a tudósok egy ideje megértették, hogy a világegyetem leggyakoribb elemei olyan egyszerű gázok, mint a hidrogén és a hélium. Ezek alkotják a megfigyelhető tömegének túlnyomó többségét, az összes nehezebb elem együttvéve (széles margóval). A kettő között pedig a hélium a második legkönnyebb és a második legelterjedtebb elem, amely a megfigyelhető univerzum elemi tömegének mintegy 24% – ában van jelen.

mivel hajlamosak vagyunk úgy gondolni a héliumra, mint a vidám gázra, amely furcsa dolgokat tesz a hangodnak, és lehetővé teszi a léggömbök lebegését, valójában létezésünk döntő része. Amellett, hogy a csillagok kulcsfontosságú alkotóeleme, a hélium a gázóriások fő alkotóeleme is. Ennek oka részben a nagyon magas nukleáris kötési energiája, valamint az a tény, amelyet mind a magfúzió, mind a radioaktív bomlás termel. A tudósok azonban csak a 19.század vége óta ismerik létezését.

felfedezés és elnevezésük:

a hélium első bizonyítékát 1868.augusztus 18-án Jules Janssen francia csillagász szerezte meg. Az indiai Gunturban Janssen egy prizmán keresztül megfigyelte a napfogyatkozást, majd észrevette egy fényes sárga spektrális vonalat (587, 49 nanométeren), amely a nap kromoszférájából származik. Abban az időben nátriumnak hitte, mivel közel volt a D1 és D2 Fraunhofer vonalakhoz.

ugyanezen év október 20-án Norman Lockyer angol csillagász egy sárga vonalat figyelt meg a nap spektrumában (amelyet a D3 Fraunhofer vonalnak nevezett), amelyet arra a következtetésre jutott, hogy a nap ismeretlen eleme okozta. Lockyer és Edward Frankland angol kémikus a görög ” nap ” szó után heliosznak nevezték el az elemet.

jellemzők:

A hélium a második legegyszerűbb atom, amikor atommodelljéről van szó, hidrogén után. Két protonból és neutronból álló magból, valamint két atomi pályából álló elektronból áll. A leggyakoribb forma a hélium-4, amelyről úgy gondolják, hogy a Big Bang nukleoszintézis terméke. Ezt az eseményt, amely az ősrobbanás után 10 másodperctől 20 percig tartott, a hidrogén legkönnyebb izotópjától (azaz a hidrogén-1-től) eltérő magok előállítása jellemezte. amelynek egyetlen protonja és magja van).

Ez az esemény vélhetően a hélium-4 nagy részét termelte ki, kis mennyiségű hidrogén -, hélium-és lítiumizotóppal együtt. Minden más nehezebb elemet sokkal később hoztak létre, a csillag nukleoszintézis eredményeként. Nagy mennyiségű új héliumot hoznak létre ugyanazon folyamat során, ahol a csillagok magjában lévő hő és nyomás hatására a hidrogénatomok összeolvadnak.

A magja, a hélium-4 atom azonos egy alfa részecske, két kötött protonok, illetve neutronok, amelyek előállítása a folyamat az alfa-bomlás (amennyiben egy elem bomlik, felszabadító tömeg, majd, hogy valami más). A tehetetlenség, a hélium annak köszönhető, hogy a stabilitási, illetve alacsony energia az elektron felhő állam, ahol az elektronok teljesen elfoglalják 1s elektronpályák párban, sem rendelkező impulzusmomentum minden törli a másik a belső körre.

Ez a stabilitás a hélium atomok egymással való kölcsönhatásának hiányát is jelenti, ami az összes elem egyik legalacsonyabb olvadáspontjához és forráspontjához vezet.

a használat története:

egy ideig úgy vélték, hogy a hélium csak a napban létezik. Luigi Palmieri olasz fizikus azonban 1882-ben héliumot észlelt a földön, amikor a Vezúv-hegy láváját elemezte, miután abban az évben kitört. 1895-ben, argon keresése közben, Sir William Ramsay skót kémikusnak sikerült izolálnia a héliumot úgy, hogy a kleveitet ásványi savakkal kezelte. Miután az elemet kénsavval kezelte, ugyanazt a D3 abszorpciós vonalat észlelte.

Ramsey a gázmintákat Sir William Crookesnak és Sir Norman Lockyernek küldte, akik igazolták, hogy hélium volt. Ugyanebben az évben a svédországi Uppsalában Per Teodor Cleve és Abraham Langlet vegyészek különítették el cleveite-től, akik pontosan meg tudták határozni atomsúlyát. A következő néhány év során hasonló kísérletek ugyanazokat az eredményeket hozták.

a következő években a hélium számos érdekes tulajdonságát fedezték fel. 1907-ben Ernest Rutherford és Thomas Royds bebizonyították, hogy az alfa-részecske valójában héliummag. 1908-ban a héliumot először Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus cseppfolyósította úgy, hogy a gázt kevesebb mint egy kelvinre hűtötte. Az elemet végül 1926-ban megszilárdította Willem Hendrik Keesom tanítványa, aki az elemet 25 atmoszféra nyomásnak vetette alá.

A hélium volt az egyik első elem, amelyről kiderült, hogy szuperfolyékony. 1938-ban Pjotr Leonidovics Kapitsa orosz fizikus felfedezte, hogy a hélium-4 szinte nincs viszkozitása abszolút nulla (szuperfolyékonyság) közelében. 1972-ben ugyanezt a jelenséget figyelték meg a hélium-3-ban Douglas D. Osheroff, David M. Lee és Robert C. Richardson amerikai fizikusok.

Modern felhasználás:

ma a héliumgázt Ipari, Kereskedelmi és rekreációs alkalmazások széles körében használják. A legismertebb talán a repülés, ahol a héliumgáz (amely a levegőnél könnyebb) természetesen felhajtóerőt biztosít a léghajóknak és a léggömböknek. A léghajókban is használt hidrogénhez képest a hélium előnye, hogy gyúlékony és tűzálló.

egyedülálló tulajdonságai miatt – amelyek közé tartozik az alacsony forráspont, az alacsony sűrűség, az alacsony oldhatóság, a magas hővezető képesség és a tehetetlenség-a héliumot számos tudományos és orvosi alkalmazáshoz használják. A legnagyobb haszna a kriogén alkalmazásokban van, ahol a folyadék-hélium hűtőfolyadékként működik az MRI szkennerekben és spektrométerekben használt szupravezető mágnesek számára.

egy másik felhasználási terület a rocketriában van, ahol a héliumot pufferként használják a tárolótartályokban lévő üzemanyag és oxidálószerek kiszorítására. Arra is használják, hogy a hidrogént és az oxigént rakétaüzemanyaggá, valamint az űrjárművekben előhűtött folyékony hidrogént kondenzálják. A CERN nagy Hadronütköztetője folyékony héliumra is támaszkodik, hogy állandó hőmérséklete 1, 9 kelvin legyen.

rendkívül alacsony fénytörési indexének és a hőmérsékletváltozás torzító hatásának köszönhetően a héliumot napteleszkópokban, gázkromatográfiában, valamint “hélium randevúkban” is használják – azaz a radioaktív anyagokat (például uránt és tóriumot) tartalmazó kőzetek korának meghatározása. Tehetetlensége, termikus tulajdonságai, nagy hangsebessége és a hőteljesítmény magas értéke mellett szuperszonikus szélcsatornákban és aerodinamikai tesztelő létesítményekben is használják. Ívhegesztésben és ipari szivárgásérzékelésben is használják.