Powrót do listy pierwiastków
 |
Jules Cesar Janssen uzyskał pierwszy dowód na istnienie helu. Schemat atomu helu. Na orbicie jądra helu znajdują się tylko dwa elektrony. Balony z helem są lżejsze od powietrza. |
Hel
| Liczba atomowa: | 2 | Promień atomowy: | 140 pm (Van der Waals) |
| Symbol atomowy: | He | Kolejność topnienia: | -272.2 °C |
| Waga atomowa: | 4.003 | Punkt wrzenia: | -268.93 °C |
| Konfiguracja elektronowa: | 1s2 | Stany utlenienia: | 0 |
Historia
Od greckiego słowa helios, słońce. Janssen uzyskał pierwsze dowody na istnienie helu podczas zaćmienia słońca w 1868 roku, kiedy to wykrył nową linię w widmie słonecznym. Lockyer i Frankland zaproponowali nazwę helu dla nowego pierwiastka. W 1895 r. Ramsay odkrył hel w minerale uranu – cleveicie, podczas gdy niezależnie od niego został on odkryty w cleveicie przez szwedzkich chemików Cleve’a i Langleta mniej więcej w tym samym czasie. Rutherford i Royds w 1907 r. wykazali, że cząstki alfa są jądrami helu.
Źródła
Oprócz wodoru, hel jest najobficiej występującym pierwiastkiem we wszechświecie. Hel jest wydobywany z gazu ziemnego. W rzeczywistości cały gaz ziemny zawiera co najmniej śladowe ilości helu.
Został wykryty spektroskopowo w dużych ilościach, zwłaszcza w gorętszych gwiazdach, i jest ważnym składnikiem zarówno w reakcji proton-proton, jak i w cyklu węglowym, które odpowiadają za energię Słońca i gwiazd.
Zawartość helu w atmosferze wynosi około 1 część na 200 000. Chociaż jest on obecny w różnych radioaktywnych minerałach jako produkt rozpadu, większość dostaw do Wolnego Świata pochodzi z odwiertów w Teksasie, Oklahomie i Kansas. Poza Stanami Zjednoczonymi, jedyne znane zakłady ekstrakcji helu, w 1984 roku znajdowały się w Europie Wschodniej (Polska), ZSRR i kilka w Indiach.
Właściwości
Hel ma najniższą temperaturę topnienia ze wszystkich pierwiastków i jest szeroko stosowany w badaniach kriogenicznych, ponieważ jego temperatura wrzenia jest bliska zeru absolutnemu. Ponadto, element ten jest niezbędny w badaniu superprzewodnictwa.
Używając ciekłego helu, Kurti, współpracownicy i inni zdołali uzyskać temperatury kilku mikrokelwinów przez adiabatyczne rozmagnesowanie jąder miedzi.
Hel ma inne osobliwe właściwości: Jest to jedyna ciecz, która nie może być zestalony przez obniżenie temperatury. Pozostaje w stanie ciekłym aż do zera bezwzględnego przy zwykłych ciśnieniach, ale łatwo krzepnie przez zwiększenie ciśnienia. Stałe 3He i 4He są niezwykłe w tym sensie, że można zmienić ich objętość o więcej niż 30% poprzez zastosowanie ciśnienia.
Ciepło właściwe helu jest niezwykle wysokie. Gęstość pary helu w normalnej temperaturze wrzenia jest również bardzo wysoka, a para rozszerza się znacznie po podgrzaniu do temperatury pokojowej. Pojemniki wypełnione gazowym helem w temperaturze 5 do 10 K powinny być traktowane tak, jakby zawierały ciekły hel ze względu na duży wzrost ciśnienia wynikający z ogrzania gazu do temperatury pokojowej.
Choć hel normalnie ma walencję 0, wydaje się, że ma słabą tendencję do łączenia się z niektórymi innymi pierwiastkami. Sposoby przygotowania difluorku helu zostały zbadane, a gatunki takie jak HeNe i jonów molekularnych He+ i He++ zostały zbadane.
Izotopy
Siedem izotopów helu są znane: Hel ciekły (He-4) występuje w dwóch postaciach: He-4I i He-4II, z ostrym punktem przejściowym w temperaturze 2,174K. He-4I (powyżej tej temperatury) jest normalną cieczą, ale He-4II (poniżej tej temperatury) jest niepodobny do żadnej innej znanej substancji. Rozszerza się podczas chłodzenia, jego przewodnictwo cieplne jest ogromne, a ani przewodnictwo cieplne, ani lepkość nie podlegają normalnym zasadom.
Użycia
- jako osłona gazu obojętnego przy spawaniu łukowym;
- gaz ochronny przy uprawie kryształów krzemu i germanu oraz produkcji tytanu i cyrkonu;
- jako czynnik chłodzący w reaktorach jądrowych, oraz
- jako gaz do naddźwiękowych tuneli aerodynamicznych.
Mieszanina helu i tlenu jest używana jako sztuczna atmosfera dla nurków i innych osób pracujących pod ciśnieniem. Różne proporcje He i O2 są używane dla różnych głębokości działania nurków.
Hel jest szeroko stosowany do napełniania balonów, ponieważ jest znacznie bezpieczniejszym gazem niż wodór. Jednym z ostatnich największych zastosowań helu jest ciśnienie ciekłego paliwa rakiet. Booster Saturn, jak typ używany w misjach księżycowych Apollo, wymagał około 13 milionów ft3 helu do odpalenia, plus więcej dla checkouts.
Użycie ciekłego helu w obrazowaniu rezonansu magnetycznego (MRI) nadal wzrasta, ponieważ zawód lekarza akceptuje i rozwija nowe zastosowania dla sprzętu. Sprzęt ten wyeliminował niektóre potrzeby operacji zwiadowczych dzięki dokładnemu diagnozowaniu pacjentów. Inne zastosowanie medyczne wykorzystuje MRE do określenia (poprzez analizę krwi), czy pacjent ma jakąkolwiek formę raka.
Hel jest również wykorzystywany do reklamowania się na rakietach nośnych dla różnych firm, w tym Goodyear. Inne zastosowania gazu podnoszącego są opracowywane przez Marynarkę Wojenną i Siły Powietrzne do wykrywania nisko latających pocisków cruise. Ponadto, Drug Enforcement Agency wykorzystuje wyposażone w radar blimps do wykrywania przemytników narkotyków wzdłuż granic Stanów Zjednoczonych. Ponadto NASA używa obecnie balonów wypełnionych helem do pobierania próbek atmosfery na Antarktydzie w celu ustalenia, co powoduje zubożenie warstwy ozonowej.