Monthly Archives: Kwiecień 2013

Hel – podstawy

hel

Hel to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 2, gaz szlachetny, ostatni skroplony tzw. gaz trwały. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym w widzialnym Wszechświecie. Jego atom jest najmniejszy spośród wszystkich znanych pierwiastków. Hel jest złożony z dwóch elektronów związanych siłami elektromagnetycznymi do jądra zawierającego dwa protony wraz z neutronami w ilości zależnej od izotopu.

W 1868 roku dowody na istnienie helu pierwszy dostarczył francuski uczony Pierre Jules César Janssen (1824-1907). Dokonał tego analizując widmo spektroskopowe korony słonecznej podczas całkowitego zaćmienia Słońca (18 sierpnia 1868 r.). Na widmie pojawił się żółtawy prążek długości fali 587,6 nm. Niemożliwe było przyporządkowanie tej analizy żadnemu ówcześnie znanemu pierwiastkowi [1].

widmo_hel

Rys. 1. Widmo emisyjne helu [2]

Równolegle angielski naukowiec Sir Joseph Norman Lockyer (1836-1920) dokonał podobnych obserwacji. Lockyer i angielski chemik Edward Frankland nadali nowemu pierwiastkowi nazwę helium od greckiego boga Słońca – Heliosa [3, 4].

W 1895 roku niezależnie Sir William Ramsay (1852-1916) [6-8] i Abraham Langlet (1868-1936), Per Teodor Cleve (1840-1905) [9, 10] odkryli hel na Ziemii (do tego momentu uważano, że hel występuje tylko na Słońcu). Został on wyizolowany z klewitu (radioaktywna ruda uranowa, dwutlenek uranu).
William_Ramsay_working

Rys. 2. Sir William Ramsay – odkrywca helu na Ziemi [5]

W temperaturze pokojowej hel jest lekkim, obojętnym gazem. Jest bezwonny, bezbarwny i bez smaku. Na Ziemi występują dwa stabilne izotopy: hel-3 i hel-4. Pozostałymi niestabilnymi izotopami są hel-2, hel-5, hel-6, hel-7, hel-8, hel-9 i hel-10. Gaz stopniowo uchodzi do przestrzeni kosmicznej. Początkowo większość helu-4 była otrzymywana z minerałów radioaktywnych [11]. Obecnie głównie otrzymuje się go z helonośnych złóż gazu ziemnego w procesie niskotemperaturowego skraplania; w wyniku którego następuje wydzielenie z cieczy składającej się głównie z węglowodorów strumienia gazowego helu surowego. Hel surowy jest oczyszczany. Tradycyjna metoda to oczyszczanie w instalacjach kriogenicznych, gdzie hel jest sprężany i schładzany do momentu kondensacji większości zanieczyszczeń, a następnie przepuszczany przez złoża węgla aktywowanego [11, 12]. Głównymi wydobywcami helu są Stany Zjednoczone Ameryki, Katar, Rosja i Polska [12, 13].

[1] P. J. C. Janssen, C. R. Acad. Sci. Paris 67, 494 (1868)
[2] http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Helium_spectra.jpg
[3] J. N. Lockyer, C. R. Acad. Sci. Paris 67, 836 (1868)
[4] Sir Norman Lockyer – discovery of the element that he named helium, Balloon Professional Magazine (2009)
[5] http://en.wikipedia.org/wiki/File:William_Ramsay_working.jpg
[6] W. Ramsay: On a Gas Showing the Spectrum of Helium, the Reputed Cause of D3 , One of the Lines in the Coronal Spectrum. Preliminary Note, Proceedings of the Royal Society of London 58 65-67 (1895)
[7] W. Ramsay: Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I, Proceedings of the Royal Society of London 58 80–89 (1895)
[8] W. Ramsay: Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II, Proceedings of the Royal Society of London 59 325–330 (1895)
[9] N. A. Langlet: Das Atomgewicht des Heliums. Zeitschrift für anorganische Chemie 10 (1) 289–292 (1895)
[10] P. T. Cleve, C. R. Acad. Sci. Paris 120, 843 (1905)
[11] Enss Ch., Hunklinger S.: Low-temperature Physics, Heidelberg, Springer-Verlag, 2005
[12] http://www.odolanow.pgnig.pl/odolanow/produkty/ghe
[13] Pobell F.: Matter and methods at low temperatures, Heidelberg, Springer-Verlag, 1992