Elio (He), elemento chimico, gas inerte del Gruppo 18 (gas nobili) della tavola periodica. Il secondo elemento più leggero (solo l'idrogeno è più leggero), l'elio è un gas incolore, inodore e insapore che diventa liquido a -268,9 ° C (-452 ° F). I punti di ebollizione e di congelamento dell'elio sono inferiori a quelli di qualsiasi altra sostanza nota. L'elio è l'unico elemento che non può essere solidificato da un raffreddamento sufficiente alla normale pressione atmosferica; è necessario applicare una pressione di 25 atmosfere a una temperatura di 1 K (-272 ° C o -458 ° F) per convertirla nella sua forma solida.
gas nobile
Gli elementi sono elio (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), radon (Rn) e oganesson (Og). I gas nobili lo sono
Proprietà elemento
| numero atomico | 2 |
|---|---|
| peso atomico | 4,0026 |
| punto di fusione | nessuna |
| punto di ebollizione | −268,9 ° C (−452 ° F) |
| densità (1 atm, 0 ° C) | 0,1785 grammi / litro |
| stato di ossidazione | 0 |
| configurazione elettronica | 1s 2 |
Storia
L'elio fu scoperto nell'atmosfera gassosa che circonda il Sole dall'astronomo francese Pierre Janssen, che rilevò una linea gialla brillante nello spettro della cromosfera solare durante un'eclissi nel 1868; inizialmente si presumeva che questa linea rappresentasse l'elemento sodio. Nello stesso anno l'astronomo inglese Joseph Norman Lockyer osservò una linea gialla nello spettro solare che non corrispondeva alle note linee D 1 e D 2 di sodio, e così la chiamò linea D 3. Lockyer concluse che la linea D 3 era causata da un elemento del Sole sconosciuto sulla Terra; lui e il chimico Edward Frankland usarono la parola greca per sun, hēlios, per nominare l'elemento. Il chimico britannico Sir William Ramsay scoprì l'esistenza dell'elio sulla Terra nel 1895. Ramsay ottenne un campione di cleveite minerale contenente uranio e, indagando sul gas prodotto riscaldando il campione, trovò che una linea gialla brillante unica nella sua lo spettro corrispondeva a quello della linea D 3 osservata nello spettro del Sole; il nuovo elemento di elio è stato quindi definitivamente identificato. Nel 1903 Ramsay e Frederick Soddy stabilirono ulteriormente che l'elio è un prodotto della disintegrazione spontanea di sostanze radioattive.
Abbondanza e isotopi
L'elio costituisce circa il 23 percento della massa dell'universo ed è quindi il secondo in abbondanza rispetto all'idrogeno nel cosmo. L'elio è concentrato nelle stelle, dove viene sintetizzato dall'idrogeno mediante fusione nucleare. Sebbene l'elio si presenti nell'atmosfera terrestre solo nella misura di 1 parte su 200.000 (0.0005 percento) e piccole quantità si verificano in minerali radioattivi, ferro meteorico e sorgenti minerali, grandi volumi di elio si trovano come componente (fino al 7,6 percento) in gas naturali negli Stati Uniti (specialmente in Texas, New Mexico, Kansas, Oklahoma, Arizona e Utah). Rifornimenti più piccoli sono stati scoperti in Algeria, Australia, Polonia, Qatar e Russia. L'aria ordinaria contiene circa 5 parti per milione di elio e la crosta terrestre è solo di circa 8 parti per miliardo.
Il nucleo di ogni atomo di elio contiene due protoni, ma, come nel caso di tutti gli elementi, esistono isotopi di elio. Gli isotopi noti dell'elio contengono da uno a sei neutroni, quindi il loro numero di massa varia da tre a otto. Di questi sei isotopi, solo quelli con un numero di massa di tre (elio-3 o 3 He) e quattro (elio-4 o 4 He) sono stabili; tutti gli altri sono radioattivi e si decompongono molto rapidamente in altre sostanze. L'elio presente sulla Terra non è un componente primordiale ma è stato generato dal decadimento radioattivo. Le particelle alfa, espulse dai nuclei di sostanze radioattive più pesanti, sono nuclei dell'isotopo elio-4. L'elio non si accumula in grandi quantità nell'atmosfera perché la gravità terrestre non è sufficiente per impedire la sua graduale fuga nello spazio. La traccia dell'isotopo elio-3 sulla Terra è attribuibile al decadimento beta negativo del raro isotopo idrogeno-3 (trizio). L'elio-4 è di gran lunga il più abbondante degli isotopi stabili: gli atomi di elio-4 superano quelli dell'elio-3 di circa 700.000: 1 nell'elio atmosferico e circa 7.000.000: 1 in alcuni minerali contenenti elio.
Proprietà
L'elio-4 è unico nell'avere due forme liquide. La normale forma liquida si chiama elio I ed esiste a temperature dal suo punto di ebollizione di 4,21 K (-268,9 ° C) fino a circa 2,18 K (-271 ° C). Al di sotto di 2,18 K, la conduttività termica dell'elio-4 diventa più di 1.000 volte maggiore di quella del rame. Questa forma liquida è chiamata elio II per distinguerla dal normale elio liquido I. L'elio II presenta la proprietà chiamata superfluidità: la sua viscosità, o resistenza al flusso, è così bassa che non è stata misurata. Questo liquido si diffonde in un film sottile sulla superficie di qualsiasi sostanza che tocca, e questo film scorre senza attrito anche contro la forza di gravità. Al contrario, l'elio-3 meno abbondante forma tre fasi liquide distinguibili di cui due sono superfluidi. La superfluidità nell'elio-4 fu scoperta dal fisico russo Pyotr Leonidovich Kapitsa a metà degli anni '30, e lo stesso fenomeno nell'elio-3 fu osservato per la prima volta da Douglas D. Osheroff, David M. Lee e Robert C. Richardson degli Stati Uniti Stati nel 1972.
Una miscela liquida dei due isotopi elio-3 ed elio-4 si separa a temperature inferiori a circa 0,8 K (-272,4 ° C o -458,2 ° F) in due strati. Uno strato è praticamente puro elio-3; l'altro è principalmente elio-4 ma mantiene circa il 6 percento di elio-3 anche alle temperature più basse raggiunte. La dissoluzione dell'elio-3 nell'elio-4 è accompagnata da un effetto di raffreddamento che è stato utilizzato nella costruzione di criostati (dispositivi per la produzione di temperature molto basse) che possono raggiungere - e mantenere per giorni - temperature fino a 0,01 K (−273,14 ° C o −459,65 ° F).
