Zpět na seznam prvků
 |
Jules Cesar Janssen získal první důkaz existence helia. Schéma atomu helia. Kolem jádra helia obíhají pouze dva elektrony. Kuličky helia jsou lehčí než vzduch. |
Hélium
| Atomové číslo: | 2 | Atomový poloměr: | 140 pm (Van der Waals) |
| Atomová značka: | He | Teplota tání: | -272.2 °C |
| Atomická hmotnost: | 4,003 | Teplota varu: | -268.93 °C |
| Elektronová konfigurace: | 1s2 | Oxidační stavy: | 0 |
Historie
Z řeckého slova helios, slunce. Janssen získal první důkaz o existenci helia během zatmění Slunce v roce 1868, kdy objevil novou čáru ve slunečním spektru. Lockyer a Frankland navrhli pro nový prvek název helium. V roce 1895 objevil Ramsay helium v uranovém minerálu cleveitu, zatímco přibližně ve stejné době jej nezávisle objevili ve cleveitu švédští chemici Cleve a Langlet. Rutherford a Royds v roce 1907 prokázali, že částice alfa jsou jádra helia.
Zdroje
S výjimkou vodíku je helium nejrozšířenějším prvkem vyskytujícím se ve vesmíru. Helium se získává ze zemního plynu. Ve skutečnosti veškerý zemní plyn obsahuje alespoň stopové množství helia.
Spektroskopicky bylo zjištěno ve velkém množství, zejména v horkých hvězdách, a je důležitou složkou proton-protonové reakce i uhlíkového cyklu, které jsou příčinou energie Slunce a hvězd.
Obsah helia v atmosféře je přibližně 1 díl na 200 000. V atmosféře je helium obsaženo v poměru 1:1. Je sice přítomno v různých radioaktivních minerálech jako produkt rozpadu, ale většina zásob svobodného světa se získává z vrtů v Texasu, Oklahomě a Kansasu. Mimo Spojené státy byly v roce 1984 jediné známé závody na těžbu helia, a to ve východní Evropě (Polsko), SSSR a několik v Indii.
Vlastnosti
Hélium má nejnižší teplotu tání ze všech prvků a je široce využíváno v kryogenním výzkumu, protože jeho bod varu se blíží absolutní nule. Tento prvek má také zásadní význam při studiu supravodivosti.
Pomocí kapalného helia se Kurtimu, jeho spolupracovníkům a dalším podařilo adiabatickou demagnetizací jader mědi dosáhnout teploty několika mikrokelvinů.
Helium má další zvláštní vlastnosti: Je to jediná kapalina, která nemůže ztuhnout snížením teploty. Při běžných tlacích zůstává kapalné až do absolutní nuly, ale zvýšením tlaku snadno tuhne. Pevné 3He a 4He jsou neobvyklé tím, že u obou lze působením tlaku změnit objem o více než 30 %.
Měrné teplo plynného helia je neobvykle vysoké. Hustota par helia při normálním bodu varu je také velmi vysoká, přičemž při zahřátí na pokojovou teplotu páry značně expandují. S nádobami naplněnými plynným heliem o teplotě 5 až 10 K je třeba zacházet, jako by obsahovaly kapalné helium, a to kvůli velkému nárůstu tlaku v důsledku zahřátí plynu na pokojovou teplotu.
Ačkoli má helium normálně valenci 0, zdá se, že má slabou tendenci slučovat se s některými jinými prvky. Byly studovány způsoby přípravy difluoridu helia a zkoumány druhy jako HeNe a molekulární ionty He+ a He++.
Izotopy
Známe sedm izotopů helia: Kapalné helium (He-4) existuje ve dvou formách: He-4I a He-4II s ostrým bodem přechodu při 2,174 K. He-4I (nad touto teplotou) je normální kapalina, ale He-4II (pod touto teplotou) se nepodobá žádné jiné známé látce. Při ochlazování se rozpíná, jeho tepelná vodivost je obrovská a jeho vedení tepla ani viskozita se neřídí běžnými pravidly.
Používá se
- jako inertní ochranný plyn pro obloukové svařování;
- jako ochranný plyn při pěstování krystalů křemíku a germania a při výrobě titanu a zirkonia;
- jako chladicí médium pro jaderné reaktory a
- jako plyn pro nadzvukové aerodynamické tunely.
Směs helia a kyslíku se používá jako umělá atmosféra pro potápěče a další osoby pracující pod tlakem. Pro různé operační hloubky potápěčů se používají různé poměry He a O2.
Hélium se hojně používá k plnění balónů, protože je to mnohem bezpečnější plyn než vodík. Jedním z největších využití hélia v poslední době je stlačování raket na kapalné palivo. Urychlovací raketa Saturn, podobná té, která se používala při lunárních misích Apollo, potřebovala k odpálení asi 13 milionů stop3 helia a další množství pro kontrolu.
Použití kapalného helia při zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) stále roste, protože lékařská profese přijímá a vyvíjí nová využití tohoto zařízení. Toto zařízení díky přesné diagnostice pacientů odstranilo některé potřeby průzkumných operací. Další lékařská aplikace využívá MRE k určení (analýzou krve), zda má pacient nějakou formu rakoviny.
Helium se také používá k reklamě na vzducholodích různých společností, včetně Goodyearu. Další aplikace vztlakového plynu vyvíjí námořnictvo a letectvo k detekci nízko letících řízených střel. Agentura pro potírání drog navíc používá vzducholodě vybavené radarem k odhalování pašeráků drog podél hranic Spojených států. Kromě toho NASA v současné době používá balóny naplněné heliem k odebírání vzorků atmosféry v Antarktidě, aby zjistila, co poškozuje ozónovou vrstvu.