Hel (pierwiastek)

Wygląd przypnij ukryj Hel

wodór ← hel → –
– ↑ He ↓ Ne 2 He
Wygląd
bezbarwny
hel świecący w silnym polu elektrycznym
Widmo emisyjne helu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	hel, He, 2 (łac. helium)
Grupa, okres, blok	18 (VIIIA), 1, s
Stopień utlenienia	0
Właściwości metaliczne	gaz szlachetny
Masa atomowa	4,0026 ± 0,0001
Stan skupienia	gazowy
Gęstość	0,1785 kg/m³
Temperatura wrzenia	−268,928 °C
Numer CAS	7440-59-7
PubChem	23987
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny • van der Waalsa 31 pm 28 pm 140 pm Konfiguracja elektronowa 1s2 Zapełnienie powłok 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Allreda 5,50 Potencjały jonizacyjne I 2372,3 kJ/mol II 5250,5 kJ/mol
Właściwości fizyczne Punkt potrójny −270,973 °C, 5,043 kPa Punkt krytyczny −267,9550 °C; 0,22746 MPa Ciepło parowania 0,0845 kJ/mol Ciepło topnienia 5,23 kJ/mol Ciepło właściwe 5193 J/(kg·K) Przewodność cieplna 0,152 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Prędkość dźwięku 970 m/s (298,15 K) Objętość molowa 21,0×10−6 m3/mol (ciało stałe)
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 3He 0,000137% stabilny izotop z 1 neutronem 4He 99,999863% stabilny izotop z 2 neutronami 6He {syn.} 806,7 ms β− 3,508 6Li 8He {syn.} 122 ms β− 10,65 8Li
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanej karty charakterystyki Uwaga Zwroty H H280 Zwroty P P410+P403 Numer RTECS MH6520000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Hel (He, łac. helium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 2, z grupy helowców (gazów szlachetnych) w układzie okresowym. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach.

Hel stanowi ok. 23% masy wszystkich pierwiastków we Wszechświecie i na Słońcu. W skorupie ziemskiej jego zawartość wynosi 5,5 ppb (5,5×10−7%) w/w, natomiast w atmosferze – 5 ppm (5×10−4%) v/v. Pochodzi głównie z rozpadu jąder promieniotwórczych w naturalnych szeregach promieniotwórczych. W większych stężeniach występuje w gazie ziemnym. W złożach w Stanach Zjednoczonych jego zawartość dochodzi do 1%, w Europie ilość ta jest bardzo mała (z wyjątkiem Polski – do 3%). Praktycznie cały hel, który mógł pierwotnie być na Ziemi, z powodu niereaktywności nie związał się w żaden związek i uleciał z atmosfery w Kosmos.

Występuje w postaci dwóch trwałych izotopów – 3
He i 4
He. Znanych jest także kilka syntetycznych izotopów nietrwałych (T½ poniżej 1 sekundy), z których najbardziej stabilne są 6
He i 8
He.

Hel jest najmniej aktywnym pierwiastkiem chemicznym, z najwyższą spośród pierwiastków energią jonizacji (24,59 eV). Znane są jego związki metastabilne (np. HHeF, (HeO)(CsF) i LiHe) i krótko żyjące cząsteczki HeNe i jony He+
oraz He2+
. Tworzy też stabilne stałe związki międzycząsteczkowe, np. NeHe2 i He@H2O. Na przełomie 2016/2017 doniesiono o otrzymaniu pierwszego stałego związku helu, Na2He, który jest trwały termodynamicznie pod ciśnieniem powyżej 113 GPa (ok. 1,1×106 atm). Tworzy kryształy o strukturze fluorytu.

Nie ma żadnego znaczenia biologicznego.

Odkrycie helu

Hel odkryto najpierw na Słońcu, później na Ziemi. Podczas całkowitego zaćmienia Słońca, które miało miejsce 18 sierpnia 1868 roku i było widoczne w Indiach, astronom Pierre Janssen, badając widmo korony słonecznej, zaobserwował pomarańczowy prążek odpowiadający długości fali 587,6 nm, którego nie można było przypisać do żadnego spośród znanych wówczas pierwiastków. Ten sam prążek w widmie Słońca zaobserwował 20 października 1868 r. angielski astronom Norman Lockyer. Lockyer i angielski chemik Edward Frankland nadali nowemu pierwiastkowi – emitującemu falę o długości 587,6 nm – nazwę helium od greckiego boga słońca – Heliosa. Przez wiele lat hel był uważany za pierwiastek, który występuje na Słońcu, ale nie występuje na Ziemi. W roku 1895 William Ramsay otrzymał hel po potraktowaniu kleweitu (rudy uranowej) kwasem siarkowym. Ramsay przesłał próbkę gazu do Williama Crookesa i Normana Lockyera, którzy zidentyfikowali hel.

Hel stały

Hel jako jedyny pierwiastek pozostaje ciekły nawet w temperaturze zera bezwzględnego (pod ciśnieniem atmosferycznym) i zestala się dopiero w podwyższonym ciśnieniu. Ma najniższą temperaturę krzepnięcia spośród pierwiastków: < 0,95 K (pod ciśnieniem 26 atm). W zależności od ciśnienia hel w stanie stałym może zmieniać objętość o 30%. W temperaturze poniżej 0,2–0,4 K hel stały przechodzi przemianę fazową do formy o właściwościach nadciekłych („hel nadstały”).

Zastosowania helu

• Hel w postaci ciekłej jest używany do chłodzenia, gdy potrzebne są ekstremalnie niskie temperatury, ze względu na bardzo niską temperaturę wrzenia. Stosuje się go m.in. do chłodzenia nadprzewodników.
• Jako najlżejszy gaz bezpieczny (niepalny) był stosowany do wypełniania statków powietrznych lżejszych od powietrza, czyli aerostatów (balony, sterowce). Obecnie ze względu na cenę stosuje się w aerostatach najczęściej ogrzane powietrze.
• Ze względu na niską rozpuszczalność w osoczu krwi, używany jest jako składnik mieszanki do oddychania w głębokim nurkowaniu.
• Hel jest używany jako gaz napędowy w balonach do kontrapulsacji wewnątrzaortalnej (cewnik zakończony balonem wprowadzany jest do aorty najczęściej przez tętnicę udową, napełnianie i opróżnianie balonu gazem zgodnie z rytmem serca wspomaga niewydolne krążenie).
• Hel w mieszaninie z tlenem może być używany do wentylacji mechanicznej pacjentów z ciężką obturacją oskrzeli. Hel ma znacznie mniejszą gęstość niż azot. Zastąpienie azotu helem obniża liczbę Reynoldsa i zmienia charakter przepływu gazów w drogach oddechowych z turbulentnego na laminarny, co istotnie obniża opory przepływu. Metoda ma charakter eksperymentalny i nie została wdrożona do powszechnej praktyki klinicznej.
• Hel dostarczony do płuc powoduje zmianę wysokości głosu, ponieważ częstość drgań strun głosowych w komorze rezonansowej, jaką jest krtań, zależy od gęstości ośrodka, w którym te drgania zachodzą (prędkość dźwięku w helu jest ok. 3 razy większa niż w powietrzu). Przeciwny efekt ma wdychanie sześciofluorku siarki. Wdychanie większych ilości helu może prowadzić do utraty przytomności, a nawet śmierci.
• Hipotetycznie izotop 3
  He może zostać wykorzystany w kontrolowanej reakcji termojądrowej z deuterem do uzyskiwania energii bez powstawania niepożądanych odpadów promieniotwórczych. Na Ziemi 3
  He występuje jedynie śladowo, natomiast znaczne ilości mogą występować w gruncie księżycowym, w związku z czym rozważane są projekty jego wydobycia i transportu z Księżyca na Ziemię.

Otrzymywanie helu

• Głównie z gazu ziemnego bogatego w ten pierwiastek (złoża m.in. w Stanach Zjednoczonych);
• Przeróbka skroplonego powietrza metodą destylacji frakcyjnej.

Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo posiada jedyną w Unii Europejskiej instalację do pozyskiwania helu w odazotowni gazu ziemnego w Odolanowie i w okolicach Grodziska Wielkopolskiego oraz w instalacji membranowej przy kopalni Kościan-Brońsko; ostateczne oczyszczenie przeprowadzane jest w Odolanowie. W 2012 roku zakończyła się dwuletnia, warta 27,7 mln zł modernizacja, która poprawiła ergonomiczność oraz o ok. 30% wydajność instalacji. Dzięki niej Polska jest jednym z sześciu krajów na świecie produkujących hel. Wśród głównych odbiorców są: Austria, Francja, Niemcy, Szwajcaria, Turcja, Wielka Brytania, kraje bałkańskie.

Zobacz też

• ciekły hel

Uwagi

1. ↑ Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 4,002602 ± 0,000002 (patrz: Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.)). Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność (patrz: Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.)). Duże różnice w składzie izotopowym tego pierwiastka w źródłach naturalnych nie pozwalają na podanie wartości masy atomowej z większą dokładnością (patrz: Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.)).

Przypisy

1. ↑ a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-64, 4-117, ISBN 978-1-4987-5429-3  (ang.).
2. ↑ ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603  (ang.).
3. ↑ Charles N.Ch.N. Singman Charles N.Ch.N., Atomic volume and allotropy of the elements, „Journal of Chemical Education”, 61 (2), 1984, s. 137, DOI: 10.1021/ed061p137  (ang.).
4. ↑ Hel, Encyklopedia PWN  .
5. ↑ Helium: geological information , Web Elements   (ang.).
6. ↑ a b c d XiaoX. Dong XiaoX. i inni, A stable compound of helium and sodium at high pressure, „Nature Chemistry”, 9 (5), 2017, s. 440–445, DOI: 10.1038/nchem.2716, PMID: 28430195  (ang.).
7. ↑ Periodic Table: Helium Lawrence Livermore National Laboratory.
8. ↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 68. OCLC 839118859.
9. ↑ Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 73. OCLC 839118859.
10. ↑ C.R.C.R. Hammond C.R.C.R., The Elements. Helium, CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R.D.R. Lide (red.), wyd. 88, Boca Raton: CRC Press, 2007, s. 4-16 – 4-17, ISBN 978-0-8493-0488-0  (ang.).
11. ↑ E.E. Kim E.E., M.H.W.M.H.W. Chan M.H.W.M.H.W., Probable observation of a supersolid helium phase, „Nature”, 427 (6971), 2004, s. 225–227, DOI: 10.1038/nature02220, PMID: 14724632  (ang.).
12. ↑ E.E. Kim E.E., M.H.W.M.H.W. Chan M.H.W.M.H.W., Observation of superflow in solid helium, „Science”, 305 (5692), 2004, s. 1941–1944, DOI: 10.1126/science.1101501, ISSN 1095-9203, PMID: 15345778   (ang.).
13. ↑ Henry R.H.R. Glyde Henry R.H.R., Defects and perfect flows, „Nature”, 444 (7120), 2006, s. 693–695, DOI: 10.1038/444693a, PMID: 17151649  (ang.).
14. ↑ Kontrapulsacja wewnątrzaortalna. . .
15. ↑ Neil R.N.R. Maclntyre Neil R.N.R., Richard D.R.D. Branson Richard D.R.D., Wentylacja Mechaniczna, ADI, 2008, ISBN 83-900299-2-8 .brak strony (książka)
16. ↑ a b Czy wdychając hel do balonów jesteśmy narażeni na niebezpieczeństwo? , www.hel.sklep.pl  .
17. ↑ a b Inhaling Helium: Is It Really That Dangerous? , Healthline, 4 lutego 2020   (ang.).
18. ↑ Heavy Gas – Sulfur Hexafluoride , Steve Spangler Science   (ang.).
19. ↑ Helium Dangers , balloonartists.com.au  .
20. ↑ Andrzej Kublik: Rosja i Chiny walczą o energię z Księżyca. Gazeta Wyborcza, 2006-04-13. .
21. ↑ Mariusz Błoński: Wyścig po paliwo z kosmosu. Kopalniawiedzy.pl, 15-12-2006. .
22. ↑ Leszek Kadej: Hel - najcenniejsza domieszka w gazie ziemnym. Wysokie Napięcie, 2018-10-02.
23. ↑ MichałM. Duszczyk MichałM., PGNiG umacnia pozycję głównego producenta helu, „Dziennik Gazeta Prawna”, 36 (3174), 21 lutego 2012, s. A12, ISSN 2080-6744 .

Przeczytaj ostrzeżenie dotyczące informacji medycznych i pokrewnych zamieszczonych w Wikipedii.

Układ okresowy pierwiastków
	1	2																3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H																																He
2	Li	Be																										B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg																										Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca																Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr																Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba		La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra		Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og
8	Uue	Ubn	✱
					✱	Ubu	Ubb	Ubt	Ubq	Ubp	Ubh	Ubs	...
Metale alkaliczne Metale ziem alkalicznych Lantanowce Aktynowce Metale przejściowe Metale Półmetale Niemetale Halogeny Gazy szlachetne Właściwości nieznane
↑ Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun. ↑ Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.

• p
• d
• e

Substancja lecznicza w klasyfikacji anatomiczno-terapeutyczno-chemicznej (ATC) V03: Pozostałe środki lecznicze

V03AB – Odtrutki	ipekakuana prawdziwa nalorfina edetyniany pralidoksym prednizolon prometazyna tiosiarczan sodu azotyn sodu dimerkaprol obidoksym protamina nalokson etanol chlorek metylotioninium nadmanganian potasu fizostygmina siarczan miedzi(II) jodek potasu azotyn amylu acetylocysteina Digitalis-Antidot flumazenil metionina 4-(dimetyloamino)fenol cholinesteraza błękit pruski glutation hydroksykobalamina fomepizol sugammadeks fentolamina idarucyzumab andeksanet α atropina
V03AC – Czynniki wiążące żelazo	deferoksamina deferypron deferazyroks
V03AE – Leki stosowane w leczeniu hiperkaliemii i hiperfosfatemii	sulfonian polistyrenu sewelamer węglan lantanu octan wapnia węglan magnezu cukrożelazowy tlenowodorotlenek bezwodny octan wapnia cytrynian żelaza(III) patiromer wapnia cyklokrzemian sodowo-cyrkonowy
V03AF – Leki zmniejszające toksyczność leków przeciwnowotworowych	mesna deksrazoksan folinian wapnia lewofolinian wapnia amifostyna folinian sodu rasburykaza palifermina glukarpidaza lewofolinian sodu arginina lizyna trilacyklib
V03AG – Leki stosowane w hiperkalcemii	sól sodowa fosforanu celulozy fosforan sodu
V03AH – Leki stosowane w hipoglikemii	diazoksyd
V03AN – Gazy medyczne	tlen dwutlenek węgla hel azot powietrze medyczne
V03AX – Inne produkty terapeutyczne	nalfurafina kobicystat difelikefalina
V03AZ – Leki hamujące przewodzenie nerwowe	etanol

Kontrola autorytatywna (pierwiastek chemiczny):

• LCCN: sh85060043
• GND: 4132459-6
• NDL: 00563132
• BnF: 11978648w
• BNCF: 19752
• NKC: ph503003
• J9U: 987007555644805171

Encyklopedia internetowa:

• PWN: 3910758
• Britannica: science/helium-chemical-element
• Treccani: elio
• Universalis: helium
• NE.se: helium
• SNL: helium
• DSDE: helium

Identyfikatory zewnętrzne:

• identyfikator minerału w Mindat: 25563