ГЕЛИЙ (лат. Helium). Не - химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 2, атомная масса 4,00260; инертный газ.

Элемент состоит из 2 стабильных изотопов: ³Не и ⁴Не. Содержание ³Не в смеси мало; не превышает 1,3^.10^-4 %. Ядра ⁴₂Не, иначе назы­ваемые альфа-частицами или гелионами, чрезвычайно устойчивы. Образование ядер ⁴₂Не из более простых частиц - ядер водорода (протонов) ¹₁H - сопровождается выделением большого количества энергии. Считают, что эта термоядерная реакция служит одним из глав­ных источников энергии Солнца и других звёзд. Благодаря, этому процессу на звёздах и в межзвёздном пространстве накапливаются очень большие запасы Г., и на Солнце Г. по распространённости занимает второе место после водорода.

На Земле Г. постоянно образуется при распаде урана, тория и других α-радиоактивных элементов, которые в очень небольших коли­чествах входят в состав различных горных пород, например гранитов. Скорость диффузии Г. через твёрдые тела при обычной температуре крайне низка, и поэтому основная часть образовавшегося при радиоактивном распаде Г. на долгое время оказывается включённой в горные породы. По мере их разрушения Г. постепенно проникает в атмосферу и в подземные газы. Вероятно, в подземные газы, которые служат единственным промышленным источником Г. и где его содержание иногда превышает 10 %, попадает и Г., образующийся в расплавленной магме. Несмотря на постоянное поступление новых порций Г. в атмосферу, содержание Г. в ней не увеличивается, так как в верхних слоях атмосферы лёгкие атомы Г. постепенно приобретают вторую космическую скорость и рассеиваются в космическом пространстве.

1 м³ воздуха содержит всего около 5 см³ Г., поэтому неудивительно, что впервые, в 1868 г., француз Ж. Жансен и англичанин Дж. Н. Локьер обнаружили Г. не на Земле, а на Солнце (спектральным анализом). История открытия Г. отражена в его названии (греч. «гёлиос» - Солнце). На Земле Г. был найден английским химиком У. Рамзаем в  1895 г.

Плотность Г. (0,178 г/л) намного меньше плотности воздуха (1,29 г/л), что позволяет наполнять негорючим Г. воздушные шары, дирижабли и т. д. Подъёмная сила Г. составляет около 92 % подъёмной силы водорода. Однако широкому применению Г. препятствуют его редкость и высокая стоимость. Благодаря химической инертности Г. применяют для создания защитной атмосферы при плавке, резке и сварке активных металлов. Г. менее электропроводен, чем другой инертный газ - аргон, и поэтому электрическая дуга в атмосфере Г. возникает при более высоких температурах. Г. плохо растворим в воде (при 20 °С в 1 л воды растворяется не более 8,8 мл Г.) и в крови. Благодаря этому свойству Г. помогает водолазам бороться с кессонной болезнью.

Известно, что растворимость газа в жидкости пропорциональна его давлению над жидкостью. При увеличении давления воздуха особенно сильно возрастает растворимость азота в крови. В этом - причина кессонной болезни. При быстром аварийном подъёме водолаза на поверхность давление резко уменьшается, и растворённый в крови азот бурно выделяется, кровь «кипит», пузырится (точно так же, как пузырится только что открытая бутылка с лимонадом). А пузырьки газа вызывают закупорку кровеносных сосудов, иногда приводящую даже к смерти пострадавшего.

Растворимость Г. в крови ничтожна, поэтому водолаза, работающего в атмосфере, где азот заменён Г., можно быстро поднимать на поверхность с глубины 100 м и более. Если этим «гелиевым» воздухом наполнить кабину космического корабля, то полёт в нём станет безопаснее. Непредвиденное нарушение герметичности корабля, сопровождающееся резким падением давления в кабине, не вызовет в этом случае у космонавта кессонной болезни. Кроме того, замена азота гелием создаст дополнительный комфорт для космонавта, так как Г. обладает в 6 раз более высокой теплопроводностью, чем азот, и быстрее отводит избыточное тепло от организма. Гелиево-кислородная атмосфера уже была с успехом испытана в американских космических кораблях.

Нидерландский физик Г. Камерлинг-Оннес в 1911 г. впервые получил жидкий Г. Его точка кипения равна -268,93 °С. Ни одна жидкость, кроме Г., не кипит при столь низкой температуре. Жидкий Г. - предмет огромного числа научных  исследований.

Если жидкий Г., состоящий только из ⁴Не (так назы­ваемый Г.-I), охладить ниже -270,97 °С, то его свойства резко изменяются, и полученная жидкость (Г.-II) обладает рядом уникальных физических свойств. Г.-II свободно протекает через мельчайшие отверстия и капилляры, не обнаруживая вязкости. Это явление, так называемая сверхтекучесть, открыто в 1938 г. советским физиком П. Л. Капицей, а объяснено в 1941-1944 гг. советским физиком Л. Д. Ландау. Плёнки Г.-II быстро перемещаются по поверхности твёрдых тел (сверхползучесть), вследствие чего Г.-II быстро покидает сосуды, в которых он хранился.

Г. - единственный элемент, который в жидком состоянии не отвердевает при нормальном давлении, как бы глубоко его ни охлаждали. Наименьшее давление перехода жидкого Г. в твёрдый 25 атм,  при этом t_пл = -272, 1 ^oС.

Жидкий Г. незаменим в технике низких и сверхнизких температур (в так называемой криогенной технике). С помощью жидкого Г. вещество удаётся охладить до температур, отличающихся от абсолютного нуля (-273,16 °С) менее чем на Г. При таких температурах характер движения частиц, составляющих вещество, резко меняется. Тепловое движение частиц при глубоком охлаждении резко ослабевает, почти прекращается. Сильно охлаждённые вещества обладают рядом удивительных особенностей. Так, некоторые металлы и сплавы ниже некоторой температуры (называемой критической) становятся сверхпроводниками. Явление сверхпроводимости открыл в 1911 г. Камерлинг-Оннес. Электрический ток проходит по сверхпроводникам, не испытывая никакого сопротивления. Учёные провели интересный опыт. В кольце из сверхпроводящего металла (Hg) был возбуждён электрический ток. Два года кольцо охлаждали жидким Г. И всё это время сила тока, протекающего по кольцу, оставалась постоянной.

У явления сверхпроводимости большие при­кладные возможности. Уже спроектирована, например, линия передачи электроэнергии на большие расстояния по сверхпроводящему кабелю, охлаждаемому жидким Г. Уже созданы сверхпроводящие магниты (соленоиды из сверхпроводящих обмоток), также охлаждаемые жидким Г. А если бы Г. было много и он был дёшев? Многочисленные линии электропередачи, вся вообще электротехника и радиотехника работали бы без энергетических потерь.