de Matt Williams, Universul astăzi

oamenii de știință au înțeles de ceva timp că cele mai abundente elemente din Univers sunt gaze simple precum hidrogenul și heliul. Acestea alcătuiesc marea majoritate a masei sale observabile, depășind toate elementele mai grele combinate (și cu o marjă largă). Și între cele două, heliul este al doilea cel mai ușor și al doilea cel mai abundent element, fiind prezent în aproximativ 24% din masa elementară a universului observabil.

în timp ce tindem să ne gândim la heliu ca la gazul hilar care face lucruri ciudate vocii tale și permite baloanelor să plutească, este de fapt o parte crucială a existenței noastre. Pe lângă faptul că este o componentă cheie a stelelor, heliul este, de asemenea, un constituent major în giganții gazoși. Acest lucru se datorează în parte energiei sale nucleare foarte mari de legare, plus faptul că este produsă atât de fuziunea nucleară, cât și de dezintegrarea radioactivă. Și totuși, oamenii de știință au fost conștienți de existența sa de la sfârșitul secolului al 19-lea.descoperirea și denumirea: prima dovadă a heliului a fost obținută pe 18 August 1868 de astronomul francez Jules Janssen. În timp ce se afla în Guntur, India, Janssen a observat o eclipsă solară printr-o prismă, după care a observat o linie spectrală galbenă strălucitoare (la 587,49 nanometri) emanată din cromosfera soarelui. La acea vreme, el credea că este sodiu, deoarece era apropiat de liniile D1 și D2 Fraunhofer.

pe 20 octombrie a aceluiași an, astronomul englez Norman Lockyer a observat o linie galbenă în spectrul solar (pe care a numit-o Linia D3 Fraunhofer) despre care a concluzionat că a fost cauzată de un element necunoscut în soare. Lockyer și chimistul englez Edward Frankland au numit elementul helios, după cuvântul grecesc pentru soare.

caracteristici:

heliul este al doilea cel mai simplu atom atunci când vine vorba de modelul său atomic, după hidrogen. Se compune dintr-un nucleu de doi protoni și neutroni și doi electroni în orbite atomice. Cea mai comună formă este heliul-4, despre care se crede că este produsul nucleosintezei Big Bang. Acest eveniment, care a durat de la 10 secunde la 20 de minute după Big Bang, a fost caracterizat prin producerea de nuclee, altele decât cel mai ușor izotop al hidrogenului (adică hidrogen-1. care are un singur proton și nucleu).se crede că acest eveniment a produs majoritatea heliului-4, împreună cu cantități mici de izotopi de hidrogen, heliu și litiu. Toate celelalte elemente mai grele au fost create mult mai târziu, ca urmare a nucleosintezei stelare. Cantități mari de heliu nou sunt create tot timpul prin același proces, în care căldura și presiunea din miezul stelelor determină fuzionarea atomilor de hidrogen.

nucleul atomului de heliu-4 este identic cu o particulă alfa, doi protoni legați și neutroni care sunt produși în procesul de descompunere alfa (unde un element se descompune, eliberând masa și devenind altceva). Inerția heliului se datorează stabilității și energiei scăzute a stării sale de nor de electroni, unde toți electronii săi ocupă pe deplin orbitalii 1s în perechi, niciunul nu posedă impuls unghiular și fiecare anulează spinul intrinsec al celuilalt.

această stabilitate explică, de asemenea, lipsa interacțiunii atomilor de heliu între ei, ceea ce duce la unul dintre cele mai scăzute puncte de topire și fierbere ale tuturor elementelor.

istoric de Utilizare:

de ceva timp, se credea că heliul există doar în soare. Cu toate acestea, în 1882, fizicianul italian Luigi Palmieri a detectat heliu pe pământ atunci când a analizat lava de pe Muntele Vezuviu după ce a erupt în acel an. Și în 1895, în timp ce căuta argon, chimistul scoțian Sir William Ramsay a reușit să izoleze heliul tratând o probă de cleveit cu acizi minerali. După tratarea elementului cu acid sulfuric, a observat aceeași linie de absorbție D3.Ramsey a trimis mostre de gaz Sir William Crookes și Sir Norman Lockyer, care au verificat că era heliu. A fost izolat independent de cleveite în același an de chimiștii Per Teodor Cleve și Abraham Langlet din Uppsala, Suedia, care au reușit să-i determine cu exactitate greutatea atomică. În următorii câțiva ani, experimente similare au dat aceleași rezultate.câteva proprietăți interesante ale heliului au fost descoperite în anii următori. În 1907, Ernest Rutherford și Thomas Royds au demonstrat că o particulă alfa este de fapt un nucleu de heliu. În 1908, heliul a fost lichefiat pentru prima dată de fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes prin răcirea gazului la mai puțin de un kelvin. Elementul a fost în cele din urmă solidificat în 1926 de studentul său Willem Hendrik Keesom, care a supus elementul la 25 de atmosfere de presiune.

heliul a fost unul dintre primele elemente care s-au dovedit a avea superfluiditate. În 1938, fizicianul rus Pyotr Leonidovich Kapitsa a descoperit că heliul-4 nu are aproape nicio vâscozitate la temperaturi apropiate de zero absolut (superfluiditate). În 1972, același fenomen a fost observat în heliu-3 de către fizicienii americani Douglas D. Osheroff, David M. Lee și Robert C. Richardson.

utilizări moderne:

astăzi, gazul de heliu este utilizat într-o gamă largă de aplicații industriale, comerciale și recreative. Cel mai cunoscut este probabil zborul, unde gazul de heliu (fiind mai ușor decât aerul) oferă în mod natural flotabilitate pentru dirijabile și baloane. În comparație cu hidrogenul, care a fost utilizat și în dirijabile, heliul are avantajul suplimentar de a fi inflamabil și ignifug.datorită proprietăților sale unice – care includ un punct de fierbere scăzut, densitate scăzută, solubilitate scăzută, conductivitate termică ridicată și inerție – heliul este utilizat pentru o gamă largă de aplicații științifice și medicale. Cea mai mare utilizare este în aplicațiile criogenice, unde heliul lichid acționează ca un lichid de răcire pentru magneții supraconductori din scanerele și spectrometrele RMN.

o altă utilizare este în rachete, unde heliul este folosit ca tampon pentru a deplasa combustibilul și oxidanții în rezervoarele de stocare. Este, de asemenea, utilizat pentru condensarea hidrogenului și a oxigenului în combustibilul rachetelor și pre-răcirea hidrogenului lichid în vehiculele spațiale. Large Hadron Collider de la CERN se bazează, de asemenea, pe heliu lichid pentru a menține o temperatură constantă de 1,9 kelvin.datorită indicelui său extrem de scăzut de refracție și a modului în care reduce efectele distorsionante ale variației temperaturii, heliul este utilizat și în telescoapele solare, cromatografia de gaze și în „datarea heliului” – adică determinarea vârstei rocilor care conțin substanțe radioactive (cum ar fi uraniul și toriul). Pe lângă inerția sa, proprietățile sale termice, viteza mare a sunetului și valoarea ridicată a rației de capacitate termică, este utilizat și în tunelurile eoliene supersonice și în instalațiile de testare aerodinamică. Este, de asemenea, utilizat în sudarea cu arc și pentru detectarea scurgerilor industriale.