Druhým prvkem v periodické tabulce prvků je helium, He, atomové číslo 2. Všechny atomy helia mají v jádře 2 protony a 2 elektrony. Existují dva izotopy helia, z nichž, které obsahuje v jádře 2 neutrony, zdaleka převažuje, mnohem menší počet má lehčí izotop
, který má v jádře 2 protony a 1 neutron a hmotnostní číslo 3.
Hélium je vzácný plyn, což znamená, že existuje pouze jako atomy prvků, které nejsou nikdy vázány na jiné atomy. Na obrázku 3.3 je znázorněn atom helia, na kterém jsou znázorněny jeho 2 elektrony. Lewisův symbol helia je jednoduše He se 2 tečkami. To ukazuje velmi důležitou vlastnost atomů. Jak se elektrony přidávají k atomům s rostoucím atomovým číslem, přidávají se na různých úrovních známých jako elektronové obaly. Jeden elektron ve vodíku H přechází do první elektronové slupky, která má nejnižší možnou energii. Druhý elektron přidaný do atomu hélia se také dostává do prvního elektronového obalu. Tato nejnižší elektronová slupka může obsahovat maximálně 2 elektrony, takže helium má zaplněnou elektronovou slupku. Atomy s vyplněnou elektronovou slupkou nemají tendenci ztrácet, získávat nebo sdílet elektrony, a proto se nespojují s jinými atomy prostřednictvím chemické vazby. Takové atomy existují samostatně v plynné fázi a prvky, z nichž se skládají, se nazývají vzácné plyny. Prvním ze vzácných plynů je helium
Plynné helium má velmi malou hustotu, pouze 0,164 g/l při teplotě 25˚C a tlaku 1 atm. Elementární helium je vedle plynného vodíku druhou nejméně hustou látkou. Právě díky této vlastnosti nízké hustoty je helium tak užitečné v balónech, včetně meteorologických, které mohou zůstat ve vzduchu po celé dny a dosáhnout velmi vysokých výšek.
Hélium se čerpá ze země pomocí některých zdrojů zemního plynu, z nichž některé obsahují až 10 % objemu helia. Helium bylo poprvé pozorováno na Slunci podle specifických vlnových délek světla vyzařovaného horkými atomy helia. Podzemní zdroje helia objevili vrtaři hledající zemní plyn v jihozápadním Kansasu, kteří se pokusili zapálit plyn z nového vrtu a se zklamáním zjistili, že nehoří, protože se jedná o prakticky čisté helium!“
Hélium je chemicky nereaktivní a nemá žádné chemické využití, kromě zajištění chemicky inertní atmosféry. Helium, netoxický plyn bez zápachu, chuti a barvy, se používá díky svým jedinečným fyzikálním vlastnostem. Použití v meteorologických balónech a vzducholodích bylo zmíněno již dříve. Vzhledem k nízké rozpustnosti v krvi se helium mísí s kyslíkem pro dýchání hloubkových potápěčů a osob s některými dýchacími potížemi. Používáním helia potápěči se vyhnou velmi bolestivému stavu zvanému „záhyby“, který způsobují bubliny dusíku vznikající z plynného dusíku rozpuštěného v krvi.
Největší využití má helium jako superchladná kapalina, která vře při teplotě pouhých 4,2 K nad absolutní nulou (-269˚C), zejména v rozvíjející se vědě kryogenice, která se zabývá velmi nízkými teplotami. Některé kovy jsou při takových teplotách supravodiči, takže se helium používá k chlazení elektromagnetů, což umožňuje relativně malým magnetům vyvinout velmi silná magnetická pole. Takové magnety jsou součástí velmi užitečného chemického nástroje známého jako nukleární magnetická rezonance (NMR). Stejný druh přístroje upravený pro klinické aplikace a nazvaný MRI se používá jako lékařský diagnostický nástroj pro skenování částí těla s cílem najít důkazy o nádorech a jiných onemocněních.
Vodík chce být jako helium
Přezkoumání Lewisova symbolu helia (vpravo, Obrázek 3).3) a Lewisova vzorce elementárního vodíku, H2, (obrázek 3.1) ukazuje, že každý ze dvou atomů vodíku v molekule H2 si může nárokovat 2 elektrony a tím se podobat atomu helia. Připomeňme, že helium je vzácný plyn, který je velmi spokojen se svými dvěma elektrony. Každý z atomů H v H2 se spokojí se 2 elektrony, i když jsou sdílené. To naznačuje základní pravidlo chemické vazby, že atomy prvku mají tendenci získávat stejnou elektronovou konfiguraci jako nejbližší vzácný plyn. V tomto případě vodík, který je v periodické tabulce těsně před héliem, získává konfiguraci vzácného plynu helia sdílením elektronů.
.
Napsat komentář