ГЕЛИЙ – история открытия.

Гелий – подлинно благородный газ, заставить его вступить в какую-либо химическую реакцию пока не удалось никому. Его молекула состоит из одного атома, а по легкости этот газ уступает только водороду. Гелий практически нерастворим в воде и других жидкостях и точно также в жидком гелии практически не растворяется ни одно вещество. Твердый гелий нельзя получить ни при каких температурах, если не повышать давление.

Неповторимость облика атома гелия определяется сочетанием в нем двух удивительных природных конструкций, чемпионов по компактности и прочности. В ядре гелия-4 содержится два протона и два нейтрона, это так называемые магические числа, при которых ядра имеют большую энергию связи и необыкновенную устойчивость. Число два в ядре повторяется дважды, поэтому можно говорить о дважды магическом ядре атома гелия.

А теперь добавим и электронный дуплет, обрамляющий ядро, также насыщенный, первая орбита от ядра может максимально содержать только два электрона. И снова магическая двойка, но уже для внешней оболочки, т.е. по сути это уже трижды магическое число для атома. В этом и заключается причина его феноменальной устойчивости и химической инертности в сочетании с малыми атомными размерами.

История открытия этого элемента необычна. Он был обнаружен в атмосфере Солнца на 13 лет раньше, чем на Земле. 18 августа 1868 г. ожидалось полное солнечное затмение. Астрономы всего мира активно готовились к этому дню, надеясь разрешить тайну протуберанцев — светящихся выступов, видимых в момент полного солнечного затмения по краям солнечного диска. Одни астрономы полагали, что протуберанцы представляют собой высокие лунные горы, освещаемые лучами Солнца в момент полного солнечного затмения; другие думали, что это горы на самом Солнце; третьи видели в солнечных выступах огненные облака солнечной атмосферы. Большинство же считало, что протуберанцы — не более, чем оптический обман.

17 годами раньше, в 1851 году. во время одного из предыдущих солнечных затмений, наблюдавшегося в Европе, немецкий астроном Иоганн Фридрих Шмидт не только увидел солнечные выступы, но и успел разглядеть, что очертания их меняются с течением времени. На основании своих наблюдений он заключил, что протуберанцы являются раскаленными газовыми облаками, которые выбрасываются в солнечную атмосферу гигантскими извержениями. Однако и после наблюдений Шмидта многие астрономы по-прежнему считали огненные выступы обманом зрения.

И только во время полного затмения 18 июля 1860 г., наблюдавшегося в Испании, многие ученые увидели солнечные выступы собственными глазами, а итальянскому астроному Анджело Секки и его французскому коллеге Жозефу Деллилю удалось не только зарисовать их, но и сфотографировать. Эти доказательства отбросили любые сомнения в существовании протуберанцев. К 1860 г. был уже изобретен спектроскоп — прибор, дающий возможность путем наблюдений видимой части оптического спектра определять качественный состав вещества, от которого получается наблюдаемый спектр. Однако тогда в день солнечного затмения никому из ученых не пришла идея воспользоваться спектроскопом, чтобы рассмотреть спектр протуберанцев. О приборе вспомнили, когда затмение закончилось.

Вот почему, готовясь к следующему солнечному затмению 1868 г., каждый астроном в список инструментов для наблюдения включил и спектроскоп. Не забыл этот прибор и французский ученый Жюль Жансен, отправляясь для наблюдения в Индию, где условия для изучения этого природного явления были наилучшими.

В момент, когда сверкающий диск Солнца оказался полностью закрытым Луной, Жюль Жансен, исследуя с помощью спектроскопа оранжево-красные языки пламени, вырывавшиеся с поверхности Солнца, увидел в спектре, кроме трех знакомых линий водорода: красной, зелено-голубой и синей, новую, незнакомую — ярко-желтую. Ни одно из веществ, известных химикам того времени, не имело такой линии в той части спектра, где ее обнаружил Жюль Жансен. Такое же открытие, но у себя дома, в Англии, сделал и его коллега Норман Локиер.

25 октября 1868 г. Парижская Академия наук получила два письма. Одно, написанное на следующий день после солнечного затмения, пришло из маленького городка на восточном побережье Индии, от Жюля Жансена; другое, от 20 октября 1868 г. от Нормана Локиера.

Полученные письма были зачитаны на заседании Парижской Академии наук. В них Жюль Жансен и Норман Локиер, независимо друг от друга, сообщили об открытии одного и того же «солнечного вещества». Академики, пораженные столь странным совпадением, приняли постановление выбить в честь этого события золотую медаль, на одной стороне которой были изображены портреты Жансена и Локиера, а на другой — представлен древнегреческий бог солнца Аполлон в колеснице, запряженной четверкой лошадей. Под колесницей поместили надпись: «Анализ солнечных выступов 18 августа 1868 г.».

Это дало толчок к более детальному изучению спектров протуберанцев. И вскоре появились сообщения, подтверждающие, что в них содержится линия, которая не может относится к спектру какого либо из существующих на Земле элементов.

В январе 1869 года итальянский астроном Анджело Секки обозначил ее как линия D3. В такой записи она и вошла в историю науки как спектральная метрика об открытии гелия. Спустя год Норман Локиер совместно с английским химиком Эдуардом Франклендом, в сотрудничестве с которым он работал, предложил дать новому элементу название «гелий» в переводе с греческого «солнечный». Публично о новом солнечном элементе 3 августа 1871 года рассказал на годичном собрании британских ученых физик Уильям Томсон (лорд Кельвин). Долгое время гелий оставался гипотетическим элементом, без данных о его свойствах. Некоторые ученые вообще отвергали его существование, считая, что линия Д3 принадлежит обычному элементу, находящемуся в условиях высоких температур.

Прошло еще десять лет и в 1881 году об открытии гелия в вулканических газах сообщил итальянский ученый-физик, сейсмолог и метеоролог Луиджи Пальмиери. Однако его сообщение, впоследствии подтвержденное, не было принято всерьез.

И снова временной отрезок в 14 лет и, наконец, в 1895 г. лондонский химик Генри Майерс обратил внимание своего английского коллеги Уильяма Рамзая на тогда уже забытую статью геолога Хильдебранда. В этой статье ученый утверждал, что некоторые редкие минералы при нагревании их в серной кислоте выделяют газ, не горящий и не поддерживающий горения. В числе таких редких минералов был клевеит, найденный в Норвегии.

Рамзай решил исследовать природу газа, содержащегося в клевеите. Выделив из этого минерала несколько кубических сантиметров газа и очистив от примесей, Рамзай исследовал его с помощью спектроскопа. Результат был неожиданным: снова появилась линия D3- метрика гелия, т.е. выделенный газ из клевеита оказался… гелием! Не доверяя своему открытию, Рамзай обратился к Вильяму Круксу, крупнейшему в то время в Лондоне специалисту по спектральному анализу, с просьбой исследовать выделенный из клевеита газ. Крукс провел анализ и подтвердил открытие Рамзая. Так, 23 марта 1895 г. на Земле было вторично обнаружено вещество, 27 лет назад найденное на Солнце. В тот же день Рамзай опубликовал свое открытие, отправив одно сообщение в Лондонское Королевское общество, а другое — известному французскому химику академику Бертло. В письме к Бертло Рамзай просил сообщить о своем открытии ученому собранию профессоров Парижской Академии.

В третий раз гелий был открыт в воздухе, куда, по предположению Рамзая, он должен был поступать из редких минералов (клевеита и др.) при разрушении и химических превращениях на Земле.

В небольших количествах гелий обнаружили в воде некоторых минеральных источников. Однако больше всего этого газа скапливалось в некоторых минералах, например, в торианите с острова Цейлон. Килограмм торианита при нагревании выделяет 10 л гелия.

Вскоре установили, что гелий встречается в минералах, содержащих радиоактивные уран и торий. Альфа-лучи, испускаемые некоторыми радиоактивными элементами, представляют собой не что иное, как ядра атомов гелия, которые, присоединяя электроны, превращаются в атомы.