632 (ang.).
  12. ↑ E. Kim, M.H.W. Chan, Observation of superflow in solid helium, „Science”, 305 (5692), 2004, s. 1941–1944, DOI: 10.1126/science.1101501, ISSN 1095-9203, PMID: 15345778 [dostęp 2020-07-13] (ang.).
  13. ↑ Henry R. Glyde, Defects and perfect flows, „Nature”, 444 (7120), 2006, s. 693–695, DOI: 10.1038/444693a, PMID: 17151649 (ang.).
  14. ↑ Kontrapulsacja wewnątrzaortalna. [dostęp 2013-07-21]. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-11-05)].
  15. ↑ Neil R. Maclntyre, Richard D. Branson, Wentylacja Mechaniczna, ADI, 2008, ISBN 83-900299-2-8.
  16. ↑ a b Czy wdychając hel do balonów jesteśmy narażeni na niebezpieczeństwo? [online], www.hel.sklep.pl [dostęp 2021-03-09].
  17. ↑ a b Inhaling Helium: Is It Really That Dangerous? [online], Healthline, 4 lutego 2020 [dostęp 2021-03-09] (ang.).
  18. ↑ Heavy Gas – Sulfur Hexafluoride [online], Steve Spangler Science [dostęp 2021-03-09] (ang.).
  19. ↑ Helium Dangers [online], balloonartists.com.au [dostęp 2021-03-10].
  20. ↑ Andrzej Kublik: Rosja i Chiny walczą o energię z Księżyca. Gazeta Wyborcza, 2006-04-13. [dostęp 2009-01-10].
  21. ↑ Mariusz Błoński: Wyścig po paliwo z kosmosu. Kopalniawiedzy.pl, 15-12-2006. [dostęp 2009-01-10].
  22. ↑ Leszek Kadej: Hel - najcenniejsza domieszka w gazie ziemnym. Wysokie Napięcie, 2018-10-02.
  23. ↑ Michał Duszczyk, PGNiG umacnia pozycję głównego producenta helu, „Dziennik Gazeta Prawna”, 36 (3174), 21 lutego 2012, s. A12, ISSN 2080-6744.

Linki zewnętrzne

edytuj

  Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.

Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Hel_(pierwiastek)&oldid=74845794”