2 He Гелий 4.003
Благородный газ s-block Period 1 Group 18

Гелий

He · Element 2 · Noble gases

Inert, weightless and permanently escaping: helium is the only element that will not freeze at ordinary pressure, no matter how cold you make it.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C Газ
АТОМНАЯ МАССА 4.003 u
ELECTRON CONFIGURATION 1s²

Строение

Атом гелий

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место гелий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 1.78e-4 g/cm³ 1%
Температура Плавления 1 K 0%
Температура Кипения 4.2 K 0%
Удельная теплоёмкость 5.193 J/g·K
Теплопроводность 0.15 W/m·K 10%

Атомные

Атомный Радиус 31 pm 0%
Ковалентный радиус 28 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 140 pm

Электронные

Электроотрицательность
Энергия ионизации 2372.6 kJ/mol 100%
Сродство к Электрону

Распространённость

Распространённость в земной коре 0.52 mg/kg 48%

Идентификационные

СимволHe
Атомный номер2
Атомная масса4.003 u
КатегорияБлагородный газ
Блокs
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная структура
Степени окисления0
Открытие1868
ПервооткрывательPierre Janssen & Norman Lockyer

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a гелий atom?

Radius 31 pm — that is 0.031 nm, so about 16129 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Гелий is liquid over a 3 K window, from 1 K to 4 K.

Положение

Положение в таблице

Гелий sits in period 1, group 18. Everything in group 18 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ

All благородные газы

История

Что такое гелий и как его обнаружили

Элемент космической эры

Гелий, названный в честь греческого бога Солнца Helios, обладает уникальным отличием: это единственный элемент, обнаруженный в космосе раньше, чем на Земле. Впервые обнаруженный в спектре Солнца во время солнечного затмения 1868 года, гелий является вторым по распространённости элементом во Вселенной, но одним из самых редких на Земле.

Необычные физические свойства

Гелий обладает примечательными свойствами, не укладывающимися в привычные представления. Это единственный элемент, который нельзя заморозить до твёрдого состояния при нормальном давлении — даже при абсолютном нуле (-273.15°C) гелий остаётся жидким, если давление не превышает 25 атмосфер. При 2.17K гелий-4 становится сверхтекучим, приобретая нулевую вязкость и способность течь вверх и проходить через поры молекулярного размера.

Характеристики благородного газа

Будучи первым благородным газом в периодической таблице, гелий полностью химически инертен при всех известных условиях. Его электронная конфигурация (1s²) соответствует завершённой оболочке, что делает его наиболее стабильным элементом. Соединения гелия в природе не встречаются, хотя экзотические ионы гидрида гелия (HeH⁺) были созданы в лабораторных условиях.

Изотопные свойства

Гелий-4 (⁴He): распространённость 99.999863% — образуется при альфа-распаде радиоактивных элементов

Гелий-3 (³He): распространённость 0.000137% — чрезвычайно редок, потенциальное топливо для термоядерного синтеза стоимостью $15,000 за грамм

Применение

Для чего используется гелий

Высокотехнологичное применение

🎈 Для потребителей и развлечений

  • Воздушные шары: обеспечивает подъёмную силу благодаря плотности, в 7 раз меньшей, чем у воздуха
  • Изменение голоса: вдыхание гелия изменяет резонанс голосовых связок, создавая высокий голос (Примечание: может быть опасно — может вызвать асфиксию)
  • Дирижабли и аэростаты: дирижабли Goodyear используют более 200,000 кубических футов гелия для безопасной, негорючей подъёмной силы

🧪 Научное и медицинское применение

  • МРТ-магниты: охлаждает сверхпроводящие магниты до 4.2K (-269°C) — для каждого аппарата МРТ требуется 1,500-1,700 литров
  • Дыхательные смеси: гелиокс (80% гелия, 20% кислорода) используется для лечения тяжёлой астмы и декомпрессионной болезни
  • Глубоководное погружение: тримикс (гелий, азот, кислород) предотвращает азотный наркоз на глубине более 30 метров
  • Обнаружение утечек: малый размер атома гелия делает его идеальным для поиска мельчайших утечек в вакуумных системах и трубопроводах
  • Хроматография: газ-носитель в газовой хроматографии благодаря химической инертности и теплопроводности

🚀 Аэрокосмическая отрасль и технологии

  • Охлаждение ракетных двигателей: SpaceX Falcon 9 использует гелий для наддува топливных баков и охлаждения двигателей
  • Управление ориентацией спутников: двигатели на холодном газе используют сжатый гелий для точного маневрирования космических аппаратов
  • Охлаждение телескопов: приборы космического телескопа James Webb охлаждаются жидким гелием до 7K для обнаружения инфракрасного излучения
  • Производство полупроводников: создаёт инертную атмосферу при производстве кремниевых микросхем и ионной имплантации

🔬 Применение в исследованиях

  • Ускорители частиц: Большой адронный коллайдер использует 130 тонн жидкого гелия для охлаждения сверхпроводящих магнитов
  • Ядерные исследования: гелий-3 используется для обнаружения нейтронов и в потенциальных термоядерных реакторах
  • Криогенные исследования: достижение температур, близких к абсолютному нулю, для квантовых экспериментов

Обращение

Безопасность

Информация о безопасности и обращении

⚠️ Основные опасности

ПРОСТОЙ АСФИКСИАНТ — ОПАСНОСТЬ ВЫТЕСНЕНИЯ КИСЛОРОДА

  • Риск асфиксии: концентрации более 20% могут вытеснять кислород
  • Отсутствие предупреждающих свойств: бесцветен, без запаха — его невозможно обнаружить без приборов
  • Быстрое рассеивание: будучи легче воздуха, гелий поднимается и может скапливаться в верхних зонах

🛡️ Руководства OSHA

  • Установленный PEL отсутствует: гелий физиологически инертен
  • Правила для замкнутых пространств: соблюдайте 29 CFR 1910.146 для замкнутых пространств
  • Контроль кислорода: поддерживайте содержание кислорода более 19.5% в рабочих зонах
  • Требования к вентиляции: обеспечьте достаточную вентиляцию для предотвращения скопления

🧤 Средства индивидуальной защиты

  • Защита органов дыхания: автономный дыхательный аппарат в средах с низким содержанием кислорода
  • Защита глаз: защитные очки при работе с системами под давлением
  • Криогенная защита: утеплённые перчатки и защитный щиток для жидкого гелия
  • Одежда: одежда с длинными рукавами и брюки для предотвращения контакта кожи с холодным газом или жидкостью

📦 Хранение и обращение

  • Газовые баллоны: храните вертикально, закреплёнными, в хорошо проветриваемых помещениях
  • Давление: обычно хранится при 200-300 bar (3000-4500 psi)
  • Температура: храните баллоны при температуре ниже 50°C (122°F)
  • Жидкий гелий: храните в специализированных дьюарах с системами сброса давления
  • Обращение: используйте подходящее подъёмное оборудование — никогда не катите и не волочите баллоны

🚨 Аварийные процедуры

Утечка газа:

  • Немедленно выйдите на свежий воздух
  • Проветривайте помещение сверху вниз (гелий поднимается)
  • Перед повторным входом проверьте уровень кислорода
  • Проверьте наличие утечек с помощью мыльного раствора или ультразвукового детектора

Инцидент при вдыхании:

  • Немедленно вынесите пострадавшего на свежий воздух
  • Контролируйте дыхание и сознание
  • При наличии кислорода и соответствующей подготовки подайте его пострадавшему
  • Вызовите экстренные службы, если пострадавший без сознания

Воздействие криогенной жидкости:

  • Немедленно удалите пострадавшего от источника холода
  • Постепенно согревайте поражённые участки чуть тёплой водой
  • Не растирайте и не массируйте обмороженные ткани
  • При тяжёлом обморожении немедленно обратитесь за медицинской помощью

⚠️ Особые меры предосторожности

  • Никогда не вдыхайте чистый гелий: это может вызвать быструю потерю сознания
  • Предупреждение о воздушных шарах: вдыхание гелия из нескольких шаров может привести к смерти
  • Замкнутые пространства: используйте непрерывный контроль атмосферы
  • Системы под давлением: соблюдайте нормы ASME для сосудов, работающих под давлением

Краткие ответы

Гелий: часто задаваемые вопросы

What is Гелий?

Гелий (symbol He) is element 2 on the periodic table, a благородный газ in period 1, group 18. Inert, weightless and permanently escaping: helium is the only element that will not freeze at ordinary pressure, no matter how cold you make it. At room temperature it is a gas.

What is the electron configuration of Гелий?

Гелий's ground-state electron configuration is 1s², giving 1 occupied shell holding 2 electrons respectively. Its outer shell holds 8 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

What are the melting and boiling points of Гелий?

Гелий melts at 1 K (-272.2 °C) and boils at 4.2 K (-268.9 °C).

What is the atomic mass of Гелий?

The standard atomic weight of Гелий is 4.003 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Гелий?

Гелий is a gas at room temperature; its density is about 0.178 g/L at 0 °C and 1 atm — roughly lighter than air.

Who discovered Гелий, and when?

Гелий was discovered in 1868 by Pierre Janssen & Norman Lockyer. It is named after greek helios, the Sun — found there before Earth.

How common is Гелий on Earth?

Гелий makes up about 0.52 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.