Гелий – весьма интересный элемент в таблице Менделеева. Несмотря на то, что он находится в 8 группе, он обладает рядом особенностей, которые отличают его от других элементов этой группы. Это вызывает множество вопросов и интерес ученых. В данной статье рассмотрим причины и объяснение нахождения гелия в 8 группе.
Почему же гелий находится среди таких химически активных элементов, как кислород и фтор? Здесь ключевую роль играет электронная конфигурация атома гелия. Всего в его оболочке находится всего два электрона. Это приводит к тому, что атом гелия является одним из самых стабильных атомов в природе. Два электрона внутреннего, первого энергетического уровня – это то, что отличает гелий от других элементов 8 группы.
Такая особенность атома гелия позволяет ему быть абсолютно инертным и химически стабильным элементом. Именно поэтому гелий не реагирует с другими веществами и не образует химические соединения. По своему поведению атом гелия больше похож на элементы из 18 группы — инертные газы. Это и объясняет его включение в 8 группу таблицы Менделеева.
Почему гелий находится в 8 группе?
Электронная конфигурация гелия состоит из двух электронов, которые заполняют первый энергетический уровень. Это делает гелий стабильным элементом с полностью заполненным s-подуровнем. Подобная электронная конфигурация признается очень устойчивой, и поэтому гелий может существовать в атмосфере Земли как монотомный газ.
Химические свойства гелия также имеют свои особенности. Он является инертным газом, то есть не реагирует с другими элементами при обычных условиях. Такие свойства характерны для всех элементов группы 18, которая также называется инертными газами или благородными газами. Поэтому гелий и другие элементы этой группы объединены вместе и находятся в 8 группе.
Определение и распределение элементов по группам периодической системы основано на их атомной структуре и электронной конфигурации, а также на их химических свойствах. Каждая группа в периодической системе имеет свою особенность и объединяет элементы с схожими химическими свойствами, что позволяет упростить классификацию и изучение химических элементов.
Исторические причины
Научное исследование элемента гелия началось в конце 19 века. Оно было связано с изучением свойств газовых смесей, особенно на основе соляной кислоты. Однако на то время учеными было обнаружено влияние неизвестного газа на оказание мощного обструктивного действия на кислород. Этот эффект был связан с газом, создеданными на стареющем содержимом образовательных дисциплинах.
Химики должны были найти, что характеризует этот газ. После нескольких лет исследований, они открыли новый элемент, который был назван гелием. Этот газ был первоначально выделен из минерального scatterite, но было затем найдено в доимперской атмосфере.
Исторически причина, по которой гелий был расположен в 8 группе, связана с его электронной конфигурацией. Гелий обладает заполненной электронной оболочкой, состоящей из 2 электронов. Это делает его аналогичным газообразным элементам из 8 группы таблицы Mendeleev. Все элементы в этой группе также имеют заполненную электронную оболочку, что придает им сходство в химических свойствах.
Атомная структура гелия
Гелий − это химический элемент, занимающий 8 группу периодической системы Менделеева. Атомный номер гелия равен 2, что означает наличие у него двух протонов в ядре. Атом гелия также содержит два электрона, располагающихся на электронных оболочках.
Атомная структура гелия можно представить в виде следующей таблицы:
| Ядро | Электронная оболочка |
|---|---|
| 2 протона | 2 электрона |
Ядро гелия состоит из двух протонов, которые имеют положительный заряд, и нейтронов, которые не имеют заряда. Протоны и нейтроны находятся вместе в центре атома и образуют ядро. Электроны располагаются на электронных оболочках и имеют отрицательный заряд.
Атом гелия стабилен и не образует химических связей с другими атомами. Это связано с тем, что у гелия внешняя электронная оболочка полностью заполнена, что делает его электронно-нейтральным. Гелий является одним из инертных газов.
Из-за своей низкой плотности и инертности, гелий широко используется в научных и промышленных целях, включая использование в аэростатах, в атомных реакторах и в процессе образования плазмы.
Химические свойства гелия
У гелия нет тенденции образовывать химические соединения, так как его электроотрицательность очень низкая. Это означает, что гелий практически не вступает в химические реакции и не образует стабильных химических соединений.
Однако гелий может образовывать некоторые нестабильные соединения, такие как гелиевые кластеры и соединения с экзотическими атомными ядрами. Эти соединения образуются только в экстремальных условиях, например, в холодной плазме или под действием электрического разряда.
Основное применение гелия — это заполнение аэростатов и использование в жидкостях охлаждения, в частности, для работы с магнитным резонансом и суперпроводниками. Гелий также используется в промышленности электроники и газах-смесителях для плавления металлов.
Благодаря своей инертности и легкости, гелий является безопасным для использования в различных приложениях и не образует горючие смеси или ядовитые продукты взаимодействия.
Таблица химических свойств гелия
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Атомный номер | 2 |
| Атомная масса | 4,0026 |
| Группа | 18 |
| Период | 1 |
| Электроотрицательность | 0 |
| Плотность при 0°C и 101,325 кПа | 0,1785 г/л |
| Температура плавления | -272,2°C |
| Температура кипения | -268,93°C |
Влияние гелия на окружающую среду
- Гелий не реагирует с другими элементами и соединениями, что исключает его взаимодействие с окружающей средой;
- Гелий является легчайшим газом, что означает, что он не смешивается с атмосферой и не оказывает непосредственного влияния на ее состав;
- Гелий не имеет токсичных свойств и не влияет на физиологию живых организмов, в том числе человека.
Однако несмотря на безвредность гелия, его добыча и использование оказывают влияние на окружающую среду. Процесс добычи гелия иногда связан с выделением углекислого газа и других загрязняющих веществ, что может привести к ухудшению качества воздуха. Кроме того, гелий является невозобновляемым ресурсом, что означает, что его истощение может привести к проблемам в будущем.
Применение гелия в промышленности
1. Аэростатика
Одним из наиболее распространенных применений гелия является использование его для заполнения аэростатов и воздушных шаров. Гелий используется вместо взрывоопасного водорода, так как он не горит. Такие аэростаты широко применяются в различных областях, включая туризм, аэрофотосъемку и научные исследования.
2. Электроника
Гелий используется для охлаждения различных компонентов в электронике, таких как сверхпроводящие магниты, полупроводниковые приборы и лазеры. Гелий обладает низким температурным свойством, которое позволяет охлаждать электронные устройства до очень низких температур и обеспечивать их более эффективную работу.
3. Медицина
Гелий широко используется в медицинской технике и в приборах для диагностики и лечения болезней. Например, гелий применяется в магнитно-резонансной томографии (МРТ), где охлаждает суперпроводящие магниты, обеспечивающие высокое разрешение изображений.
4. Пищевая промышленность
Гелий используется в пищевой промышленности для защиты продуктов от окисления и сохранения их свежести. Гелий заполняет пакеты с чипсами, снеками, конфетами и другими продуктами, предотвращая окисление и сохраняя их качество и длительность годности.
5. Плавание и водные виды спорта
Гелий облегчает плавание и водные виды спорта, так как его плотность намного меньше, чем плотность воздуха. Добавление гелия в дайверский костюм или плавательный жилет позволяет уменьшить вес и повысить плавучесть, что значительно облегчает движение в воде.
Гелий продолжает находить новые применения в промышленности и научных исследованиях. Его уникальные свойства делают его незаменимым компонентом во многих сферах человеческой деятельности.