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Hélium
Données   
Hydrogène - Hélium - Lithium
-
He
Ne
 
 
 
 
2
He
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               

Table complète - Table étendue

Général
Nom, Symbole, Numéro Hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau...), He, 2
Série chimique Gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) rare
Groupe, Période, Bloc 18, 1, s
Masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique du matériau appelée masse volumique: ) 0,1785 kg/m3
Couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) Aucune
Propriétés atomiques
Masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse relative d'un atome de cet isotope ; la comparaison est...) 4,002 602 u
Rayon atomique (calc)  ? (31) pm
Rayon de covalence 32 pm
Rayon de van der Waals 140 pm
Configuration électronique 1s2
Électrons par niveau d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 2
État(s) d'oxydation 0
Oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) inconnu
Structure cristalline Hexagonale
Propriétés physiques
État ordinaire Gaz
Température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules...) (à 26 atm) 0,95 K
Température de vaporisation 4,216 K
Énergie de fusion 5,23 kJ/mol
Énergie de vaporisation 0,0845 kJ/mol
Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) molaire 21,0×10−3 m3/mol
Pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de la vapeur ()  ?
Vélocité (VéloCité est un service de prêt gratuit mis en place par la ville d'Angers qui fournit aux personnes qui habitent ou travaillent à Angers des...) du son 970 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)  ?
Chaleur massique (La chaleur massique (symbole c ou s), qu'il convient d'appeler capacité thermique massique[1] est déterminée par la quantité d'énergie à apporter par échange thermique pour élever d'un degré la température de l'unité de...) 5 193 J/(kg·K)
Conductivité électrique (La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.)  ? S/m
Conductivité thermique (La conductivité thermique est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction. Cette constante...) 0,142 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus neutre électriquement. Il est alors appelé ion.) 2 372,3 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation 5 250,5 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
3He 0,000 137 % stable avec 1 neutrons
4He 99,999 863 % stable avec 2 neutrons
6He syn. 0,806 7 s β 3,5 6Li
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'hélium est un élément chimique monoatomique incolore, inodore, insipide, non toxique et pratiquement inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.). De symbole He et de numéro atomique (Le numéro atomique (Z) est le terme employé en chimie et en physique pour représenter le nombre de protons du noyau d'un atome. Un atome peut être schématisé en première approche par une agglomération compacte (noyau...) 2, il initie la série des gaz nobles dans le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) périodique. Ses points d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce phénomène est une vaporisation.) et de fusion sont les plus bas parmi les éléments et il n'existe qu'en tant que gaz, sauf dans des conditions extrêmes. Des conditions extrêmes sont également nécessaires pour créer les quelques composés de l'hélium qui sont tous instables dans des conditions normales de température et de pression. Son isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est...) stable le plus abondant est l'hélium 4 et le plus rare isotope est l'hélium 3. Le comportement des deux variétés hélium I et hélium II de l'hélium 4 liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) sont importantes pour les chercheurs qui étudient les mécaniques quantiques, en particulier le phénomène de superfluidité, état que l'hélium atteint au point (Graphie) lambda de 2,1768 K, vers −271°C (à −270,9732°C exactement) et ceux qui étudient les effets des températures proches du zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation...) absolu sur d'autres substances (telle que la supraconductivité).

L'hélium est après l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) le deuxième élément le plus abondant de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), et le plus léger gaz noble du tableau périodique. Dans l'univers actuel, pratiquement tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'hélium qui est produit, est le résultat de la fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées. Il...) de l'hydrogène dans les étoiles. Sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), il est créé par la désintégration radioactive d'éléments plus lourds : les particules alpha sont des noyaux d'hélium produits par la désintégration de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou...) ainsi que du thorium et de leurs éléments fils. Après sa création, une partie est emprisonnée avec le gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme...) dans des concentrations allant jusqu'à 7 % par volume. Il est extrait du gaz naturel par un procédé de séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) à basse température appelé distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à recueillir une fraction légère...) fractionnée.

Utilisation

L'hélium est utilisé :

  • à la pressurisation des réservoirs cryogéniques ;
  • à l'état liquide en cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C) dans le but de comprendre les phénomènes physiques qui s'y manifestent. Elle possède de très nombreuses...), notamment pour refroidir les aimants supraconducteurs utilisés par exemple en IRM;
  • en combinaison (Une combinaison peut être :) avec l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) pour former l'héliox (L'héliox est un mélange gazeux d'hélium et d'oxygène. Ce mélange gazeux est utilisé en médecine pour ainsi que pour la plongée sous-marine pour les plongées profondes.), gaz utilisé pour la plongée sous-marine (La plongée sous-marine consiste, en général, à explorer le monde sous-marin équipé d'un scaphandre autonome spécifique composé généralement d'une combinaison isothermique, d'un masque, de palmes et, à la différence de la plongée en apnée,...) à grande profondeur.
  • ce même mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation...) est utilisé en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement...) pour soulager les victimes de difficultés respiratoires, l'hélium pénétrant plus facilement que l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le...) dans les voies respiratoires rétrécies;
  • en chirurgie (La chirurgie est une technique médicale consistant en une intervention physique sur les tissus, notamment par incision et suture. Un médecin spécialisé dans cette discipline est un...), des faisceaux d'hélium ionisés issus d'un synchrocyclotron sont utilisés pour traiter des tumeurs oculaires[1] 
  • dans la datation radioactive ;
  • dans la détection des fuites des canalisations ;
  • comme gaz de sustentation pour le gonflage des ballons de baudruche (La baudruche est une pellicule extraite des l'intestin de divers animaux, et, par analogie, une fine pellicule de caoutchouc. Elle est utilisée pour la fabrication de ballons.) de surveillance météorologique et des dirigeables ;
  • comme gaz tracteur pour la chromatographie en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) gazeuse ;
  • comme gaz de protection pour divers usages industriels (tels que la soudure à l'arc et la croissance des tranches de silicium);
  • en association avec le néon (Le néon est un élément chimique, de symbole Ne et de numéro atomique 10.) dans les lasers He-Ne (qui émettent à 632.8 nm).

Utilisation thérapeutique (La thérapeutique (du grec therapeuein, soigner) est la partie de la médecine qui étudie et applique le traitement des maladies.)

L'hélium est administré dans des mélanges contenant un minimum de 20% d'oxygène, à des patients aux prises avec une obstruction des voies respiratoires supérieures ou inférieures. La faible viscosité de l'hélium permet de diminuer le travail respiratoire.

Dangers reliés à l'inhalation

L'inhalation d'un faible volume d'hélium modifie temporairement la voix qui devient plus aigüe car les cordes vocales vibrent plus rapidement en présence de ce gaz, à cause de la faible densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est...) relative de l'hélium par rapport à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...). Cette pratique est inoffensive à petites doses, l'hélium étant un gaz inerte. En revanche, une inhalation en plus grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) en une seule fois, produirait une légère asphyxie (L'asphyxie est un terme médical signifiant l'arrêt plus ou moins long de la circulation d'oxygène dans le corps. L'asphyxie de l'humain est une urgence médicale.), conduisant à une courte mais dangereuse perte de conscience. On dénombre également certains cas d'embolies cérébrales ou de sérieux problèmes pulmonaires chez les personnes ayant inhalé de l'hélium sous pression (dans une bonbonne). On constate également une altération des cordes vocales sur une courte durée après inhalation.

Caractéristiques notables

L'hélium II s'étend le long de toutes les surfaces en contact avec le liquide libre. Ce qui donne une sorte de
L'hélium II s'étend le long de toutes les surfaces en contact avec le liquide libre. Ce qui donne une sorte de "système des vases communicants" permanent. Les niveaux de l'Hélium II dans une enceinte s'égalisent en permanence ! Si le récipient externe n'était pas scellé, l'Hélium II superfluide (La superfluidité est un état quantique de la matière qui a été découvert pour la première fois en 1937 par Pyotr Leonidovitch Kapitsa, simultanément avec,...) s'échapperait même si l'ouverture était à son sommet, car "mouillé" par le film du liquide superfluide.

Phases gazeuses et plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les...)

L'hélium est un gaz incolore, inodore, et non toxique. C'est le moins réactif des éléments du groupe 18 (les gaz nobles) du tableau périodique et de ce fait virtuellement inerte. Dans des conditions standard de température et de pression, l'hélium se comporte pratiquement comme un gaz idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la divisibilité...). Virtuellement, l'hélium est monoatomique dans toutes les conditions. Sa conductivité thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...) est supérieure à tous les gaz, hydrogène excepté, et sa chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) spécifique est exceptionnellement élevée. L'hélium est aussi le gaz le moins hydrosoluble de tous les gaz connus et sa vitesse (On distingue :) de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une...) à travers les solides est trois fois supérieure à celle de l'air et d'environ 65 % à celle de l'hydrogène. L'indice de réfraction (L'indice de réfraction provient du phénomène de réfraction qui désigne le changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre. La notion d'indice a d'abord été introduite empiriquement comme coefficient...) de l'hélium est plus proche de l'unité que celui de n'importe quel autre gaz. Le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un...) Joule-Thomson de ce gaz est négatif à température ambiante, ce qui signifie un réchauffement lorsqu'il peut s'étendre librement. Il ne se refroidit uniquement lorsqu'il peut s'étendre librement quand sa température d'inversion de Joule-Thomson (environ 40 K soit −233°C ; à une pression de 1 atm). Une fois refroidi en dessous de cette température, l'hélium peut être liquéfié par le refroidissement dû à son expansion.

L'hélium est chimiquement non réactif dans toutes les conditions normales, en raison de sa valence égale à 0. Il est isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants...) électrique sauf lorsqu'il est ionisé. Comme les autres gaz nobles, l'hélium a des niveaux d'énergie métastables qui lui permettent de rester ionisé dans une décharge électrique (Le terme décharge électrique désigne des phénomènes variés :) dont la tension (La tension est une force d'extension.) est inférieure à son potentiel d'ionisation. L'hélium peut former des composés instables avec le tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74.), l'iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de numéro atomique 53.), le fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du premier élément de la famille des halogènes, de masse atomique 19.), le soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) et le phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.) quand il est sujet à une décharge électroluminescente par un bombardement d'électrons, ou forme alors un plasma. HeNe, HgHe10, WHe2 et les ions moléculaires He2+, He2++, HeH+, HeD+ ont été créés de cette manière. Cette technique a aussi permis la production de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) neutre He2, qui possède un plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de systèmes de bandes, et HgHe, dont la cohésion ne semble reposer que sur des forces de polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait d'appliquer une tension pour créer du...). Théoriquement, d'autres composants comme le fluorohydride d'hélium (HHeF) sont également possibles.

Phases liquides et solides

L'hélium ne se solidifie que sous l'effet de fortes pressions. Le solide pratiquement invisible et incolore qui en résulte est fortement compressible ; une compression en laboratoire peut réduire son volume de plus de 30 %. Avec un module d'élasticité cubique de l'ordre de 50×106 Pa, il est 50 fois plus compressible que l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x =...) des autres éléments, l'hélium ne se solidifie pas et reste liquide jusqu'au zéro absolu, dans des conditions normales de pression. L'hélium solide nécessite une pression minimale d'environ 26 atm. Il est souvent assez difficile de distinguer l'hélium solide de l'hélium liquide, leur indice de réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change...) étant presque identiques. Le solide a une chaleur latente (L'enthalpie de changement d'état, molaire ou massique, correspond à la quantité de chaleur nécessaire à l'unité de quantité de matière (mole) ou de masse (kg) d'un corps pour qu'il change d'état; cette transformation ayant lieu à température et...) (chaleur de fusion) élevée et une structure cristalline hexagonale, comme celle de l'eau.

État de l'hélium I

En dessous de son point d'ébullition de 4,216 K et au-dessus du point lambda de 2,1768 K, l'isotope 4 He existe dans un état liquide normal incolore, appelé hélium I. À l'instar d'autres liquides cryogéniques, l'hélium I entre en ébullition lorsqu'il est chauffé. Il se contracte également lorsque la température est abaissée jusqu'à ce qu'il atteigne le point lambda, où il cesse de bouillir et se dilate soudainement ; (devenant de l'hélium II). Sa vitesse de dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à pression constante ou maintien du volume et augmentation de la pression.) décroît en dessous du point lambda jusqu'à ce qu'une température d'environ 1 K soit atteinte ; à ce moment, l'hélium II cesse complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à...) de se dilater et recommence à se contracter.

L'indice de réfraction de l'hélium I de 1,026 est similaire à celui des autres gaz, ce qui rend sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) si difficile à percevoir qu'une fine couche de Styromousse est souvent utilisée pour la mettre en évidence. L'hélium I, liquide incolore, est faiblement visqueux et sa densité correspond à 1/8e de celle de l'eau, soit 1/4 seulement de la valeur prévue par la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) classique. La mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation...) est nécessaire pour expliquer cette propriété, et de ce fait, les différents types d'hélium liquide sont appelés fluides quantiques, ce qui signifie qu'ils montrent leurs propriétés atomiques à une échelle macroscopique. Ceci est probablement dû au point d'ébullition si proche du zéro absolu qui empêche le mouvement moléculaire aléatoire (dû à la chaleur) de masquer les propriétés atomiques.

Histoire

wikt:

Le Wiktionnaire possède une entrée pour " hélium ".

L'existence de l'hélium (du grec ?λιος, hélios : Soleil) a été mise en évidence pour la première fois par Jules Janssen, un astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) français, dans la couronne solaire (La couronne solaire est la partie de l'atmosphère du Soleil située au-delà de la chromosphère et qui s'étend sur des millions de kilomètres en se diluant dans l'espace.) lors de l'éclipse (Une éclipse correspond à l'occultation d'une source de lumière par un objet physique. En astronomie, une éclipse se produit lorsqu'un objet (comme une planète...) du 18 août 1868 et simultanément par l'astronome britannique sir Joseph Norman Lockyer, par une raie jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) inconnue dans le spectre. Le nom " hélium " fut proposé, peu de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) après, par ce dernier et le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique...) sir Edward Frankland, en référence au symbole grec du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...), Hélios[2]. Sa présence sur la Terre a été décelée en 1895 par Lord Rayleigh et sir William Ramsay, chimiste. Depuis lors, de grandes réserves d'hélium ont été trouvées dans les champs de gaz naturel des États-Unis d'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique par l'océan...), en faisant les plus grands fournisseurs de ce gaz au monde (Le mot monde peut désigner :). En 1960, ils décidaient de constituer une réserve qui a atteint en 1995 le volume d'un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et...) de mètres cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est...). Soit environ 180 000 tonnes de gaz.

L’Helium Privatization Act de 1996 autorisait d'entamer cette réserve à partir de 2005.

Néanmoins, fin 2006, le monde scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) et industriel semble en état de pénurie effective d'hélium ce qui en fait une matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) première stratégique.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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