Почему и где применяются редкие газы


Какие же свойства редких газов обеспечили им промышленное применение, оправдывают расходы на их выделение из воздуха, заставили ученых приложить много сил и изобретательности для их улавливания?

Изобретение электрической лампочки — одно из величайших открытий человеческого гения. С момента изобретения лампочки накаливания идет упорная и настойчивая борьба за ее экономичность, за продление сроков ее службы. Нельзя забывать, что почти 20 процентов всей добываемой электроэнергии идет для целей освещения, и от того, насколько экономично будут расходовать электрические лампочки электроэнергию, зависит расход сотен миллионов киловатт-часов электрического тока. Далее, ежегодно изготовляют сотни миллионов электрических лампочек: удлинение срока их службы — это сотни тонн сэкономленного стекла, металла, человеческого труда.

Если в колбочке электрической лампочки, где помещается нить накаливания, будет находиться воздух, то нить накаливания быстро перегорит — лампочка будет недолговечной, а световая отдача лампочки будет очень мала, ибо значительная часть электрической энергии, поступающей в лампочку накаливания, превратится не в полезную световую, а в бесполезную в данном случае тепловую энергию, — лампочка будет неэкономичной. Воздух не предохраняет нить от износа и в силу своей большой теплопроводности все время отводит тепло раскаленной нити к стенкам колбочки, увеличивая тем самым бесполезный расход электрической энергии.

Чтобы увеличить срок службы лампочек и их экономичность, пробовали откачивать из них воздух, создавая в баллонах лампочек вакуум или, наоборот, наполняя их для этой цели инертным азотом. Применение для этой цели редких газов оказалось в этом случае лучшим выходом из положения. Криптон и ксенон, в меньшей степени аргон — лучшая среда для наполнения лампочек накаливания. Криптон почти в 3, а ксенон почти в 4,5 раза плотнее воздуха; они имеют меньшую, чем воздух, теплопроводность.

В случае наполнения ламп накаливания криптоно-ксеноновой смесью световая отдача ламп увеличивается более чем на 20 процентов; это позволяет, например, в масштабах нашей страны экономить миллиарды киловатт-часов электроэнергии.

Ценны редкие газы благодаря ряду их других интересных физических свойств.

Спектр неона содержит большое количество желтых и оранжевых линий, обладающих высоким коэффициентом видимости. И, как следствие, красновато-оранжевый свет мощных неоновых ламп засиял на маяках, указывающих путь кораблям и самолетам (рис. 10). Синий свет аргона и красный — неона зажегся в витринах магазинов и вывесках световых реклам, выполненных газосветными трубками, которые наполнены этими газами (рис. 11).

Редкие газы обладают малым сопротивлением прохождению электрических частиц, высокой подвижностью электронов, находящихся в их среде, и рядом других ценных свойств, обеспечивающих им широкое применение в электровакуумной технике.

Применение редких газов стало исходным моментом технического прогресса в электронике, световой технике: лампы для телевидения, газотроны, газонаполненные фотоэлементы, тиратроны и другие приборы современной электротехники нельзя мыслить без применения редких газов. А без этих электротехнических устройств нельзя в свою очередь себе представить современные телевидение, радио, светотехнику.

Важное значение в промышленности приобрел и такой редкий газ, как гелий. Гелий в 2 раза тяжелее водорода, однако подъемная сила гелия по сравнению с водородом всего примерно на 10 процентов меньше. Зато гелий меньше водорода проникает через оболочку воздушного корабля и теряется в атмосфере, а главное гелий не горюч, он не воспламеняется.

Поэтому сопротивляемость воздушных кораблей, наполненных гелием, несравнима с кораблями, наполненными водородом. Невоспламеняемость гелия устраняет опасность гибели воздушного корабля от молнии, зажигательного снаряда, а также позволяет путем нагрева гелия, заполняющего оболочку воздушного корабля, увеличивать его подъемную силу.

Гелий имеет неоценимое значение для кессонных работ. Рабочие, занятые на кессонных работах, подвержены тяжелой кессонной болезни. Болезнь эта вызывается тем, что при повышенном давлении азот сильно

растворяется в крови. Прибавление к воздуху, которым дышат рабочие, занятые на кессонных работах, гелия устраняет эту болезнь, так как гелий меньше растворяется и легче выделяется из крови при понижении давления, чем азот.

Интересно применение гелия в консервном производстве для предохранения консервов от порчи. Применяется гелий в химической промышленности, например при сушке взрывчатых веществ. Его присутствие в атмосфере сушилки уменьшает опасность взрыва.

Громадное значение имеет применение гелия для научных исследований. Гелий — газ, который сжижается при самой низкой температуре, поэтому исследование поведения веществ вблизи температуры абсолютного нуля всегда связано с применением гелия. Исследования и открытия таких физических явлений, как сверхтекучесть, сверхпроводимость, ряд электромагнитных и тепловых явлений вблизи абсолютного нуля, составивших целую эпоху в физике первой половины XX века, тесно связаны с применением гелия в науке. Применение гелия и других редких газов во многом способствовало нашему познанию окружающего нас мира. Советские ученые обладают самыми мощными в мире установками для сжижения гелия. Наша страна является родиной наиболее важных исследований в области изучения поведения веществ при низких температурах.

Из других редких газов укажем аргон, который в качестве инертного газа находит себе применение в металлургии для плавки специальных сталей, например магниевых. Азот в этих случаях оказывается непригодным, так как при температурах плавки может вступить в химическое соединение с изготовляемым сплавом.

Большое значение в медицине приобретает эманация радия. Лучи, испускаемые этим редким газом, служат весьма мощным средством для лечения некоторых тяжелых заболеваний человеческого организма.

С развитием техники и промышленности редкие газы перестают быть редкостью, но ценность их для человечества от этого только увеличивается.