В каких продуктах есть гелий

1 октября 2018

Гелий – инертный газ 18-й группы периодической таблицы. Это второй самый легкий элемент после водорода. Гелий – газ без цвета, запаха и вкуса, который становится жидким при температуре -268.9 °C. Точки кипения и замерзания его ниже, чем у любого другого известного вещества. Это единственный элемент, который не затвердевает при охлаждении при нормальном атмосферном давлении. Чтобы гелий перешел в твердое состояние, необходимо 25 атмосфер при температуре 1 К.

Что такое гелий, его влияние на физиологию человека

Гелий – это инертный газ. У него нет ни запаха, ни цвета. В природе он занимает второе место после водорода, преимущественно во Вселенной. На нашей планете этот химический элемент встречается редко и образуется при распаде тяжелых соединений.

Спектр газа имеет несколько серых линий. Если гелием наполнить прозрачную трубку, а затем через нее пропустить электрический ток, то газ начнет менять свои цвета – от желтого и розового, до ярко-оранжевого и зеленого.

Газ не является токсичным, и относится к 4-му классу опасности (малотоксичные вещества). Гелий не участвует в биологических процессах.

В целом гелий не вреден для организма. Он является абсолютно нейтральным, не вступает в химические реакции с другими веществами, не воспламеняется.

Распространение гелия в природе

Масса гелия составляет около 23% всей массы Вселенной, и элемент является вторым по распространенности в космосе. Он сосредоточен в звездах, где образуется из водорода в результате термоядерного синтеза. Хотя в земной атмосфере гелий находится в концентрации 1 часть на 200 тыс. (5 промилле) и в небольших количествах содержится в радиоактивных минералах, метеоритном железе, а также в минеральных источниках, большие объемы элемента встречаются в Соединенных Штатах (особенно в Техасе, Нью-Мексико, Канзасе, Оклахоме, Аризоне и Юте) в качестве компонента (до 7,6%) природного газа. Небольшие его запасы были обнаружены в Австралии, Алжире, Польше, Катаре и России. В земной коре концентрация гелия равна лишь около 8 частей на миллиард.

Физические свойства гелия

Температура кипения и плавления у этого элемента самые низкие. По этой причине гелий существует в виде газа, за исключением экстремальных условий. Газообразный He в воде растворяется меньше, чем какой-либо другой газ, а скорость диффузии через твердые тела в три раза больше, чем у воздуха. Его показатель преломления ближе всего приближается к 1.

Теплопроводность гелия уступает лишь теплопроводности водорода, а его удельная теплоемкость необычайно высокая. При обычных температурах при расширении он нагревается, а ниже 40 K – охлаждается. Поэтому при Т<40 K гелий можно превратить в жидкость путем расширения.

Элемент является диэлектриком, если не находится в ионизированном состоянии. Как и у других благородных газов, у гелия есть метастабильные энергетические уровни, которые позволяют ему оставаться ионизированным в электрическом разряде, когда напряжение остается ниже потенциала ионизации.

Гелий-4 уникален тем, что обладает двумя жидкими формами. Обычная называется гелий I и существует при температурах от точки кипения 4,21 К (-268,9 °C) до около 2,18 К (-271 °C). Ниже 2,18 K теплопроводность 4He становится в 1000 раз больше, чем у меди. Эта форма называется гелий II, чтобы отличить ее от обычной. Она обладает сверхтекучестью: вязкость настолько низкая, что не может быть измерена. Гелий II растекается в тонкую пленку на поверхности любого вещества, которого касается, и эта пленка течет без трения даже против силы тяжести.

Менее обильный гелий-3 образует три различные жидкие фазы, две из которых сверхтекучи. Сверхтекучесть в 4He была обнаружена советским физиком Петром Леонидовичем Капицей в середине 1930-х годов, и такое же явление в 3He было впервые замечено Дугласом Д. Ошеровым, Дэвидом М. Ли, и Робертом С. Ричардсоном из США в 1972 году.

Жидкая смесь двух изотопов гелия-3 и -4 при температурах ниже 0,8 К (-272.4 °C) разделяется на два слоя – практически чистого 3He и смеси 4He с 6% гелия-3. Растворение 3He в 4He сопровождается охлаждающим эффектом, который используется в конструкции криостатов, в которых температура гелия опускается ниже 0,01 К (-273,14 °C) и поддерживается такой в течение нескольких дней.

Соединения гелия

В нормальных условиях гелий химически инертен. В экстремальных можно создать соединения элемента, которые при нормальных показателях температуры и давления не являются стабильными. Например, гелий может образовывать соединения с йодом, вольфрамом, фтором, фосфором и серой, когда он подвергается действию электрического тлеющего разряда при бомбардировке электронами или в состоянии плазмы. Таким образом, были созданы HeNe, HgHe10, WHe2 и молекулярные ионы Не2+, Не2++, HeH+ и HeD+. Эта техника также позволила получить нейтральные молекулы Не2 и HgHe.

Процесс получения гелия

Гелий (чистотой 98,2%) выделяют из природного газа путем сжижения других компонентов при низких температурах и при высоких давлениях. Адсорбция других газов охлажденным активированным углем позволяет добиться чистоты 99,995%. Небольшой объем гелия производится при сжижении воздуха в больших масштабах. Из 900 т воздуха можно получить около 3,17 куб. м газа.

Сферы применения гелия

Благородный газ нашел применение в разных областях:

• Гелий, свойства которого позволяют получать сверхнизкие температуры, используется как охлаждающий агент в Большом адронном коллайдере, сверхпроводящих магнитах аппаратов МРТ и спектрометров ядерного магнитного резонанса, спутниковой аппаратуры, а также для сжижения кислорода и водорода в ракетах «Аполлон».
• В качестве инертного газа для сварки алюминия и др. металлов, при производстве оптоволокна и полупроводников.
• Для создания давления в топливных баках ракетных двигателей, особенно тех, которые работают на жидком водороде, т. к. только гелий газообразный сохраняет свое агрегатное состояние, когда водород остается жидким);
• He-Ne газовые лазеры используются для сканирования штрих-кодов на кассах в супермаркетах.
• Гелий-ионный микроскоп позволяет получить лучшие изображения, чем электронный.
• Благодаря высокой проницаемости благородный газ используется для проверки утечек, например, в системах кондиционирования воздуха автомобилей, а также для быстрого наполнения подушек безопасности при столкновении.
• Низкая плотность позволяет наполнять декоративные шары с гелием. Инертный газ заменил взрывоопасный водород в дирижаблях и воздушных шарах. Например, в метеорологии, шары с гелием используются для подъема измерительных приборов.
• В криогенной технике служит теплоносителем, поскольку температура этого химического элемента в жидком состоянии минимально возможная.
• Гелий, свойства которого обеспечивают ему низкую реактивность и растворимость в воде (и крови), в смеси с кислородом нашел применение в дыхательных составах для подводного плавания с аквалангом и проведения кессонных работ.
• Метеориты и горные породы анализируются на содержание данного элемента для определения их возраста.

Негативное влияние гелия

Влияние гелия на организм человека в больших концентрациях негативно сказывается на центральной нервной системе.

Отравляющие дозы вещества проникают в кровь и вызывают у человека такие симптомы:

• головные боли;
• головокружение;
• потемнение в глазах;
• тошнота;
• рвота.

Так как газ не имеет запаха и цвета, человек может надышаться парами, не подозревая об отравлении. Это может привести к потере сознания. Аналогичное воздействие бывает при резком однократном вдохе концентрированного гелия. Поэтому дышать гелием из шариков опасно для здоровья.

Газ вреден тем, что при попадании в дыхательную систему он частично ограничивает или полностью перекрывает доступ кислорода. Поэтому человек в условиях высокой концентрации вещества может быстро задохнуться. Случаи острого отравления, угрожающего жизни, не фиксировались, так как столкнуться с такими условиями в окружающей среде невозможно.

Категорически нельзя вдыхать гелий людям с хроническими заболеваниями органов дыхательной системы, например, бронхиальной астмой.

У таких людей вдыхание газа вызывает симптомы:

• сонливость;
• нарушение концентрации внимание;
• снижение работы органов чувств (слух, зрение, нюх, осязание);
• иногда развивается ступор;
• руки и ноги дрожат.

Из-за одышки и кашля у человека может развиться паническое состояние, вызванное страхом нехватки кислорода.

Есть сведения о том, что гелий уничтожает клетки головного мозга.

Как обеспечить восстановление голоса после вдыхания гелия

Вдыхание геля на вечеринках остается востребованным развлечением среди молодежи. Чтобы избежать неприятных ситуаций со здоровьем, нужно знать несколько приемов, которые помогут сохранить хорошее самочувствие. Следует отметить, что гелий не всегда влияет на голос. У людей, которые обладают высоким тембром (преимущественно девушки и женщины), изменения в голосе могут не наблюдаться.

Чтобы быстро восстановить свой голос, нужно следовать таким рекомендациям:

1. Обеспечить максимальный доступ кислорода в легкие – глубоко вдохнуть и выдохнуть несколько раз.
2. Если у вас было головокружение, и оно усилилось, незамедлительно покиньте помещение, выйдете на свежий воздух.
3. Если в течение 10-15 минут ваше состояние не улучшается, обратитесь за медицинской помощью.

В малых концентрациях гелий нетоксичен и абсолютно безопасен как для взрослых, так и для детей. Но это не значит, что газ следует вдыхать в себя и злоупотреблять его веселящим эффектом. Передозировка гелия в организме способна заметно ухудшить общее состояние и испортить радостное ощущение праздника.

Важно помнить, что безопасен только чистый гелий. Он не является ядом, не вызывает аллергических реакций. Но если в газе есть примеси мышьяка или любых других токсических веществ, то это создает потенциальную угрозу для жизни человека.