Энциклопедия Брокгауза и Ефрона - гелий

I

(Helium, химич. знак Не) — элемент из группы аргона (см. соотв. статью), возбудивший в последнее время вместе с радием (см. соотв. статью) чрезвычайный интерес благодаря работе Рамзая, который нашел, что эманация радия превращается в Г., и таким образом поставил ребром важнейший для философии естествознания вопрос о генезисе элементов и превращаемости их одного в другой. На существование Г. впервые указал англ. астроном Локьер, который, исследуя спектр солнечных выступов (протуберанцев), обратил внимание на ярко выраженную в нем желтую линию D3, на которую еще раньше указывал Жансен (Janssen), и более слабую зеленую линию, линии, не встречающиеся у исследованных до того времени элементов. Происхождение этих линий было приписано им особому неизвестному на земле элементу, который Локьер и назвал Г. (от ηλιος — солнце). Г. получен Рамзаем в 1895 г. Вскоре после открытия аргона внимание Рамзая было обращено Miers'ом на наблюдение, сделанное в 1885 г. Гильдебрандом, что некоторые урановые минералы при действии серной кислоты выделяют газ, который был признан азотом; при этом Miers высказал мнение, что в указанном газе мог находиться аргон. Рамзай подверг исследованию газ, полученный при разложении клевеита серной кислотой и нашел в его спектре характерную для гелия Локьера желтую линию D3 (λ = 587,6); для открытого газообразного тела Рамзай и оставил название Локьера. Г. сравнительно мало распространен в природе; в воздухе на 1000000 частей его находится 1—2 части. Он найден в газах, выделяющихся из различных минеральных источников, например в Пиренеях, в Бадене, Карлсбаде и др.; получается из урановых минералов — клевеита, фергузонита, броггерита, самарскита, монацита и др., из минералов, содержащих торий, некоторых метеоритов и проч. Для получения Г. из содержащих его минералов применяется или действие одной высокой температуры, или минерал подвергается химической обработке, нагреванию с серной кислотой или сплавлению с кислой сернокалиевой солью. Выделение гелия при одном нагревании, хотя медленное, но начинается уже при 200°, при ярко-красном калении оно идет быстро, в некоторых случаях оно сопровождается выделением света и тепла, как будто бы здесь Г. находился в соединении, образованном с поглощением тепла; напр. фергузонит при прокаливании выделяет на 1 г 8,09 больших калорий, при чем удельный вес его уменьшается (вместо 5,619 становится 5,375), так что такое выделение тепла трудно приписать полимеризации; у минерала ашинита выделение тепла сопровождается, напротив увеличением уд. веса (до прокаливания 4,685, после 4,793). Представляет также интерес и то обстоятельство, что при одном нагревании выделяется, примерно, половина того, что получается при разложении минерала серной кислотой; напр. на 1 г клевеита при нагревании выделяется 1,487 кб. см He, а при действии серной кислоты 3,201 к. см, из фергузонита — соответственно 1,041 кб. см и около 2 кб. см. Операция одного нагревания производится следующим образом. Очень тонко измельченный минерал помещается в тугоплавкую стеклянную или железную трубку, которая при помощи каучука соединяется с ртутным насосом и приемником для газа (ртутным резервуаром, содержащим иногда едкое кали для поглощения углекислоты и сернистых соединений). Выкачав воздух, начинают осторожно нагревать трубку; скорость выделения газа наблюдается по ртутному манометру, соединенному с прибором. Операция длится несколько часов, причем скорость выделения газа постепенно уменьшается. Полученный газ переводится в ртутный насос. Одним нагреванием, как сказано, нельзя выделить всего Г. из клевеита и других содержащих его минералов. Разложение этих минералов сплавлением с кислым сернокислым калием KHSO4 требует немного времени; но оно не полное. Измельченный минерал смешивается с равным по весу количеством плавленого и измельченного кислого сернокислого калия, не содержащего селитры. Смесь помещается в трубку или колбу из тугоплавкого стекла, и последние соединяются с прибором, подобным описанному выше. Разложение минералов, содержащих Г., наиболее совершенное получается при употреблении разбавленной серной кисл. (1 ч. Н2SO4 на 4 ч. воды); но оно длится очень долго (неделя и больше). Минерал помещается в баллон с длинным горлом, в которое через пробку входит холодильник, соединяющийся со ртутным насосом, и воронка с краном для приливания прокипяченной серной кислоты. После выкачивания воздуха прибор несколько раз наполняется углекислотой для удаления следов воздуха, которая, в свою очередь, удаляется насосом. При разложении серной кислотой баллон нагревается на водяной бане. Газ, полученный из клевеита, самарскита, броггерита, по исслдованию Рамзая и Колли, кроме Г. содержит водород, углекислоту, немного азота, аргон, криптон. Для удаления их применяются обычные химические способы (обработка щелочью, сжигание с кислородом или окисью меди, пропускание через накаленный магний и проч.). Таким путем Рамзаем были приготовлены образцы Г., плотности которых (при О = 16) были найдены для образца из броггерита 2,181, самарскита 2,118, фергузонита 2,140. Так как химические способы не дают возможности отделить Г. от других членов аргоновой группы, то Рамзай применил для этой цели физические способы, именно фракционированную диффузию через пористую глиняную трубку. При такой обработке газ из клевеита дал образец Г. с плотностью 1,98 (О = 16) вместо 2,18, бывшей до диффузии, хотя, как показали дальнейшие попытки очистить его действием низкой температуры (пропускание через спираль, охлажденную жидким водородом при фракционировании), этот образец все-таки содержал примесь аргона и криптона. Таким образом, было найдено, что после водорода Г. есть легчайший газ. При приготовлении чистого Г. необходимо обращать внимание на то, чтобы в исходном газе не находилось неона, так как по физическим свойствам последний близко подходит к Г. и разделение их представляется чрезвычайно затруднительным. Физические свойства. Попытки получить Г. в жидком виде окончились неудачей; по-видимому, критич. темп. его лежит между 9° и 10° от абсолютного нуля, а темп. кипения около 6°. Благодаря этому Г. был предложен для наполнения термометров для измерения низких температур. Для измерения высоких температур термометры, наполненные Г., не пригодны, так как Г. при нагревании проникает через стенки сосудов (кварцевых). Диффузия же Г., по-видимому, пропорциональна давлению; она начинается уже при 220°, хотя идет очень медленно; при 1100° в течение 6 час. уходит 6/7 всего газа (A. Jaquerod, F. Louis Perrot). Коэффициент расширения Г. при постоянном объеме между 0° и 100°С для начальных давлений между 500 мм и 700 мм найден Траверсом и Жакэро равным 0,00366255. Определение отношения теплоемкостей при постоянном давлении и при постоянном объеме дало 1,667, как для аргона. Это показывает, что частица Г. состоит из одного атома; следовательно, атомный вес гелия = 3,98 (О = 16). Коэффициент преломления для Г. 0,1238 (для воздуха 1,000). В спектре Г. характерны линии следующих длин волн: 7056; 6677; 5875,9; 5048; 5015,6; 4922; 4713; 4472; общий вид спектра зависит от давления Г., присутствия посторонних газов и других условий. При давлении газа 7—8 мм наиболее ярка желтая линия 5875,9; при уменьшении давления увеличивается интенсивность зеленой линии 5015,6. Различие в спектрах Г. при разных давлениях так значительно, что Рунге и Пашен считали Г. смесью двух газов, одного, характеризующегося желтой линией D3, а другого зеленой 5015,6; но Рамзай и Траверс показали, что здесь играет роль давление газа. В присутствии других газов лучше всего производить наблюдение при самом малом давлении — тогда зеленая линия 5015,6 является наиболее яркой. Рамзай и Колли произвели ряд опытов для выяснения того, какое минимальное количество Г. может быть открыто спектроскопом в присутствии водорода, азота и аргона, и наоборот, какое минимальное количество этих последних газов открывается в Г. При содержании 33 % Г. в водороде он невидим в спектроскоп, если давление газа до 2,41 мм; при более низком давлении от 0,43 мм до 0,00033 мм спектр Г. наблюдается ясно; при содержании же Г. в 10 % он едва видим при малых давлениях. Водород в Г. при содержании в 0,001 % видим при всех давлениях; Г. в азоте при 10 % различается трудно; азот же в Г. почти не открывается при 0,01 %. В аргоне Г. не открывается при содержании 25 % даже при малых давлениях (0,58 мм), аргон же видим при 0,06 %. Химические свойства. По своей химической натуре Г. вполне напоминает аргон; для него, как и для последнего не удалось получить определенных химических соединений. Ряд опытов, произведенных в этом направлении Рамзаем и Колли, дал отрицательные результаты. Натрий перегоняется в атмоефере Г. без изменения; кремний, смесь окиси бериллия с магнием (выделяющая металлический бериллий) при накаливании не дейотвуют на Г.; такой же результат дает смесь с магнием окиси бора, окиси иттрия, титана, тория и урана. Цинк, фосфор, сера, мышьяк, кадмий перегоняются в атмосфере Г. без изменения. Олово, свинец, сурьма и висмут при накаливании в атмосфере Г. не изменяют своего цвета; Г. не поглощается при накаливании порошковатым кобальтом, так же смесью натристой извести с серой. Хлор под влиянием тихого разряда не действует на Г.; с парами бензола при тихом разряде Г. не дает сокращения объема. Все это показывает на крайне слабо выраженную способность Г. вступать в химические реакции; с другой стороны, является непонятным, в каком виде Г. находится в клевеите и ему подобных минералах. Г. растворяется в воде, причем (Estreicher) от 0°до 25° (при обыкн. давл.) растворимость его уменьшается, а затем до 50° возрастает; так, она при 0° — 0,01500; при 10° — 0,0142; 20° — 0,01386; 25° — 0,01371; 30° — 0,01382; 40° — 0,01387; 50° — 0,01404. Платина при электрическом разряде поглощает Г., при чем она делается черной; при нагревании она выделяет поглощенный Г.; этим поглощением Г. платиной объясняется перемена спектра Г. в трубках с платиновыми электродами. По наблюдению Трооста и Уврара, в таких же условиях Г. поглощается магнием, а по Браунеру и алюминием. В 1903 г. Рамзай и Содди сделали сообщение о своих опытах над эманацией радия (см.), при чем указали, что постепенно в спектре эманации появляются характерные линии Г. Они пришли к выводу, что Г. есть продукт распада атомов радия; по приблизительному расчету 1 г бромистого радия выделяет в год 0,0022 мг Г. Если это так, то, казалось бы, что Г. всегда должен получаться из минералов, содержащих радий; но Адамс не нашел его в карнолите, который служит материалом для получения радия; впрочем, Адамс объясняет это неспособностью мелко распределенного в породе карнолита удерживать Г.

Подр. см. "Experimentelle Untersuchungen v. Gazen", M. Travers.

С. Вуколов.

II

(химич.) — считается элементарным телом, присутствующим на Солнце; он характеризуется яркой линией (длина волны 587'5, около D), видимой в спектроскоп в выступах и пятнах Солнца; линии этой нет в спектрах известных поныне элементов. [Так как на Солнце при особенностях температуры, давлений и движений, там существующих, проявляются обстоятельства, изменяющие спектры (см.), как видно в различии спектров газообразных элементарных тел, то с одинаковым правом можно полагать, что линия гелия принадлежит особому доныне неизвестному элементу, или же, что она проявляется только при особых, доныне не воспроизведенных в опыте, условиях, имеющих место на Солнце, где она видна ясно только при особых состояниях частей этого светила. — Д. Менделеев].

А. И. Горбов. Δ.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон

1890—1907