Хелиум (од , Хелиос - Сонце) — хемиски елемент со симбол He и атомски број 2. Тој е безбоен, без вкус, нетоксичен, инертен, едноатомски гас, прв во групата на благородни гасови во периодниот систем. Неговата точка на вриење е најниска кај сите елементи. По водородот, хелиумот е вториот најлесен и најзастапен елемент во вселената, кој е присутен на околу 24% од вкупната елементарна маса, што е повеќе од 12 пати поголема од масата на сите потешки елементи во комбинација. Нејзиното изобилство е слично на фигурата на Сонцето и Јупитер. Ова се должи на многу високата јадрена врзувачка енергија (на нуклон) на хелиум-4 во однос на следните три елементи по хелиум. Оваа хелиум-4 обврзувачка енергија, исто така, објаснува зошто е производ на јадреното соединување и радиоактивното распаѓање. Повеќето од хелиумот во универзумот е хелиум-4, поголемиот дел од нив е образуван за време на Големата експлозија. Големи количини на нов хелиум се создава со јадрено соединување на водород во ѕвезди. мини|Хелиумски ласер. Хелиумот е именуван за грчкиот Титан на сонцето Хелиос.Бил откриен како непознат жолт спектрален линиски потпис на сончева светлина за време на затемнувањето на Сонцето во 1868 година од страна на Жорж Рајет, Рајет, Г. (1868) "Анализирање на спектрални дефекти набљудувања, придружни еклипси со вкупна површина од Солеј, видливи до 18 април 1868 година, за пресадување на Малака" (Спектрална анализа на протубациите забележани за време на вкупно затемнување на Сонцето, видено на 18 август 1868, од полуостровот Малака), Comptes rendus ..., 67 : 757-759. Од стр. 758: "... е забрането да се соочи со серија на необични личности, кои се однесуваат на моите личности, како Б, Д, Д, Е, Б, Д, Д, Д, Д, и Д Г. " (... веднаш видов серија од девет светли линии што ... ми се чинеше дека треба да се класифицираат како главни линии на сончевиот спектар, Б, Д, Е, Б, непозната линија, F и две линии на групата Г) Капетан К.Т. Хаиг, Капетан К.Т. Хаиг (1868) "Сметка на спектроскопски набљудувања на затемнувањето на сонцето, 18 август 1868 година," Зборник на Кралското друштво во Лондон, 17 : 74-80. Од стр. 74: "Можам веднаш да кажам дека ги следев спектарот на два црвени пламени блиску еден до друг, а во нивниот спектар два широки светла бендови доста остро дефинирани, еден роза-мадер и други светло-златни". Норман Р. Посон, Погсон ги поднесол своите забелешки за затемнувањето на 1868 година со локалната индиска влада, но неговиот извештај не бил објавен.(Биман Б.Нат, Приказната за хелиум и раѓањето на астрофизиката (Њујорк, Њујорк: Спрингер, 2013), стр. 8 ) Сепак, Локерер цитирал од неговиот извештај. Од стр. 320 од Локерер, Ј. Норман (1896) "Приказната за хелиум. Пролог," Природа, 53 : 319-322 : "Погсон, во врска со затемнувањето од 1868 година, рече дека жолтата линија била" во Д, или во близина на Д. " и потполковник Џон Хершел Поручник Џон Хершел (1868) "Сметка на затемнувањето на Сонцето од 1868 година, како што се гледа во Џамканди во бомбајското претседателство", Зборник на трудови на Кралското друштво во Лондон, 17 : 104-120. Од стр. 113: Додека се приближуваше моментот на целото сончево затемнување, "... снимив зголемена брилијантност во спектарот во соседството на D, толку голема, всушност, како да спречам какво било мерење на таа линија до добар облак кој ја модерираше светлината. не се подготвени да понудат какво било објаснување за ова ". Од стр. 117: "Јас, исто така, сметам дека не може да има сомневање дека ORANGE LINE била идентична со D, колку што е засегнато капацитетот на инструментот за утврдување на таков идентитет". и подоцна бил потврден од францускиот астроном Жил Јансен. Во својот првичен извештај до Француската академија на науките за затемнувањето на 1868 година, Јасен не споменуваше жолта линија во сончевиот спектар. Види: Јансен честопати е заслужен за откривање на елементот заедно со Норман Локиер. Јансен ја снимил хелиумната спектрална линија за време на затемнувањето на Сонцето од 1868 година, додека Локер го забележал од Британија. Локер бил првиот што предложил дека линијата се должи на нов елемент, кој го именувал. Формалното откривање на елементот било направено во 1895 година од страна на двајца шведски хемичари, Пер Теодор Клив и Нилс Аврам Ленгле, кои пронашле хелиум од ураниумска руда. Во 1903 година, големите резерви на хелиум биле пронајдени во полињата на природен гас во делови од Соединетите Држави, кој денес е најголемиот снабдувач на гасот.
Течниот хелиум се користи во криогениката (неговата најголема единечна употреба, апсорбирајќи околу една четвртина од производството), особено во ладењето на суперкомпјутерски магнети, при што главната комерцијална примена е во скенери за магнетна резонанција. Други индустриски цели на Хелиумот - како гас под притисок и чист воздух, како заштитна атмосфера за лачно заварување и во процеси како што се растечки кристали за да се направат силициумски вафли - износот на половина од произведениот гас. Добро позната, но мала употреба има како подигнување на гас и воздушни бродови. For a more authoritative but older 1996 pie chart showing U.S. helium use by sector, showing much the same result, see the chart reproduced in "Applications" section of this article. Како и кај секој гас чија густина се разликува од онаа на воздухот, вдишувањето на мал волумен на хелиум привремено го менува тембрејот и квалитетот на човечкиот глас. Во научните истражувања, однесувањето на двете течни фази на хелиум-4 (хелиум I и хелиум II) е важно за истражувачите кои ја проучуваат квантната механика (особено својството на суперфлудичност) и оние кои гледаат во феноменот, како што е суперспроводливоста, произведена во материјата во близина на апсолутна нула.
На Земјата е релативно ретка - 5.2 милиони делови по волумен во атмосферата. Најголемиот дел од терестријален хелиум денес е создаден со природно радиоактивно распаѓање на тешки радиоактивни елементи (ториум и ураниум, иако има и други примери), бидејќи алфа-честичките кои се емитираат од таквите распади се состојат од јадра на хелиум-4. Овој радиоген хелиум е заглавен со природен гас во концентрации поголем од 7% по волумен, од којшто се екстрахира комерцијално со нискотемпературен процес на сепарација наречен фракционална дестилација. Претходно, терестријалниот хелиум - необновлив ресурс, затоа што еднаш пуштен во атмосфера, лесно исчезнал во вселената - мислел дека е сѐ пократок.Witchalls, Clint (18 August 2010) Nobel prizewinner: We are running out of helium. New Scientist. Сепак, неодамнешните студии укажуваат на тоа дека хелиумот произведен длабоко во земјата со радиоактивното распаѓање може да се собере во резервите на природен гас во поголеми количини од очекуваните во некои случаи кои биле ослободени од вулканска активност.
Историја Научни откритија Првиот доказ за хелиум бил забележан на 18 август 1868 година како светло-жолта линија со бранова должина од 587,49 нанометри во спектарот на хромосферата на Сонцето. Линијата е откриена од страна на францускиот астроном Жулс Јансен за време на вкупно затемнување на Сонцето во Гунтур, Индија. Оваа линија првично линија претпоставувана како натриум. На 20 октомври истата година, англискиот астроном Норман Локиер забележал жолта линија во сончевиот спектар, кој го нарекол D3, бидејќи тоа е во близина на познати D и D 1 2 Фраунхоферови линии на натриум. Тој заклучил дека бил предизвикан од елемент на Сонцето непознат на Земјата. Локер и англискиот хемичар Едвард Франклен го именувале елементот со грчкиот збор за Сонце, ἥλιος (хелиос). алт=Picture of visible spectrum with superimposed sharp yellow and blue and violet lines.|лево|мини| Спектрални линии на хелиум Во 1881 година, италијанскиот физичар Лујџи Палмиери открил хелиум на Земјата за првпат преку своите D 3 спектрални линии, кога се анализираат материјали кој се сублимирани за време на неодамнешната ерупција на Везув. мини| Сер Вилијам Ремзи, откривач на копнениот хелиум лево|мини| Примерот на клевеитот од којшто Ремзи прво го прочисти хелиумот. На 26 март 1895 година, шкотскиот хемичар сер Вилијам Ремзи го изолирал хелиумот на Земјата со третирање на минералниот клевејт (разновиден уранинит со најмалку 10% ретки земјени елементи) со минерални киселини. Ремзи барал аргон, но, по одвојување на азот и кислород од гасот ослободен од сулфурна киселина, забележал жолта линија што одговарала на линијата D 3 забележана во спектарот на Сонцето. Овие примероци биле идентификувани како хелиум од Локер и британскиот физичар Вилијам Крукс. Види: Таа била независно изолирана од клевејт истата година од страна на хемичарите Пер Теодор Клев и Абрахам Ланглет во Упсала, Шведска, кои собрале доволно гас за прецизно одредување на нејзината атомска тежина. Хелиумот, исто така, бил изолиран од геохемичарот од Соединетите Држави, Вилијам Френсис Хилебранд пред откривањето на Рамзеј кога забележа невообичаени спектрални линии додека тестира примерок од минералниот уранинит. Сепак, Хилебранд ги припишувал линиите на азот. Хилебранд (1890) "При појава на азот во уранинитот и на составот на уранинитот воопшто," Билтен на американското геолошко истражување, бр. 78, стр. 43-79. Неговото честитка до Ремзи дала интересен случај на откривање и откривање во науката.
Во 1907 година, Ернест Ратерфорд и Томас Ројдс демонстрирале дека алфа-честичките се јадра на хелиумот, дозволувајќи им на честичките да навлезат во тенкиот стаклен ѕид на евакуирана цевка, а потоа создаваат испуст во цевката за да го проучат спектарот на новиот гас внатре. Во 1908 година, хелиумот првпат течел од холандскиот физичар Хајке Камерлинг Оннес со ладење на гасот на помалку од еден келвин. Onnes, H. Kamerlingh (1908) "Ликвификација на хелиум", Комуникации од физичката лабораторија на Универзитетот во Лајден, 9 (108) : 1-23. Тој се обидел да го зацврсти со понатамошно намалување на температурата, но не успеал бидејќи хелиумот не се зацврстил при атмосферскиот притисок. Студентот на Онес ' Вилем Хендрик Кисом на крајот успеал да зацврсти 1 cm 3 од хелиум во 1926 година со примена на дополнителен надворешен притисок.
Во 1913 година, Нилс Бор ја објавил својата "трилогија" за атомска структура која вклучувала преиспитување на Пикеринг-Фаулеровата серија како централен доказ за поддршка на неговиот модел на атомот. Оваа низа е именувана за Едвард Чарлс Пикеринг, кој во 1896 година објави забелешки за претходно непознати линии во спектарот на ѕвездата ζ Puppis Also published as: (овие сега се познати кај Волф-Рајет и други топли ѕвезди). Пикеринг го припишал набљудувањето (линии на 4551, 5411 и 10123 Å) на ново облик на водород со полуцелно ниво на преод. Во 1912 година, Алфред Фаулер успеа да создаде слични линии од мешавина на водород-хелиум и го поддржал заклучокот на Пикеринг за нивното потекло. Боровиот модел не дозволувал полуцеловидни транзиции (ниту квантната механика) и Бор заклучиле дека Пикеринг и Фаулер се погрешни, и наместо тоа, овие спектрални линии ги распределуваат на јонизираниот хелиум He +. Фаулер првично бил скептичен но на крајот бил убеден дека Бор е точен, и до 1915 година "спектроскопистите ја пренесле [серијата Пикеринг-Фаулер] дефинитивно [од водород] до хелиум". Теоретската работа на Бор на Пикеринговата низа ја покажала потребата за "преиспитување на проблемите што се чинеше веќе решени во рамките на класичните теории" и дадоа важни потврди за неговата атомска теорија.
Во 1938 година, рускиот физичар Петр Леонидович Капица открил дека хелиум-4 нема речиси никаква вискозност при температури близу апсолутна нула, феномен што сега се нарекува суперфлудизам. Овој феномен е поврзан со кондензацијата на Бозе-Ајнштајн. Во 1972 година, истиот феномен бил забележан во хелиум-3, но на температури многу поблизу до апсолутната нула, од страна на американските физичари Даглас Д. Ошероф, Дејвид М. Ли и Роберт Ричардсон. Феноменот во хелиум-3 се смета дека е поврзан со спарувањето на хелиум-3 фермиони за да се направи бозони, аналогно на Купер-парови на електрони кои произведуваат суперспроводливост.