3.3: ヘリウム-最初の希ガス

周期表の2番目の元素はヘリウム、原子番号2であります。 すべてのヘリウム原子は、原子核に2個の陽子と2個の電子を持っています。 ヘリウムには2つの同位体があり、原子核に2個の中性子を含むが圧倒的に多く、より軽い同位体であるは原子核に陽子2個と中性子1個、質量数3であり、数はずっと少ない。 図3.3は、ヘリウム原子の2個の電子を示したものである。 ヘリウムのルイス記号は、単にHeに2つの点を付けたものである。 これは原子の非常に重要な特徴を示しています。 原子番号が大きくなるにつれて、電子は電子殻と呼ばれるさまざまなレベルで追加されます。 水素（H）の1個の電子は、最もエネルギーの低い第1電子殻に入る。 ヘリウム原子を作るために加えられた2番目の電子も、1番目の電子殻に入る。 この最も低い電子殻には、最大で2個の電子しか入らないので、ヘリウムは電子殻で満たされていることになります。 電子殻が満たされた原子は、電子を失ったり、得たり、共有したりする性質がないため、化学結合によって他の原子と関わることはない。 このような原子は気相中に単独で存在し、そのような原子を構成する元素を希ガスと呼ぶ。 ヘリウムは希ガスの筆頭である。

ヘリウムガスは25℃、1気圧で0.164g/Lと非常に低い密度を持っている。 ヘリウムガスは、25℃、1気圧の環境で0.164g/Lと非常に密度が低く、水素ガスに次いで密度が小さい物質である。

ヘリウムは、天然ガスの一部で地上から汲み上げられており、その中には体積比で最大10%のヘリウムを含むものもある。 ヘリウムは、高温のヘリウム原子が発する特定の波長の光によって、太陽で初めて観測されました。 地下のヘリウム源は、カンザス州南西部で天然ガスを探していた掘削業者が、新しい井戸からのガスに点火しようとして、それが事実上純粋なヘリウムだったので、燃えないことに気づいてがっかりしたことによって発見されました！

化学的に反応しないヘリウムには、化学的に不活性の雰囲気を与える以外に、何の用途もありません。 無毒、無臭、無味、無色の気体であるヘリウムが使用されるのは、そのユニークな物理的特性のためです。 気象観測気球や飛行船への応用は前述したとおりである。 また、ヘリウムは血液への溶解度が低いため、深海潜水士や呼吸器疾患のある人が酸素と混合して呼吸する際に使用される。

ヘリウムの最大の用途は、絶対零度（-269℃）よりわずか4.2℃高い温度で沸騰する超低温液体として、特に超低温を扱う成長科学である極低温工学で使用されることである。 このような温度で超伝導体となる金属があるため、ヘリウムを使って電磁石を冷却し、比較的小さな磁石に非常に強力な磁場を発生させることができる。 このような磁石は、核磁気共鳴（NMR）と呼ばれる非常に有用な化学的道具の構成要素となっています。 同じような装置を臨床用に改良してMRIと呼び、体の一部をスキャンして腫瘍やその他の病気の証拠を見つけるための医療診断ツールとして使われています。3）と元素状水素H2のルイス式（図3.1）を見ると、H2分子の2個の水素原子はそれぞれ2個の電子を主張することができ、それによってヘリウム原子に似た形になることがわかります。 ヘリウムは、2個の電子を非常に多く持つ希ガスである。 H2のH原子は、2個の電子を共有しながらも、それぞれ2個の電子で満足している。 これは、ある元素の原子は、最も近い希ガスと同じ電子配置になる傾向があるという化学結合の基本法則を表している。 この場合、周期表でヘリウムの直前にある水素は、電子を共有することでヘリウムの希ガス配置を獲得していることになる

。