Гелій є другим за кількістю елементом у Всесвіті і є одним із найбільш важливих елементів в нашому житті. Він застосовується в різних галузях, починаючи від наукових досліджень до медицини та промисловості. Однак, багато людей не знають, як саме отримати гелій. У цій статті ми розглянемо ефективні методи отримання гелію з водню та принципи, на яких вони ґрунтуються.
Одним з найпоширеніших методів отримання гелію з водню є процес електролізу. При цьому процесі вода розщеплюється на водень та кисень за допомогою електричного струму. Газова суміш, що утворюється під час електролізу, пройшовши через спеціальний каталізатор, розділяється на водень та гелій. Отриманий гелій може бути очищений від домішок та використаний у різних цілях.
Існує ще один метод отримання гелію з водню, який ґрунтується на принципі фракційного лічіння. При цьому методі газова суміш водню та гелію подається в спеціальну гелосепараторну установку. Завдяки різниці щільності цих газів, вони розділяються і отриманий гелій може бути відокремлений для використання в подальших процесах.
Включення гелію в наші повсякденні життєві процеси стає все більш актуальним, оскільки його використання дозволяє забезпечити безпеку та ефективність у різних сферах. Завдяки розвитку технологій та наукових досліджень, є багато способів ефективно отримувати гелій з водню, що робить його досить доступним елементом для використання у промисловості та наукових дослідженнях.
Процес отримання гелію з водню
Один із методів отримання гелію з водню – це процес електролізу. Електроліз полягає в розщепленні водню на його складові елементи – водень і кисень. У цьому процесі газова суміш, яка складається з водню і деякої кількості водяної пари, пропускається через електролітичну комірку. Під дією електричного струму відбувається розщеплення води на гази. Оскільки гелій є легшим газом за водень, його можна відокремити за допомогою спеціальних фільтрів
Інший метод отримання гелію з водню – це метод фракціонної дистиляції. Під час дистиляції водню, використовуються різні за кипінням точки речовини. Водню можна добути з речовин, в яких його вміст вище, ніж у воді, наприклад, з зрідженого природного газу.
Введення гелію в інші гази дозволяє забезпечити їм меншу густину. Це має значення у випадку застосування газів у різних сферах, наприклад, у медицині, астрономії, технології лазерів та інших.
Таким чином, отримання гелію з водню можливе за допомогою методів електролізу та фракціонної дистиляції. Це дозволяє забезпечити потреби у гелії у різних галузях промисловості та науки.
Фізичні і хімічні методи отримання гелію
Гелій є однією з найпоширеніших речовин у Всесвіті, проте його концентрація у земній атмосфері дуже низька. Тому, для отримання гелію, застосовуються різні фізичні і хімічні методи.
Один з фізичних методів отримання гелію полягає в тому, що повітря пропускають через холодильники або холодильні установки, де відбувається його конденсація. У результаті, гелій виділяється у вигляді рідини. Цей метод відносно простий та ефективний, проте вимагає особливого обладнання.
Інший фізичний метод отримання гелію – це ізотопна фракціонація гелію-4 та гелію-3. Цей метод базується на відмінності у фізичних властивостях цих ізотопів. Зокрема, гелій-4 має більшу густина і кипіння, що дозволяє відокремити його від гелію-3 шляхом фракціонації.
Одним з хімічних методів отримання гелію є реакція нейтралізації (очищення) природного газу, який містить гелій. При цьому застосовуються калійові сполуки, що реагують з нечистотами та домішками. Результатом є отримання гелію високої чистоти.
Загалом, фізичні і хімічні методи отримання гелію дозволяють отримати цей речовину у різних формах (газ, рідина, твердий стан) і з різною чистотою. Вибір методу залежить від початкових речовин, доступного обладнання і вимог до кінцевого продукту.
Термодинамічні принципи дії
Для отримання гелію з водню використовуються термодинамічні принципи, які ґрунтуються на різниці кипіння цих речовин. Гелій має набагато нижчу температуру кипіння (-268,93 °C), ніж водень (-252,87 °C), що дозволяє їх розділити.
Одним з основних методів отримання гелію із водню є криогенна дистиляція. Запропонований його режим передбачає суміщену куполоподібну конструкцію розігрівального і охолоджувального обладнання. В процесі роботи водень піддається охолодженню до дуже низьких температур, проте гелій не замерзає, оскільки його температура кипіння є ще нижчою.
Також у процесі випаровування гелію з водню ефективно використовуються адсорбційні методи. У такому випадку водень пропускають через адсорбент, який затримує молекули водню, а гелій проходить через нього. Потім адсорбент відновлюють та повторюють процес знову. Цей метод дозволяє отримати досить чистий гелій, оскільки він видаляє багато домішок, які можуть бути присутніми в початкових сумішах.
На сьогоднішній день гелій отримують не лише з водню, але і з природного газу, зокрема з газу, який міститься у складі покладів нафти та газу. Термодинамічні принципи використовуються при операціях з природним газом, де проводяться етапи адсорбції, конденсації та фракціонування для отримання гелію.