Rieth József: Anyagvilág - Háttérinformáció

Hélium

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Leptonidőszak     

A hélium a periódusos rendszer második kémiai eleme, a legkisebb rendszámú nemesgáz. Vegyjele He, rendszáma 2. Színtelen és szagtalan, továbbá, lévén nemesgáz, kémiailag közömbös. Minden elem közül a hélium forráspontja a legalacsonyabb. A hidrogén után a második leggyakoribb elem a világegyetemben, de a Föld légkörében csak nyomokban fordul elő (kb. 0,0005%). Gazdaságosan a földgázból vonható ki.

Normálállapotban a hélium egyatomos gáz. Kizárólag nagy nyomáson szilárdul meg – eközben a sűrűsége jelentősen megnő. 4,21 kelvines forráspontja alatt, de a lambda pontnak nevezett 2,1768 kelvin fölött a hélium-4 izotóp normális folyékony állapotban van, amit hélium I-nek neveznek. A lambda pont alatt furcsán kezd viselkedni, és egy hélium II-nek nevezett állapotba kerül. A hélium-3 izotóp viselkedéséről kevesebbet tudunk.

Általános

Név, vegyjel, rendszám         hélium, He, 2

Elemi sorozat                      nemesgázok

Csoport, periódus, mező      18, 1, s

Megjelenés                         színtelen

Atomtömeg                         4,002 602(2) g/mol

Elektronszerkezet               1s2

Elektronok héjanként           2

Fizikai tulajdonságok

Halmazállapot                        gáz

Sűrűség (0 °C, 101,325 kPa)   0,1786 g/L

Olvadáspont                           0,95 K (-272,2 °C, -458,0 °F) (2,5 MPa nyomáson)

Forráspont                             4,22 K (-268,93 °C, -452,07 °F)

Olvadáshő                              0,0138 kJ/mol

Párolgáshő                            0,0829 kJ/mol

Moláris hőkapacitás (25 °C)    20,786 J/(mol·K)

Kritikus nyomás                     0,227 MPa

Kritikus hőmérséklet               5,19 K (-267,81 °C)

Gőznyomás P/Pa                  100         1 k        10 k       100 k

                  T/K                     1,23        1,67      2,48        4,21

Atomi tulajdonságok

Kristályszerkezet                  hexagonális

Oxidációs állapotok               ismeretlen

Elektronegativitás                  nincs adat (Pauling-skála)

Ionizációs energia                 1.: 2372,3 kJ/mol

                                           2.: 5250,5 kJ/mol

Atomsugár (számított)           31 pm

Kovalens sugár                     32 pm

Van der Waals-sugár            140 pm

Egyebek

Mágnesség                          nem mágneses

Hővezetési tényező (300 K)   151,3 W/(m·K)

Hangsebesség (20 °C)          970 m/s

CAS-szám                           7440-59-7

Fontosabb 

Izotóp       t.e.                    felezési idő     B.m.    B.e.(MeV)    B.t.

3He          0,000137%        He stabil 1 neutronnal

4He          99,999863%      He stabil 2 neutronnal

Hélium II             szuperfolyékonyság.

A hélium II viselkedését leginkább két, különböző tulajdonságú folyadék elegyeként írhatjuk le. Szuperfolyékony: nincs belső súrlódása, gyorsan folyik keresztül akár a legkisebb átmérőjű csöveken, és úgy mászik fel a tárolóedény falán – ez a szökőkút-effektus – mintha a gravitáció nem is hatna rá. Hővezető képessége nagyobb bármilyen ismert anyagénál. Ha hőt közlünk vele, a hő igen gyorsan, hőmérsékleti hullámokban (más terminológiával: második hangként) terjed benne.

Reakciók

A hélium normális körülmények között nem lép reakcióba más elemekkel. Elektromos kisülésekben, illetve ha elektronokkal bombázzuk, egyes elemekkel: a volfrámmal, a jóddal, a fluorral, a kénnel, illetve a foszforral alkothat excimereket.

Izotópjai, előfordulása

nuklid
jele
Z(p) N(n) izotóp tömege (u) felezési idő magspin jellemző
izotóp-
összetétel
(móltört)
természetes
ingadozás
(móltört)
megjegyzés
3He 2 1 3,0160293191(26) STABIL 1/2+ 0,00000134(3) 4,6·10-10–0,000041
4He 2 2 4,00260325415(6) STABIL 0+ 0,99999866(3) 0,999959–1
5He 2 3 5,01222(5) 700(30)·10-24 s [0,60(2) MeV] 3/2‒    
Nagyon instabil, 4He-gyé bomlik.
6He 2 4 6,0188891(8) 806,7(15) ms 0+    
7He-ből vagy 11Li-ből keletkezik, béta-bomlással 6Li-tá alakul.
7He 2 5 7,028021(18) 2,9(5)·10-21 s [159(28) keV] (3/2)‒    
Nagyon instabil, 6He-tá bomlik.
8He 2 6 8,033922(7) 119,0(15) ms 0+    
9He-ből keletkezik, béta-bomlással 7Li-té alakul, majd kibocsát egy késleltetett neutront.
9He 2 7 9,04395(3) 7(4)·10-21 s [100(60) keV] 1/2(‒#)    
Nagyon instabil, 8He-ra bomlik.
10He 2 8 10,05240(8) 2,7(18)·10-21 s [0,17(11) MeV] 0+    
Nagyon instabil, 9He-re bomlik.

A hélium a hidrogén után a második leggyakoribb elem, az ismert világegyetem látható tömegének kb. egynegyede. Bár 6 izotópját ismerjük, ezek közül csak a 3He és a 4He stabil, a többi gyorsan elbomlik más anyagokra. A 4He bozon, míg a 3He fermion. Leggyakoribb izotópja, a hélium-4 elsöprő többsége az ősrobbanásból keletkezett. A csillagokban a hidrogénfúzió eredményeként és a szén-nitrogén ciklusban, földi körülmények között a nehezebb elemek alfa-bomlásával jön létre. Ez egy különlegesen stabil atommag, mivel a nukleonok teljes héjakba rendeződnek benne. Hélium-3 izotóp a Földön csak nyomokban található, a trícium béta-bomlása során keletkezik.

Földünk légkörében a hélium részaránya csak 1:200 000 – leginkább azért, mert rendkívül könnyű, és ezért a Föld gravitációja nem tudja huzamosan megtartani. Mivel a földi hélium radioaktív bomlástermék, ezért elsődlegesen az urán és a tórium érceiben található meg. Csekély mennyiségben ásványvizekben, vulkáni gázokban, meteorvasban is megtalálható, mint pl. Fekete-erdő Wildbad-forrása, a Pireneusok kénforrásai, a lotaringiai Maizières-forrás, az angliai Bath forrásai.

Jóval nagyobb jelentőségűek azok a lelőhelyek, ahol a földgázban oldva fordul elő, egyes földgázokban 1,6-1,8%-ig is felszaporodhat, ezért az iparban is főképp földgázból állítják elő. A világ fő héliumforrásai a texasi, oklahomai és kansasi földgázlelőhelyek.

Előállítása

Mivel a legnehezebb elemek radioaktív bomlásakor keletkezik, urán és tórium tartalmú kőzetek hevítésével felszabadítható a bennük elnyelődött hélium. Földgázból vonható ki úgy, hogy cseppfolyósításakor a hélium kivételével minden gáz lecsapódik. A héliumot részecskegyorsítókban úgy is előállíthatjuk, ha lítiumot vagy bórt bombázunk gyors protonokkal.

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Leptonidőszak     

--------------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lium

http://hu.wikipedia.org/wiki/A_h%C3%A9lium_izot%C3%B3pjai