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Jules Cesar Janssen a obtenu la première preuve de l’existence de l’hélium. Diagramme d’un atome d’hélium. Il n’y a que deux électrons en orbite autour du noyau de l’hélium. Les ballons d’hélium sont plus légers que l’air. |
Hélium
| Numéro atomique: | 2 | Radius atomique : | 140 pm (Van der Waals) |
| Symbole atomique: | He | Point de fusion: | -272.2 °C |
| Poids atomique: | 4,003 | Point d’ébullition: | -268.93 °C |
| Configuration des électrons: | 1s2 | États d’oxydation: | 0 |
Histoire
Du mot grec helios, le soleil. Janssen a obtenu la première preuve de la présence d’hélium pendant l’éclipse solaire de 1868, lorsqu’il a détecté une nouvelle ligne dans le spectre solaire. Lockyer et Frankland ont suggéré le nom d’hélium pour ce nouvel élément. En 1895, Ramsay a découvert l’hélium dans la clévéite, un minéral à base d’uranium, tandis que les chimistes suédois Cleve et Langlet l’ont découvert indépendamment dans la clévéite à peu près au même moment. Rutherford et Royds en 1907 ont démontré que les particules alpha sont des noyaux d’hélium.
Sources
À part l’hydrogène, l’hélium est l’élément le plus abondant que l’on trouve dans l’univers. L’hélium est extrait du gaz naturel. En fait, tout le gaz naturel contient au moins des traces d’hélium.
Il a été détecté spectroscopiquement en grande abondance, en particulier dans les étoiles les plus chaudes, et il est un composant important à la fois dans la réaction proton-proton et dans le cycle du carbone, qui rendent compte de l’énergie du soleil et des étoiles.
La teneur en hélium de l’atmosphère est d’environ 1 partie sur 200 000. Bien qu’il soit présent dans divers minéraux radioactifs en tant que produit de désintégration, la majeure partie de l’approvisionnement du monde libre provient de puits situés au Texas, en Oklahoma et au Kansas. En dehors des États-Unis, les seules usines d’extraction d’hélium connues, en 1984, se trouvaient en Europe de l’Est (Pologne), en URSS, et quelques-unes en Inde.
Propriétés
L’hélium a le point de fusion le plus bas de tous les éléments et est largement utilisé dans la recherche cryogénique car son point d’ébullition est proche du zéro absolu. De plus, cet élément est vital dans l’étude de la superconductivité.
Utilisant l’hélium liquide, Kurti, ses collaborateurs et d’autres ont réussi à obtenir des températures de quelques microkelvins par la démagnétisation adiabatique de noyaux de cuivre.
L’hélium a d’autres propriétés particulières : C’est le seul liquide qui ne peut être solidifié par abaissement de la température. Il reste liquide jusqu’au zéro absolu aux pressions ordinaires, mais se solidifie facilement en augmentant la pression. Le 3He et le 4He solides sont inhabituels car tous deux peuvent être modifiés en volume de plus de 30% en appliquant une pression.
La chaleur spécifique de l’hélium gazeux est exceptionnellement élevée. La densité de la vapeur d’hélium au point d’ébullition normal est également très élevée, la vapeur se dilatant fortement lorsqu’elle est chauffée à température ambiante. Les récipients remplis d’hélium gazeux à 5 à 10 K doivent être traités comme s’ils contenaient de l’hélium liquide en raison de la forte augmentation de pression résultant du réchauffement du gaz à la température ambiante.
Bien que l’hélium ait normalement une valence 0, il semble avoir une faible tendance à se combiner avec certains autres éléments. Les moyens de préparer le difluorure d’hélium ont été étudiés, et des espèces telles que HeNe et les ions moléculaires He+ et He++ ont été étudiées.
Isotopes
Sept isotopes de l’hélium sont connus : L’hélium liquide (He-4) existe sous deux formes : He-4I et He-4II, avec un point de transition net à 2,174K. L’He-4I (au-dessus de cette température) est un liquide normal, mais l’He-4II (en dessous) ne ressemble à aucune autre substance connue. Il se dilate en se refroidissant, sa conductivité pour la chaleur est énorme, et ni sa conduction thermique ni sa viscosité n’obéissent aux règles normales.
Utilisations
- comme écran de gaz inerte pour le soudage à l’arc;
- gaz protecteur dans la croissance des cristaux de silicium et de germanium et la production de titane et de zirconium;
- comme milieu de refroidissement pour les réacteurs nucléaires, et
- comme gaz pour les souffleries supersoniques.
Un mélange d’hélium et d’oxygène est utilisé comme atmosphère artificielle pour les plongeurs et autres personnes travaillant sous pression. Différents ratios d’He et d’O2 sont utilisés pour différentes profondeurs d’opération des plongeurs.
L’hélium est largement utilisé pour le remplissage des ballons car c’est un gaz beaucoup plus sûr que l’hydrogène. L’une des plus grandes utilisations récentes de l’hélium a été la pressurisation des fusées à combustible liquide. Un booster Saturn, comme le type utilisé lors des missions lunaires Apollo, a nécessité environ 13 millions de ft3 d’hélium pour une mise à feu, plus d’autres pour les vérifications.
L’utilisation de l’hélium liquide dans l’imagerie par résonance magnétique (IRM) continue d’augmenter à mesure que le corps médical accepte et développe de nouvelles utilisations de l’équipement. Cet équipement a éliminé certains besoins de chirurgie exploratoire en diagnostiquant avec précision les patients. Une autre application médicale utilise l’ERM pour déterminer (par analyse sanguine) si un patient est atteint d’une forme quelconque de cancer.
L’hélium est également utilisé pour faire de la publicité sur les dirigeables de diverses entreprises, dont Goodyear. D’autres applications de gaz de levage sont développées par la marine et l’armée de l’air pour détecter les missiles de croisière volant à basse altitude. En outre, la Drug Enforcement Agency utilise des dirigeables équipés d’un radar pour détecter les trafiquants de drogue le long de la frontière américaine. En outre, la NASA utilise actuellement des ballons remplis d’hélium pour échantillonner l’atmosphère en Antarctique afin de déterminer ce qui appauvrit la couche d’ozone.