 |
сделать стартовой |  |
в избранное |
 |
||||||||||
|
| №31март 2009Элемент |
| Первый после водорода |
| epps.ru / Архив номеров / №31 март 2009 / Первый после водорода |
| 15 июля 1915 года. Ночной Лондон. Горожане мирно спят. За Ламаншем идут кровопролитные сражения, рвутся снаряды, десятками тысяч гибнут люди. Здесь, в сердце Британской Империи тишина и покой. Умирать должны солдаты, война никогда не придет к мирным гражданам королевства. По крайней мере так утверждает пропаганда…
Но вдруг десятки и сотни взрывов разорвали ночную тьму. Пламя встало стеной и объятые ужасом жители Лондона в панике метались по улицам. Город подвергся бомбардировке. Но каким образом? Не было слышно шума моторов аэропланов, не мелькали над пожарищами тени вражеских самолетов, бомбы, казалось, сыпались прямо из ночного неба. И только запоздало включенные прожектора противовоздушной обороны осветили огромные серые силуэты, бесшумно, словно призраки, парящие в недостижимой высоте. Это были боевые дирижабли Рейха. Новейшее оружие немецких конструкторов, летательные аппараты легче воздуха, гиганты, наполненные газом, с момента, открытия которого не прошло еще и пятидесяти лет. Газ назывался гелием… Мы живем в водородно-гелиевой Вселенной. Главенствующая роль, конечно, принадлежит водороду — на его долю приходится 76 % всей массы космоса. Гелий же составляет 23 % вселенской материи, и если учесть, что количество остальных элементов в мироздании не превышает 1 %, то совокупность этих двух элементов можно назвать тем самым мировым космическим океаном, из которого, по представлениям древних, возникло все сущее. Есть мнение, что часть нынешней массы гелия появилась сразу при рождении нашего мира, во время Большого взрыва, но сейчас главное место его образования — звезды. В недрах звезд гелий рождается и улетучивается в пространство, пополняя межзвездный газ и космические туманности. Появляется звездный гелий в результате ядерного синтеза. При воздействии чудовищных температур в сердце светила на огромных скоростях сталкиваются протоны, образуя в результате промежуточных реакций атом гелия. Масса атома гораздо меньше массы образующих его протонов, и «лишняя» материя переходит в чистую энергию, поддерживая звездный огонь. Солнце рождает гелий и, в то же время, обязано ему своим существованием — нигде в природе больше нет таких температур, необходимых для ядерного синтеза гелия, и только синтез гелия позволяет звезде не гаснуть миллионы лет. Гелиевый синтез — основа света, тепла и первопричина появления жизни. Парадоксально, но второй по распространенности во вселенной элемент очень редок на Земле, он составляет не более 0,0005 % от всей массы планеты. Объясняется это тем, что гелий очень летуч и земное притяжение не может удержать его в атмосфере. В земных условиях гелий образуется в результате очень медленных процессов, и его выделяемое количество совершенно не сопоставимо с тем объемом газа, который выбрасывают «топки» звезд. Рождается земной гелий в ядре планеты в результате альфа-распада тяжелых радиоактивных элементов, таких как уран и торий. Большая часть этих реакций протекает в ядре планеты, после чего гелий начинает свой неторопливый путь к поверхности земли. В земной коре тоже идет процесс образования гелия, но здесь он еще более неспешен — одна тонна гранита, содержащая 2 грамма урана и 10 грамм тория, выделит всего лишь 0,09 миллиграмм гелия за миллион лет. Гелий путешествует вверх по земной коре по порам и трещинам, стремясь попасть в атмосферу и улететь за облака, однако это не всегда получается. Часть гелия попадает в естественные подземные ловушки, представляющие собой пустоты в плотных газонепроницаемых породах. Там гелий смешивается с другими природными газами и в составе этой смеси попадает к нам в руки при разработке газовых месторождений. Доля гелия в природном газе невелика — тысячные и сотые доли процента, поэтому промышленное его получение — довольно дорогое удовольствие. Редко когда попадаются месторождения газа с содержанием гелия в десятые доли процента — это уже настоящий клад. Не удивительно, что такой редкий для нашей планеты элемент долгое время был неизвестен ученым, и открытие его произошло лишь в конце XIX века. Обнаружили его впервые не на Земле, а на Солнце, и не «в живую», а методом спектрального анализа. Принцип спектрального анализа заключается в том, что атомы каждого химического вещества имеют свою индивидуальную резонансную частоту, на которой они излучают или поглощают свет. Частота атомов водорода, допустим, совершенно отличается от частоты атомов никеля, а гелий поглощает свет на частоте отличной от углерода. Существуют приборы — спектрометры, которые разлагают излучение на несколько составляющих величин — спектр, для видимого света в качестве спектроскопа может служить простая оптическая призма. Изучая какой-либо объект через спектроскоп, мы сможем увидеть в его спектре более темные или светлые линии — и конкретное положение каждой такой линии будет соответствовать конкретному элементу периодической таблицы. Причем таким образом можно изучать химический состав вещества не только в лаборатории, но и исследовать довольно удаленные объекты. В 1868 году французский ученый Жансен изучал солнечное затмение в Индии, и, проводя спектрографию протуберанцев, обнаружил новую желтую линию, которая не соответствовала ни одному известному до этого элементу. Не теряя времени, Жансен составил отчет о своем наблюдении, который отправил с письмом во Французскую академию наук. Через два месяца после открытия Жансена, английский ученый Локьер, находясь в Лондоне, тоже исследовал спектр внешней солнечной оболочки, и тоже обнаружил загадочную линию. Письмо, отправленное Локьером в Парижскую академию, пришло одновременно с письмом Жансена, ведь посланию французского ученого пришлось проделать длинный путь через весь земной шар. Оба отчета были зачитаны на одном заседании академии с промежутком в несколько минут, и такое совпадение немало поразило уважаемых членов академии. Парижские академики решили, что выявленная линия спектра указывает на присутствие натрия, но и Жансен и Локьер были уверены, что открыли новый элемент. Убедительно доказать это ученым удалось в 1871 году, тогда же они окрестили свою находку гелием, от греческого Гелиос — Солнце. Впрочем, как мы видим, открытие еще не было полноценным. Был обнаружен только след гелия, ни химические, ни физические свойства его известны не были, и вообще, больше десятилетия ученые были уверены что гелий — металл. В 1881 году итальянский ученый Пальмиери заявил, что обнаружил гелий в вулканических газах, но почему–то всерьез его никто не воспринял. Американский геолог Хиллебранд был близок к мировой славе, когда выделил гелий разложением уранового минерала клевеита, но американец почему-то решил что это азот. В 1895 году англичанин Рамсэй, повторяя опыты Хиллебранда, решил подвергнуть полученный газ спектральному анализу, и обнаружил яркую желтую линию, на первый взгляд соответствующую натрию, но стоящую немного не в том месте. Как и его парижские коллеги, Рамсэй посчитал что натрий, он и в Африке натрий, а несущественное несоответствие линии списал на неисправность спектроскопа. Однако, чтобы до конца быть уверенным, Рамсэй послал пробу газа своему другу, специалисту по спектрографии Круксу. И уже Крукс обрадовал ученого, сообщив что этот газ ничто иное как гелий, обнаруженный на Солнце более чем двумя десятилетиями ранее. Спустя год гелий обнаружили в атмосфере, еще через десять лет в природном газе нефтяных скважин. Тогда же небезызвестный Резерфорд установил, что альфа-частицы, испускаемые радиоактивными элементами — ни что иное, как атомы гелия. Становится понятным, почему гелий так долго не попадал в поле зрения ученых. Он и очень редок, и в спектральном анализе весьма схож с натрием. Кроме того, гелий, пожалуй, самый «незаметный» газ. Он бесцветен, он не имеет запаха. Гелий необычайно инертен. Он не вступает в химические реакции, не образует химических соединений и не имеет степени окисления. Есть у него и другие интересные свойства. Гелий в семь раз легче воздуха, то есть второй по легкости газ после водорода. (Мы уже говорили о том, что в атмосфере земли гелия практически нет, потому что он улетучивается в мировое пространство.) Гелий имеет наименьшую температуру кипения из всех газов, поэтому жидкий гелий — самая холодная жидкость, которая может существовать в природе. Температура плавления гелия близка к абсолютному нулю, но даже при таком жутком морозе жидкий гелий будет затвердевать только под давлением не меньше 25 атмосфер. Мы уже знаем о том, что гелий преодолевает толщу земной коры, поднимаясь к поверхности от ядра по микроскопическим порам, но кроме этого, гелий может проникать сквозь «цельные» материалы, такие как стекло, фарфор, многие полимеры и металлы. Из газов, гелий стоит на втором месте после водорода по теплопроводности и хуже всего растворяется в воде. Газ с такими специфическими свойствами еще долго после своего открытия не мог найти применения. Первыми извлекли практическую пользу из гелия производители дирижаблей. Гелий оказался практически идеальным газом для наполнения воздухоплавательных аппаратов, хотя он и не обладал такой подъемной силой, как водород, но зато был абсолютно не горюч. Если до этого пилоты дирижаблей, наполненных водородом, чувствовали себя как на пороховой бочке, и малейшая искра могла быть причиной катастрофы, то теперь воздушные полеты на аппаратах легче воздуха стали гораздо безопасней и комфортней. За новинку, как это у нас водится, сразу ухватились военные. Во время первой Мировой войны немцы отправляли в рейды через Ламанш целые флотилии дирижаблей — бомбардировщиков, безнаказанно, в первое время, бомбившие английские города. Через некоторое время военное значение дирижаблей сошло на нет, потому что они не смогли противостоять британским аэропланам — истребителям, но сама идея была замечательной. После войны дирижаблестроение стало развиваться бурными темпами, успешно конкурируя с еще не совершенной тогда транспортной и пассажирской самолетной авиацией. Цеппелины с легкостью пересекали океаны и горные цепи, и даже побывали на северном полюсе. Тогда же была придумана «воздухоплавательная смесь» — 85 % гелия и 15 % водорода, аппараты с таким наполнением огнебезопасны и теряют всего 7 % в подъемной силе, по сравнению с водородными дирижаблями. К сожалению, расцвет воздухоплавания был не долгим и пришел в упадок к середине 30-х годов. Причин тому было множество, немалую роль сыграла и случившаяся в 1936 году катастрофа «Гинденбурга» — самого большого цеппелина в истории, который современники сравнивали с печально известным «Титаником». Правда, «Гинденбург» был заполнен как раз не безопасным гелием, а водородом, по причине чего и произошел пожар, но катастрофа настолько потрясла сознание людей, что после нее мало кто решался взойти на борт дирижабля, будь тот хоть трижды гелиевым. В общественном сознании цеппелины стали ассоциироваться с чем–то опасным, ненадежным, и их производство вскоре прекратилось. Гелием снова заинтересовались уже после Второй Мировой войны, теперь его специфические свойства потребовались быстро развивающимся тяжелой и энергетической промышленности. Инертность гелия используют при проведении многих технологических процессов, которые невозможно проводить в воздушной среде, например при дуговой сварке магния. Гелий используют для охлаждения ядерных реакторов, в его среде проводят некоторые процедуры при получении атомного топлива. Сергей Журавлев. |
|
| © 2006-2017. Все права защищены. «Единый промышленный портал Сибири» Цитирование приветствуется при условии указания ссылки на источник - www.epps.ru © Создание сайта - студия GolDesign.Ru |