Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.3: Гелій - перший благородний газ

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    18630

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Другий елемент в таблиці Менделєєва - гелій, Він, атомний номер 2. Всі атоми гелію мають 2 протони в своїх ядрах і 2 електрона. Існує два ізотопи гелію, з якихГелій-4, що містить 2 нейтрони в ядрі, на сьогоднішній день є переважаючим, з набагато меншими числами світлого ізотопу,Гелій-3 який має 2 протони та 1 нейтрон у своєму ядрі та масове число 3.

    Гелій - благородний газ, що означає, що він існує лише як атоми елементів, які ніколи не пов'язані з іншими атомами. Малюнок 3.3 являє собою зображення атома гелію, що показує його 2 електрони. Символ Льюїса гелію просто Він з 2 крапками. Це показує дуже важливу характеристику атомів. Оскільки електрони додаються до атомів зі збільшенням атомного числа, вони додаються на різних рівнях, відомих як електронні оболонки. Один електрон у водні, Н, йде в першу електронну оболонку, той, що має найменшу можливу енергію. Другий електрон, доданий для створення атома гелію, також йде в першу електронну оболонку. Ця найнижча електронна оболонка може містити максимум лише 2 електрони, тому гелій має заповнену електронну оболонку. Атоми із заповненими електронними оболонками не мають схильності втрачати, набирати або ділитися електронами і, отже, не вступають у взаємодію з іншими атомами за допомогою хімічного зв'язку. Такі атоми існують поодинці в газовій фазі і елементи, з яких вони складаються, називаються благородними газами. Гелій - перший з благородних газів.

    Рис. 3
    Малюнок 3.3. Два зображення атома гелію, що має заповнену електронну оболонку.

    Газ гелій має дуже низьку щільність всього 0,164 г/л при 25˚C і тиску в 1 атм. Елементарний гелій - друга найменш щільна речовина поруч з газом водню. Саме ця характеристика низької щільності робить гелій таким корисним у повітряних куль, включаючи метеорологічні кулі, які можуть залишатися на висоті днями, досягаючи дуже високих висот.

    Гелій перекачується з землі деякими джерелами природного газу, деякі з яких містять до 10% гелію за обсягом. Гелій вперше спостерігався на сонці за специфічними довжинами хвиль світла, випромінюваного гарячими атомами гелію. Підземні джерела гелію були виявлені бурильниками, які шукають природний газ в південно-західному Канзасі, які намагалися запалити газ з нової свердловини і були розчаровані, виявивши, що він не згорить, так як це був практично чистий гелій!

    Хімічно не реагує, гелій не має хімічних застосувань, крім як для забезпечення хімічно інертної атмосфери. Нетоксичний, без запаху, смаку, безбарвний газ, гелій використовується завдяки своїм унікальним фізичним властивостям. Застосування в погодних повітряних куль і дирижаблів було згадано раніше. Через низьку розчинність в крові гелій змішується з киснем для дихання глибоководними дайверами та особами з деякими респіраторними недугами. Використання гелію дайверами дозволяє уникнути дуже хворобливого стану, званого «вигинами», викликаними бульбашками азоту, що утворюються з азотного газу, розчиненого в крові.

    Найбільше застосування гелію є в якості надхолодної рідини, яка кипить при температурі всього 4,2 К вище абсолютного нуля (-269˚C), особливо в зростаючій науці кріогеніки, яка займається дуже низькими температурами. Деякі метали є надпровідниками при таких температурах, так що гелій використовується для охолодження електромагнітів, що дозволяє відносно невеликим магнітам розвивати дуже потужні магнітні поля. Такі магніти є складовими дуже корисного хімічного інструменту, відомого як ядерний магнітний резонанс (ЯМР). Такий же інструмент, модифікований для клінічних застосувань і званий МРТ, використовується як медичний діагностичний інструмент для сканування ділянок тіла на предмет наявності пухлин та інших захворювань.

    Водень хоче бути схожим на гелій

    Дослідження символу Льюїса гелію (праворуч, рис. 3.3) та формули Льюїса елементарного водню H2 (рис. 3.1) показує, що кожен з двох атомів водню в молекулі Н2 може претендувати на 2 електрони і тим самим нагадувати атом гелію. Нагадаємо, що гелій - благородний газ, який дуже задовольняється своїми 2 електронами. Кожен з атомів Н в Н2 задоволений 2 електронами, хоча вони поділяються. Це вказує на основне правило хімічного зв'язку, що атоми елемента, як правило, набувають таку ж електронну конфігурацію, що і найближчого благородного газу. У цьому випадку водень, який надходить безпосередньо перед гелієм в періодичній таблиці, отримує благородну газову конфігурацію гелію шляхом обміну електронами.