Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu,chemicky zcela inertní – helium vytváří sloučeniny pouze s fullereny[7] a sertutí (helidy).[8] Ve vodě je velmi málo rozpustné 8,8 ml He v 1000 ml vody.[zdroj?]
Helium je jediná látka, která při nízkých teplotách anormálním tlaku zůstává kapalná až k teplotěabsolutní nuly. Pevné helium lze získat pouze za zvýšenéhotlaku, při tlaku 2,5 MPa tuhne helium při teplotě 1-1,5 K.[9] Helium má také ze všech známých látek nejnižšíbod varu.
Kapalné helium je látka, která vyniká velkým množstvím zajímavých vlastností. Při teplotách pod 2,1768 K jesupratekuté, to znamená, že dokáže bez tření protékat libovolnými předměty a téct bez tření po libovolných předmětech.Tepelná vodivost tekutého helia je třimilionkrát větší než u mědi při pokojové teplotě.
Samotný objev helia byl učiněn zkoumáním spektra sluneční korony, kdy v roce 1868 při zatmění Slunce francouzský astronomPierre Janssen objevil neznámé žluté spektrální linie, které byly přiřazeny doposud neznámému prvku, pojmenovaném po starořeckém bohu Slunce,Héliovi. Teprve v roce 1895 se britskému chemikoviWilliamu Ramsayovi podařilo izolovat plynné helium na Zemi.
V roce 1868 astronomové, Francouz Pierre-Jules Janssen a Angličan Joseph Norman Lockyer, pozorovali nezávisle na sobě ve slunečním spektru na vlnové délce 587,49 nm žlutou spektrální čáru, která nepatřila žádnému do té doby známému prvku na Zemi. Vzhledem k blízkosti spektrálních čar sodíku D1, D2, byla označena jako spekrální čára D3. Lockyer postuloval, že se jedná o nový prvek a podle starořeckého boha Slunce (Helios) jej nazval helium.
V roce 1881 pozoroval italský fyzik Luigi Palmieri spektrální čáru D3 v plynu unikajícím při zahřívání vulkanické sublimace z Vesuvu.
V letech 1888–1890 pracoval americký mineralog a chemik William F. Hillebrand s minerálem uraninitem a podrobil jej zahřívání s minerálními kyselinami. Uvolněný plyn považoval za dusík.
Skotský chemik William Ramsay opakoval pokus v roce 1895, ovšem s jiným materiálem, minerálem cleveitem (z rodiny uranových rud) a kromě dusíku a argonu izoloval také plyn s odlišnou spektrální linií a potvrdilo se, že se jedná o helium. V témže roce mezitím pracoval s minerálem cleveitem také švédský chemik Per Theodor Cleve a jeho žák Nils Abraham Langlet a získali helium v čistější podobě a větším množství, které stačilo k určení atomové hmotnosti helia. Ramsay, Cleve a Langlet jsou považováni za nezávislé objevitele helia v pozemském materiálu.
Během vrtných prací v roce 1903 v americkém Dexteru v Kansasu byl nalezen zdroj zemního plynu, který nehořel a obsahoval 12 objemových procent neznámého plynu. Američtí chemici Hamilton Cady a David McFarland z Kansaské univerzity potvrdili v roce 1905, že se jedná o helium. Na počátku 20. století byly objeveny velké zásoby helia v ložiscích zemního plynu v Great Plains a Spojené státy americké se staly světovým dodavatelem tohoto plynu.
V roce 1907Ernest Rutherford a Thomas Royds demonstrovali fakt, žečástice alfa jsou jádra hélia tím, že nechali částice proniknout tenkou skleněnou stěnou evakuované trubice a následným výbojem pozorovali spektrální čáru D3.[10]
V roce 1908 poprvé zkapalnil helium nizozemský fyzikHeike Kamerlingh Onnes ochlazením plynu na teplotu méně než jeden Kelvin (0 K = −273,15 °C). Neúspěšně se pokusil dalším snižováním teploty také o převedení helia do pevného stavu, což dokázal až v roce 1926 jeho žák Willem Hendrik Keesom, ovšem za použití vyššího tlaku.
V roce 1938 objevilPjotr Leonidovič Kapica supratekutost isotopu4He při teplotách blízkých absolutní nule.
Zkapalněné helium. Toto helium je nejen kapalina, ale bylo ochlazeno na bodsupratekutosti.
Helium je naZemi přítomno jen velmi vzácně. V zemské atmosféře se vyskytuje jen ve vyšších vrstvách a díky své mimořádně nízké hmotnosti postupně z atmosféry vyprchává do meziplanetárního prostoru. V atmosféře Země (do výšky 200 km) tvoří 0,000524 objemových procent (tj. 5,24ppm).
Poprvé bylo helium izolováno z minerálusmolince. V menším množství až 9 % se nachází v zemním plynu, z něhož se také získává vymrazováním. Vzácně vyvěrá helium i trhlinami v zemi, nejznámější oblasti těchto vývěrů leží veSkalistých horách v USA a v Kanadě. Předpokládá se, že veškeré toto helium je produktemjaderného rozpadu prvků v zemské kůře (částice alfa jsou jádry atomů helia).
Ve vesmírném měřítku je helium druhým nejvíce zastoupeným prvkem. Vyskytuje se především ve všech svítících hvězdách, kde je jedním z mezistupňůtermonukleární syntézy, jež je podle současných teorií základním energetickým zdrojem veVesmíru. Tvoří přibližně 25 % hmoty okolního pozorovatelného Vesmíru.
Helium se vyskytuje v atmosféřeplynných obrů, kde se jeho objemová koncentrace pohybuje mezi 3 a 19%, a povodíku je nejrozšířenější prvek v jejich atmosféře. Z kamenných planet se vyskytuje zejména naMerkuru, a rovněž se vyskytuje naMěsíci.
Další možnost je zahřívat minerály, ve kterých se helium vyskytuje, teplotou okolo 1 200 °C. K takovým minerálům patřícleveit,monazit athorianit. Plyny, které se uvolňují z minerálů, je nutno od sebe oddělit, aby bylo možno získat čisté helium.
Vzducholoď plněná heliemNákres chování helia II – tzv. supratekutý film, který tekuté helium vytváří na každém povrchu
Vzhledem ke své extrémně nízké hustotě a inertnímu chování se helium používá k plněníbalónů (balónek díky heliu vyletí ke stropu) avzducholodí jako náhrada hořlavéhovodíku. Značnou nevýhodou je zde ovšem jeho poměrně vysoká cena. Navíc má atom helia velmi malý průměr, snadnodifunduje skrze pevné materiály a dochází tak ke ztrátám.
Směsí helia,kyslíku adusíku se plní tlakové láhve s dýchací směsí, určenou pro potápění do velkých hloubek. Na rozdíl od dusíku totiž ani pod velkým tlakem nezpůsobuje tzv.hloubkové opojení, takže potápěč je schopen pracovat ve velkých hloubkách i přes 300 metrů. Zároveň omezuje vznik otravy kyslíkem a současně zmenšuje rizikokesonové nemoci, která vzniká při rychlém výstupu potápěče na hladinu uvolněním bublinek plynného dusíku v krvi s možností mechanického poškození různých tkání.
Rychlost zvuku v heliu je řádově 3× větší než ve vzduchu. Pokud člověk nadechne helium, rezonanční frekvence dýchacích cest se změní a to ovlivní zabarvení hlasu. Stejně by se přítomnost hélia projevila při hvízdání nebo hře na dechový hudební nástroj.
Mimořádně nízká teplota varu předurčuje kapalné helium jako jedno ze základních médií pro kryogenní techniky, především pro výzkum i praktické využitísupravodivosti asupratekutosti různých materiálů.
Helium se ve směsi s neonem používá k plnění reklamních osvětlovačů, obloukových lamp a doutnavek. Výboj v heliu má intenzivně žlutou barvu.
Nákres chování helia v závislosti na teplotě a tlaku
He@C60 je jedna ze dvou doposud známých „sloučenin“ hélia. Sférická koule jefulleren a uvnitř v dutině tohoto fullerenu je uzavřen jeden atom helia. Fullereny vznikají kondenzacígrafitových par v heliu. Při kondenzaci par ale může dojít k radikálovému mechanismu, jehož výsledkem je tato „sloučenina“.[7]
Páry grafitu nelze normální cestou získat, protožeuhlík má teplotu tání více než 3 500 °C a teplota varu je ještě o mnoho vyšší (přes 4 800 °C). Proto se k přípravě par grafitu využíválaseru.
Za sloučeniny se někdy pokládají helidyrtuti, kdy je relativně malý atom helia ve vnějších elektronových vrstvách většího atomu rtuti. V roce 2017 byly teoreticky vypočítány jako (za vysokých tlaků) stabilní sloučeniny Na2He a Na2HeO. Na2He byla i připravena (diamantové kovadlinky) a za tlaku 113 GPa má jít o pevnou látku krystalizující v krychlové soustavě, po elektrické stránce izolant.[12]
S heliem je spojen zajímavý fyzikální úkaz, zvanýsupratekutost. Kapalné helium se totiž vyskytuje ve dvou formách –helium I při teplotách 2,1768–4,21 K ahelium II při teplotách nižších než 2,1768 K (za normálního tlaku) (tzv. lambda bod). To se týkáizotopu4He. Izotop3He je supratekutý při teplotách pod přibližně 0,002 5 K. Rozdíl mezi izotopy je způsoben tím že atom4He jebosonem (skládá se ze 2protonů, 2neutronů a 2elektronů) zatímco atom3He jefermionem. Izotop4He je supratekutý díky vznikuBose-Einsteinova kondenzátu zatímco3He díky vznikuCooperových párů.
Meziheliem I aheliem II neexistujeskupenské teplo, což znamená, že tyto dvě formy helia se nemohou vyskytovat v jedné nádobě současně vedle sebe. Nad lambda teplotou se může vyskytovat pouzehelium I a pod lambda teplotou pouzehelium II.
Zatímcohelium I se chová jako běžné tekutiny, vykazujehelium II velmi neobvyklé vlastnosti. Především nemá tato kapalina praktickyžádnévnitřní tření, a proto teče nesmírně rychle, ale dokonce díkykapilárnímu jevu přetéká stěny nádob, ve kterých je uchováno a vytéká horním koncem do něj ponořenékapiláry(jev zvaný fontánový efekt), což budí zdání, jako byhelium II nebylo vůbec ovlivněno gravitací.
Navíc má supratekuté helium největšítepelnou vodivost ze všech doposud známých látek.[zdroj?]
↑ Solid Helium.web.archive.org [online]. 2008-05-31 [cit. 2024-01-04].Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2008-05-31.
↑WEEKS, Mary.Discovery of the Elements. 6th Edition. vyd. [s.l.]: Journal of chemical Education, Easton, Pa., 1956. 910 s. S. 779–784.
↑How fusion works [online]. [cit. 2024-11-18].Dostupné online. (anglicky)
↑DONG, Xiao; OGANOV, Artem R.; STAVROU, Elissaios; LOBANOV, Sergey; SALEH, Gabriele; QIAN, Guang-Rui; ZHU, Qiang, Carlo Gatti, Volker L. Deringer, Richard Dronskowski, Xiang-Feng Zhou, Vitali B. Prakapenka, Zuzana Konôpková, Ivan A. Popov, Alexander I. Boldyrev, Hui-Tian Wang.A stable compound of helium and sodium at high pressure [online]. 2017-02-06 [cit. 2017-02-09].Dostupné online.doi:10.1038/nchem.2716. (anglicky)
