Helium (или He) – химический элемент, который широко распространен во Вселенной и уступает в этом отношении только водороду. В то же время источники гелия на Земле долгое время оставались неизвестны науке. Вероятно, это связано с тем, что во внешних оболочках нашей планеты содержится невероятно малое количество этого благородного газа.

 

Это действительно так, ведь если проанализировать состав атмосферы, гидросферы и литосферы, то мы сможем обнаружить, что соотношение гелия к другим химическим элементам в них очень мало. В то время как во всей Вселенной этот газ находится на втором месте по распространенности после водорода, занимая около 23 процентов массы всего космоса. Считается, что значительная часть этого вещества во Вселенной образовалась в течение буквально первых нескольких минут после Большого Взрыва.

 

атом гелия

 

Несмотря на то, что на Земле находится не так много источников гелия, а сам он считается очень редким, его широко используют в различных сферах человеческой жизни, включая:

  • область металлургии;
  • магнитно-резонансную томографию;
  • лабораторные исследования;
  • пищевую промышленность (в виде упаковочной среды и пищевой добавки);
  • сферу создания воздушных шаров, аэростатов и дирижаблей (в качестве их наполнителя);
  • производство газоразрядных трубок и отдельных видов LED-ламп;
  • работу гелий-неоновых лазерных установок (в этой сфере применяется газ особой чистоты);
  • функционирование ядерных реакторов.

 

Подробнее ознакомиться с особенностями применения технического гелия вы можете, прочитав отдельный материал, посвященный этой теме. Кроме того, предлагаем вам ознакомиться со статьей о том, как менялись цены на гелий.

 

объемы добычи

 

Содержится ли гелий в атмосфере?

После открытия этого сверхлегкого инертного газа более 100 лет назад ученые начали проводить многочисленные исследования, целью которых был его поиск в атмосфере. Но чистый (или так называемый свободный) гелий так и не был обнаружен на Земле и по сей день. Официально считается, что он полностью улетучился, то есть покинул пределы планеты и ушел в открытое космическое пространство, впрочем, как и свободный водород. Оба этих газа являются наиболее легкими известными науке химическими веществами.

 

Незначительный объем гелия действительно содержится в воздухе. Если быть более точным, то на каждую тысячу кубических метров воздуха приходится 5.24 литра этого элемента. Но нужно понимать, что это чрезвычайно малое количество, составляющее всего несколько тысячных долей процента от общей массы химических веществ, из которых состоит газовая оболочка планеты.

 

гелий в атмосфере Земли

 

Первоначально ученые предполагали, что сверхмалое количество «He» содержится только в тех слоях, которые располагаются ближе всего к земной поверхности. Они не исключали вероятность того, что верхние слои могут быть по-настоящему богаты этим элементом.

 

Но по мере развития технологий и появления космических ракет и зондов выяснилось, что основанный на азоте и кислороде состав атмосферы сохраняется даже на очень значительной высоте, вплоть до отметки в 100 километров от поверхности Земли. Оказалось, что содержание химического элемента helium несколько возрастает только в самой верхней ее части – так называемой экзосфере.

 

Что касается гидросферы, то о низкой вероятности содержания в ней «He» говорил еще Владимир Иванович Вернадский. Причина этого заключается в том, что ввиду своих химических свойств гелий не способен хорошо растворяться в воде. К примеру, если взять один литр морской воды, то в нем будет находиться некоторый объем «He» (впрочем, как и любых других элементов), а именно около 1:10000 от общего объема жидкости.

 

 

Источники гелия в земной коре

Литосфера располагает значительно большим количеством «He», чем атмосфера и все водное пространство планеты. Самая большая концентрация наблюдается в природных минералах, особенно тех, которые содержат самарий, торий и уран.

 

Долгое время ученые не могли объяснить это явление, хотя на то время было известно, что сами по себе минералы способы удерживать различные виды газов. Объяснение появилось лишь через некоторое время, когда удалось установить, что helium образовывается в процессе радиоактивного распада.

 

Содержание гелия в природных газах

Запасы гелия в атмосфере являются очень незначительными, поэтому ученые начали искать способ его получения из земной коры. Со временем появилось понимание того, что некоторое количество этого вещества содержится в природных газах, которые находятся в порах горных пород и не имеют никакого отношения к атмосфере.

 

источники гелия в природном газе

схема состава

 

Природные газы – это значительные скопления веществ в газообразном состоянии. Они возникают непосредственно в земных недрах в процессе разложения органических соединений и способны содержать в своем составе значительное количество компонентов, включая диоксид углерода, метан, криптон, ксенон, аргон и, конечно же, «He». При этом процент содержания чистого вещества в них значительно выше, чем в других источниках гелия.

 

запасы гелия в природном газе

 

Таким образом, основные запасы гелия на Земле, по мнению ученых, находятся в природе в виде примесей в газах. В связи с этим газовые месторождения рассматриваются сегодня в качестве приоритетных источников его получения для последующего применения в сфере промышленности и других целях.

 

Что представляет собой гелий-3 и где он содержится?

Это легкий изотоп гелия, который состоит из одного нейтрона и двух протонов. Его ключевая особенность заключается в том, что он является одним из двух стабильных изотопов этого химэлемента, но в отличие от гелия-4 встречается на нашей планете в миллионы или даже в миллиарды раз реже.

 

Считается, что большая часть таких изотопов возникла на Земле еще во времена ее сотворения. При этом гелий-3 растворен в земной мантии и проникает в воздух в очень ограниченных количествах. Тем не менее его получение из природных источников является чрезвычайно сложной, практически невыполнимой задачей и в настоящее время не проводится.

 

сверхлегкий инертный газ гелий

 

Единственный действующий способ, позволяющий получить гелий-3, заключается в проведении реакции распада радиоактивного изотопа водорода – трития, созданного искусственным путем.

 

При этом сам гелий-3 используют для наполнения детекторов нейтронов газового типа, а также в сфере медицины. При этом не прекращаются научные эксперименты и исследования, целью которых является расширение области применения этого легкого изотопа. К примеру, по мнению многих ученых «He-3» может выступать в качестве ядерного топлива.

 

Кроме того, в настоящее время ведутся научные исследования, которые позволяют изучить возможность добычи гелия-3 из реголита – грунтового слоя, покрывающего поверхность Луны. В разработках способов добычи изотопа принимают участие и сотрудники NASA.

 

Выводы

«He» является одним из самых распространенных газов в нашей Вселенной, но на нашей планете он сохранился в чрезвычайно малом объеме. Минимальный процент вещества находится в воздухе и воде, в то время как основные запасы гелия содержатся в качестве примеси в газах. Кроме того, внимание ученых привлекает и легкий изотоп гелий-3, который в будущем, возможно, будет добываться на Луне и использоваться в качестве ядерного топлива.

 

Если вы желаете приобрести гелий, то вы можете сделать это на сайте компании «ПРОМТЕХГАЗ», перейдя по ссылке http://www.propangaz.ru/?id=24.