Vědci zřejmé, na nějakou dobu, že nejrozšířenější prvky ve Vesmíru jsou jednoduché plyny jako vodík a helium. Ty tvoří drtivou většinu jeho pozorovatelné hmoty a převyšují všechny těžší prvky dohromady (a s velkou rezervou). A mezi nimi je hélium druhým nejlehčím a druhým nejhojnějším prvkem, který je přítomen v asi 24% elementární hmoty pozorovatelného vesmíru.

zatímco máme tendenci myslet na hélium jako na veselý plyn, který dělá divné věci vašemu hlasu a umožňuje balónům vznášet se, je to vlastně zásadní součást naší existence. Kromě toho, že je klíčovou složkou hvězd, je helium také hlavní složkou plynných obrů. To je částečně způsobeno jeho velmi vysokou jadernou vazebnou energií, plus skutečnost, že je produkována jak jadernou fúzí, tak radioaktivním rozpadem. A přesto vědci věděli o jeho existenci teprve od konce 19. století.

objev a pojmenování:

první důkaz helia získal 18. srpna 1868 francouzský astronom Jules Janssen. Zatímco v Guntur, Indie, Janssen pozorovali zatmění slunce přes hranol, načež si všiml, jasně žlutá spektrální čára (na 587.49 nanometrů) vycházející z chromosféře Slunce. V té době se domníval, že se jedná o sodík, protože byl v blízkosti tratí D1 a D2 Fraunhofer.

20. října téhož roku anglický astronom Norman Lockyer pozoroval žlutou čáru ve slunečním spektru (kterou pojmenoval D3 Fraunhoferova linie), kterou dospěl k závěru, že byla způsobena neznámým prvkem na slunci. Lockyer a anglický chemik Edward Frankland pojmenovali prvek helios, podle řeckého slova pro Slunce.

charakteristika:

Helium je druhý nejjednodušší atom, pokud jde o jeho atomový model, po vodíku. Skládá se z jádra dvou protonů a neutronů a dvou elektronů v atomových drahách. Nejběžnější formou je helium-4, o kterém se předpokládá, že je produktem nukleosyntézy velkého třesku. Tato událost, která trvala od 10 sekund do 20 minut po Velkém třesku, byla charakterizována produkcí jiných jader než nejlehčího izotopu vodíku(tj. který má jediný proton a jádro).

předpokládá se, že tato událost vytvořila většinu helia-4 spolu s malým množstvím izotopů vodíku, helia a lithia. Všechny ostatní těžší prvky byly vytvořeny mnohem později v důsledku hvězdné nukleosyntézy. Velké množství nového helia se vytváří po celou dobu stejným procesem, kde teplo a tlak v jádru hvězd způsobují fúzi atomů vodíku.

jádro helia-4 atom je totožná s alfa částice, dva vázané protony a neutrony, které jsou vyráběny v procesu alfa rozpad (kde se prvek rozpadá, uvolňuje hmoty a stává něco jiného). Inertnost helium je vzhledem ke stabilitě a nízké energie elektronů cloud state, kde všechny jeho elektrony plně obsadit 1s orbitaly v párech, nikdo vlastnit moment hybnosti a každý ruší ostatní je vnitřní rotace.

tato stabilita také odpovídá nedostatečné interakci atomů helia mezi sebou, což vede k jednomu z nejnižších bodů tání a varu všech prvků.

historie použití:

po určitou dobu se věřilo, že helium existuje pouze na slunci. V roce 1882 však italský fyzik Luigi Palmieri detekoval helium na Zemi při analýze lávy z Vesuvu poté, co v tomto roce vybuchla. A v roce 1895, při hledání argonu, se skotský chemik Sir William Ramsay podařilo izolovat helium ošetřením vzorku cleveitu minerálními kyselinami. Po ošetření prvku kyselinou sírovou si všiml stejné absorpční linie D3.

Ramsey poslal vzorky plynu Sir William Crookes a Sir Norman Lockyer, který ověřil, že to bylo helium. To bylo nezávisle izolované od cleveit stejném roce chemici Per Teodor Cleve a Abraham Langlet v Uppsale, ve Švédsku, kteří byli schopni přesně určit jeho relativní atomovou hmotnost. V průběhu několika příštích let přinesly podobné experimenty stejné výsledky.

v následujících letech bylo objeveno několik zajímavých vlastností helia. V roce 1907 Ernest Rutherford a Thomas Royds prokázali, že alfa částice je ve skutečnosti jádro helia. V roce 1908 bylo helium poprvé zkapalněno nizozemským fyzikem Heike Kamerlingh Onnes ochlazením plynu na méně než jeden kelvin. Prvek nakonec zpevnil v roce 1926 jeho student Willem Hendrik Keesom, který podrobil prvek tlaku 25 atmosfér.

Helium bylo jedním z prvních prvků, u kterých bylo zjištěno, že mají superfluiditu. V roce 1938 ruský fyzik Pyotr Leonidovič Kapitsa zjistil, že helium-4 nemá téměř žádnou viskozitu při teplotách blízkých absolutní nule (superfluidita). V roce 1972 byl stejný jev pozorován v heliu-3 americkými fyziky Douglasem D. Osheroffem, Davidem M. Lee a Robertem C.Richardsonem.

moderní použití:

dnes se heliový plyn používá v široké škále průmyslových, komerčních a rekreačních aplikací. Nejznámější je snad let, kde heliový plyn (lehčí než vzduch) přirozeně poskytuje vztlak vzducholodím a balonům. Ve srovnání s vodíkem, který byl také použit ve vzducholodích, má helium další výhodu v tom, že je hořlavý a zpomalující hoření.

Díky své jedinečné vlastnosti, které zahrnují nízký bod varu, nízkou hustotu, nízkou rozpustností, vysokou tepelnou vodivost a inertnost – helium se používá pro širokou škálu vědecké a lékařské aplikace. Největší využití je v kryogenních aplikacích, kde kapalina-helium působí jako chladivo pro supravodivé magnety v MRI skenerech a spektrometrech.

další použití je v raketě, kde se helium používá jako pufr k vytlačování paliva a oxidantů ve skladovacích nádržích. Používá se také ke kondenzaci vodíku a kyslíku na raketové palivo a předchlazení kapalného vodíku ve vesmírných vozidlech. Velký hadronový urychlovač v CERNu se také spoléhá na kapalné helium, aby udržoval konstantní teplotu 1, 9 Kelvina.

Díky své extrémně nízký index lomu a jak to snižuje rušivé účinky kolísání teploty, helium je také používán v solární teleskopy, plynová chromatografie, a v „hélium seznamka“ – tj. určování stáří hornin, které obsahují radioaktivní látky (jako je uran a thorium). Kromě jeho inertnost, jeho tepelné vlastnosti, vysoká rychlost zvuku, a vysoká hodnota tepelné kapacity příděl, to je také používáno v nadzvukových aerodynamických tunelech a aerodynamické testování zařízení. Používá se také při obloukovém svařování a při detekci průmyslových úniků.