Hel (He)

Hel w układzie okresowym

Pierwiastek leży w pierwszym okresie, czyli w pierwszym poziomym rzędzie tablicy — to oznacza, że jego elektrony rozmieszczone są na jednej powłoce. Znajduje się w 18 grupie (blok s — elektrony walencyjne zapełniają podpowłokę s). W tej samej grupie stoją: Neon, Argon, Krypton, Ksenon, Radon, Oganeson — pierwiastki z jednej grupy mają podobną liczbę elektronów walencyjnych, dlatego zachowują się chemicznie podobnie. W temperaturze pokojowej Hel jest gazem (topnieje w -272,2 °C, wrze w -268,93 °C).

Hel — co to za pierwiastek

Napełnia balony i chłodzi magnesy w tomografach — nic nie zamarza tak trudno jak on.

Właściwości pierwiastka Hel

Hel jest bezbarwnym gazem bez zapachu i smaku, drugim najlżejszym po wodorze. Jego gęstość to zaledwie 0,0001785 grama na centymetr sześcienny, dlatego balon z helem unosi się w powietrzu. Skrapla się dopiero w −268,93 °C, najniżej ze wszystkich substancji, a zestalić go można wyłącznie pod podwyższonym ciśnieniem, w −272,2 stopnia. Tuż nad zerem bezwzględnym ciekły hel staje się nadciekły: płynie bez tarcia i sam wypełza po ściankach naczynia. Ma najwyższą energię jonizacji ze wszystkich pierwiastków, 24,587 elektronowolta, i jest chemicznie bierny. Dźwięk biegnie w helu znacznie szybciej niż w powietrzu, bo atomy helu są bardzo lekkie. Gdy hel wypełni gardło i jamę ustną, wzmacniane przez nie częstotliwości przesuwają się w górę i głos brzmi piskliwie, choć struny głosowe drgają dokładnie tak samo jak zwykle. Zmienia się więc barwa głosu, a nie wysokość dźwięku.

Zastosowanie pierwiastka Hel

Balony to najbardziej znane, ale wcale nie największe zastosowanie helu. Najwięcej zużywają go szpitale i laboratoria: ciekły hel chłodzi nadprzewodzące magnesy w tomografach rezonansu magnetycznego i w akceleratorach cząstek, bo żadna inna substancja nie utrzymuje tak niskiej temperatury pod normalnym ciśnieniem. Nurkowie oddychają mieszankami z helem zamiast zwykłego powietrza, ponieważ hel zastępuje azot, który na dużej głębokości powoduje narkozę azotową. Spawacze osłaniają helem jeziorko spawalnicze, żeby rozgrzany metal nie zetknął się z tlenem. W przemyśle hel służy do wykrywania nieszczelności: jego atomy są tak małe, że przeciskają się przez najdrobniejsze pęknięcia i czujnik od razu je wskazuje. Jest też gazem nośnym w chromatografii gazowej, chłodzi światłowody w czasie produkcji i wypełnia balony meteorologiczne wynoszące przyrządy w górne warstwy atmosfery. W przeciwieństwie do wodoru hel się nie pali i to przesądza o jego przewadze wszędzie tam, gdzie liczy się bezpieczeństwo.

Hel — najważniejsze związki chemiczne

Hel jest tu wyjątkiem: nie tworzy żadnych trwałych związków chemicznych. Powód jest prosty. Jego dwa elektrony wypełniają całą pierwszą powłokę, więc atom nie ma powodu oddawać, przyjmować ani uwspólniać elektronów, a oderwanie któregokolwiek z nich wymaga rekordowej energii. W laboratoriach i w kosmosie obserwuje się jedynie nietrwałe twory, na przykład jon wodorohelowy HeH⁺, wykryty w widmie jednej z mgławic. Zamiast związków hel tworzy mieszaniny: heliox to hel z tlenem, a trimix zawiera dodatkowo azot. Obie stosuje się w nurkowaniu głębokim, a heliox także w medycynie przy ciężkich problemach z oddychaniem.

Hel — gdzie go spotykasz

• balony
• tomografy MRI
• nurkowanie

Hel w szkole — co trzeba wiedzieć

Hel stoi w grupie 18 i pierwszym okresie, ma konfigurację 1s² i jest jedynym gazem szlachetnym bez oktetu, bo jego jedyna powłoka mieści tylko dwa elektrony i mówimy o dublecie. To ulubione pytanie na sprawdzianie. Druga pułapka: hel ma dwa elektrony, ale nie należy do grupy 2, tylko do 18, bo liczy się zapełniona powłoka, a nie sama liczba elektronów. Trzecia: to nie hel spłonął w sterowcu Hindenburg, tylko wodór, hel jest niepalny. Bardzo ważna jest też sprawa bezpieczeństwa. Hel nie jest trujący, ale wypiera tlen z płuc. Wdychanie go z balonu dla zabawy potrafi po kilku oddechach doprowadzić do zawrotów głowy i utraty przytomności, a oddychanie prosto z butli, gdzie gaz jest sprężony, grozi rozerwaniem pęcherzyków płucnych i zatorem gazowym. Piskliwy głos nie jest tego wart.

Hel — historia odkrycia

Hel jako jedyny pierwiastek odkryto najpierw poza Ziemią. W 1868 roku francuski astronom Pierre Janssen obserwował zaćmienie Słońca w Indiach i dostrzegł w widmie słonecznej chromosfery żółtą linię, której nie dawało się przypisać żadnemu znanemu pierwiastkowi. Niezależnie zauważył ją Anglik Norman Lockyer i to on wraz z Edwardem Franklandem uznał, że należy ona do nowej substancji. Nazwali ją od greckiego słowa helios, czyli Słońce. Dopiero pod koniec XIX wieku hel udało się wyodrębnić na Ziemi, z minerału zawierającego uran, w którym gaz gromadził się jako produkt rozpadu promieniotwórczego.

Hel — skąd wzięła się nazwa

gr. helios — Słońce, bo wykryto go w widmie Słońca

Hel — izotopy

hel-4 dominuje, hel-3 bardzo rzadki

Hel — bezpieczeństwo

Nietoksyczny, ale wypiera tlen — duszenie w zamkniętych pomieszczeniach.

Ciekawostki o pierwiastku Hel

• Jedyna substancja, której nie da się zamrozić pod normalnym ciśnieniem.
• Hel jest drugim najczęstszym pierwiastkiem we Wszechświecie po wodorze, a mimo to na Ziemi jest go tak mało, że pozyskuje się go ze złóż gazu ziemnego.
• Ziemski hel to w większości nazbierane przez miliony lat cząstki alfa, czyli jądra helu wyrzucane podczas rozpadu uranu i toru w skałach.
• Balon napełniony helem opada szybciej niż napełniony powietrzem, bo drobne atomy helu przenikają wprost przez ściankę gumy.

Najczęstsze pytania o pierwiastek Hel