A periódusos rendszer második eleme a hélium, He, 2-es atomszámmal. Minden héliumatomnak 2 proton van az atommagjában és 2 elektron. A héliumnak két izotópja van, amelyek közül a , amely 2 neutront tartalmaz az atommagban, messze a legelterjedtebb, a könnyebb izotóp, a
, amelynek 2 proton és 1 neutron van az atommagjában, tömegszáma pedig 3.
A hélium nemesgáz, ami azt jelenti, hogy csak olyan atomok formájában létezik az elemek közül, amelyek soha nem kapcsolódnak más atomokhoz. A 3.3. ábra a héliumatom ábrázolása, amelyen látható a 2 elektronja. A hélium Lewis-szimbóluma egyszerűen He, 2 ponttal. Ez az atomok egy nagyon fontos tulajdonságát mutatja. Ahogy az atomokhoz az atomszám növekedésével elektronok adódnak, azok különböző szinteken, úgynevezett elektronhéjakon adódnak hozzá. A hidrogénben, a H-ban lévő egy elektron az első elektronhéjba kerül, a lehető legalacsonyabb energiájúba. A héliumatom létrehozásához hozzáadott második elektron szintén az első elektronhéjba kerül. Ez a legalacsonyabb elektronhéj legfeljebb csak 2 elektront tartalmazhat, így a hélium tele elektronhéjjal rendelkezik. A töltött elektronhéjjal rendelkező atomok nem hajlamosak elektronokat veszíteni, nyerni vagy megosztani, és ezért nem kapcsolódnak más atomokhoz kémiai kötés révén. Az ilyen atomok egyedül léteznek a gázfázisban, és azokat az elemeket, amelyekből állnak, nemesgázoknak nevezzük. A hélium az első a nemesgázok közül.
A héliumgáz sűrűsége nagyon alacsony, 25˚C-on és 1 atm nyomáson mindössze 0,164 g/L. A héliumgáz sűrűsége 25˚C-on és 1 atm nyomáson nagyon alacsony. Az elemi hélium a hidrogéngáz mellett a második legsűrűbb anyag. Ez az alacsony sűrűségi tulajdonsága teszi a héliumot olyan hasznossá a léggömbökben, köztük az időjárási ballonokban, amelyek napokig képesek a levegőben maradni, és nagyon nagy magasságokat elérni.
A héliumot a földből szivattyúzzák egyes földgázforrásokkal, amelyek némelyike akár 10% térfogatszázaléknyi héliumot is tartalmazhat. A héliumot először a Napban figyelték meg a forró héliumatomok által kibocsátott fény sajátos hullámhosszán. A hélium földalatti forrásait a Kansas délnyugati részén földgáz után kutató fúrók fedezték fel, akik megpróbálták meggyújtani a gázt egy új kútból, és csalódottan tapasztalták, hogy az nem ég, mivel gyakorlatilag tiszta hélium volt!
A hélium kémiailag nem reagál, és nincs kémiai felhasználása, kivéve a kémiailag inert légkör biztosítását. A nem mérgező, szagtalan, íztelen, színtelen gáz, a héliumot egyedülálló fizikai tulajdonságai miatt használják. Korábban már említettük az időjárási léggömbökben és a léghajókban való felhasználását. A vérben való alacsony oldhatósága miatt a héliumot oxigénnel keverik a mélytengeri búvárok és egyes légzőszervi betegségekben szenvedő személyek légzéséhez. A hélium búvárok általi használatával elkerülhető a vérben oldott nitrogéngázból képződő nitrogénbuborékok okozta “kanyar” nevű nagyon fájdalmas állapot.
A hélium legnagyobb felhasználási területe a szuperhideg folyadék, amely mindössze 4,2 K abszolút nulla (-269˚C) feletti hőmérsékleten forr, különösen a kriogenika egyre növekvő tudományában, amely a nagyon alacsony hőmérsékletekkel foglalkozik. Egyes fémek ilyen hőmérsékleten szupravezetők, így a héliumot elektromágnesek hűtésére használják, ami lehetővé teszi, hogy viszonylag kis méretű mágnesek nagyon erős mágneses tereket fejlesszenek ki. Az ilyen mágnesek a nukleáris mágneses rezonancia (NMR) nevű nagyon hasznos kémiai eszköz alkotóelemei. Ugyanezt a klinikai alkalmazásokhoz átalakított és MRI-nek nevezett műszert orvosi diagnosztikai eszközként használják a test egyes részeinek letapogatására a daganatok és más betegségek nyomai után kutatva.
A hidrogén olyan akar lenni, mint a hélium
A hélium Lewis-szimbólumának vizsgálata (jobbra, 3. ábra.3) és az elemi hidrogén, a H2 Lewis-féle képlete (3.1. ábra) azt mutatja, hogy a H2-molekulában lévő két hidrogénatom mindegyike 2 elektronra tarthat igényt, és ezáltal a héliumatomhoz válik hasonlóvá. Emlékezzünk vissza, hogy a hélium egy nemesgáz, amely nagyon elégedett a 2 elektronjával. A H2-ben lévő H atomok mindegyike megelégszik 2 elektronnal, bár azok megosztva vannak. Ez a kémiai kötés egyik alapszabályát jelzi, miszerint egy elem atomjai hajlamosak a legközelebbi nemesgázzal azonos elektronkonfigurációt felvenni. Ebben az esetben a hidrogén, amely a periódusos rendszerben közvetlenül a hélium előtt áll, az elektronok megosztása révén a hélium nemesgáz-konfigurációját nyeri el.
Vélemény, hozzászólás?