Гелий

Гелий — второй по распространённости элемент Вселенной после водорода и один из самых редких на Земле. Он единственный элемент, открытый сначала на Солнце и лишь потом найденный на нашей планете, и единственное вещество, которое не затвердевает при охлаждении до абсолютного нуля при обычном давлении.

Химически гелий не делает ничего: его электронная оболочка заполнена, и соединений в обычном смысле он не образует. Вся его ценность в физических свойствах.

На Земле гелий образуется при радиоактивном распаде тяжёлых элементов: альфа-частица — это ядро гелия. Накапливается он в некоторых природных газовых месторождениях, откуда его и извлекают; содержание там доли процента, и лишь немногие месторождения промышленно пригодны.

Удержать гелий планета не может: он лёгок и химически ни с чем не связывается, поэтому улетучивается в космос безвозвратно. С этим связана вполне реальная проблема исчерпания: выпущенный из шарика гелий возвращению не подлежит.

В 1868 году во время солнечного затмения Жюль Жансен и независимо Норман Локьер увидели в спектре солнечной короны жёлтую линию, не совпадавшую ни с одной известной. Локьер предположил новый элемент и назвал его по-гречески — от helios, Солнце.

Двадцать семь лет элемент оставался «солнечным». В 1895 году Уильям Рамзай, обрабатывая кислотой урановый минерал клевеит, получил газ, спектр которого совпал с солнечным. Гелий стал первым и пока единственным элементом, найденным сначала за пределами Земли.

Никак — и это утверждение точнее, чем кажется. У гелия наибольшая из всех элементов энергия ионизации и нулевое сродство к электрону; ни отдавать, ни принимать электроны он не склонен.

При обычных условиях устойчивых соединений гелия не существует. В экстремальных условиях — под давлением в сотни тысяч атмосфер — получены соединения вроде Na₂He, но к химии в обычном смысле это отношения не имеет.

Зато физика у гелия примечательна. При охлаждении ниже 2,17 K жидкий гелий переходит в сверхтекучее состояние: вязкость исчезает, жидкость сама вытекает по стенкам сосуда и проходит через капилляры, непроницаемые для любой другой жидкости.

Главное применение — охлаждение. Жидкий гелий кипит при 4,2 K, и без него не работали бы сверхпроводящие магниты — то есть ни томографы, ни Большой адронный коллайдер.

Дальше: защитная атмосфера при сварке и при выращивании кристаллов, поиск утечек (маленькая молекула проходит сквозь малейшую щель), дыхательные смеси для глубоководных погружений вместо азота, и, в самой заметной, но наименее важной части, воздушные шары.

Гелий в дыхательной смеси меняет тембр голоса: скорость звука в нём почти втрое выше, чем в воздухе, что смещает резонансы голосового тракта. Вдыхать чистый гелий опасно — не из-за самого газа, а из-за отсутствия кислорода.