Language
Country/Area
No result found
Сверхспособности гелия: почему этот газ такой неуловимый?
В химии гелий известен как самый маленький и легкий благородный газ, но он также является одним из наименее реакционноспособных элементов. Из-за этих свойств считалось, что гелий вряд ли способен образовывать соединения, по крайней мере, в нормальных условиях. Однако по мере углубления научных исследований мы постепенно открываем странное поведение и потенциал гелия в экстремальных условиях.
Первая энергия ионизации гелия достигает 24,57 эВ, что является самой высокой среди всех элементов. Это затрудняет атомам гелия принятие дополнительных электронов и образование ковалентных соединений с другими веществами.
Гелий имеет уникальную структуру с полной электронной оболочкой, что делает его крайне неактивным в химических реакциях. Его сродство к электрону близко к нулю, а радиус внешней электронной оболочки составляет всего 0,29 Å, что означает, что атомы гелия практически не взаимодействуют с другими атомами в нормальных условиях.
Хотя гелий не образует химических связей с другими атомами, возможно образование молекул посредством сил Ван-дер-Ваальса при чрезвычайно низких температурах.
Хотя гелий практически неуловим из-за своей низкой температуры кипения (4,2 К), исследователи нашли способы сделать его химически активным. При приложении высокого давления отталкивание между атомами гелия и других веществ может быть преодолено, и они получают возможность образовывать твердые соединения. Например, гелий может образовывать стабильное динатриевое соединение гелия с натрием в недрах Земли или других планет.
Исследования гелия показали, что этот газ также может реагировать с другими газами, такими как азот, в условиях высокого давления, образуя соединения гелия и азота, которые существуют в этой среде. Гелий также был обнаружен в сочетании с кремнием в некоторых минералах. Например, в 2007 году впервые было обнаружено, что гелий входит в структуру силиката, образуя силикат гелия.
Под высоким давлением гелий может проникать в некоторые силикатные структуры, значительно повышая прочность и стабильность материала.
Хотя гелий нелегко образует соединения при нормальной температуре и давлении, его реакционная способность в экстремальных условиях привлекла широкое внимание научного сообщества. Например, соединения гелия и некоторых металлов могут постепенно образовывать твердые вещества с различной структурой при различных температурах и давлениях. Например, атомы гелия в фториде кальция-циркония изменяют свою структуру при изменении температуры, что имеет потенциальное применение в материаловедении.
Помимо замечательных физических свойств, явление инкапсуляции гелия также является важным направлением исследований. Например, гелий может образовывать комплексы включения с другими более крупными молекулами, такими как перфторолефины, и эти структуры могут использоваться при разработке высокопроизводительных материалов. Фактически, ученым удалось успешно создать полярные гелиевые клатраты без использования воздуха, что станет беспрецедентной возможностью в будущем в разработке материалов.
Высокая инертность гелия может быть секретом его применения в новых материалах и структурах, а также представляет собой постоянную тему для будущих научных исследований.
В загадочной Вселенной, благодаря экстремальным свойствам гелия, его присутствие в структуре звезд также побудило к углубленному исследованию механизма его химических реакций. Ученые полагают, что реакционная способность гелия и его инклюзивные свойства могли сыграть ключевую роль в эволюции Вселенной. В будущих исследованиях изучение дополнительных потенциальных применений гелия может изменить наше понимание этого газа.
Итак, есть ли еще какие-то свойства и возможности применения, скрытые в тайне гелия, которые мы еще не открыли?
