Jakie są właściwości helu?
Hel jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 2, co oznacza, że neutralny atom helu ma dwa protony i dwa elektrony. Najważniejsze właściwości chemiczne helu obejmują jego masę atomową, stan materii, temperatury wrzenia i topnienia oraz gęstość. Pierwiastek ma masę atomową 4,0026 gramów na mol i jest gazem w prawie wszystkich warunkach temperaturowych i ciśnieniowych. Gęstość helu wynosi 0,1786 gramów na litr w temperaturze 32 ° F (0,0 ° C) i 101,325 kilopaskali (kPa).
Ciekły i stały hel może istnieć tylko w ekstremalnie niskich temperaturach pod wysokim ciśnieniem. Jedną z niezwykłych właściwości helu jest to, że nie może istnieć jako ciało stałe lub ciecz przy normalnych ciśnieniach, nawet w ekstremalnie niskich temperaturach. Przy ciśnieniu około 360 funtów na cal kwadratowy (2,5 megapaskala) przejście między cieczą a ciałem stałym lub temperaturą topnienia wynosi -458 ° F (0,95 Kelvina). Temperatura wrzenia wynosi -452 ° F (4,22 Kelvina).
Niektóre właściwości helu sprawiają, że jest on interesującym i powszechnym przedmiotem badań w mechanice kwantowej. Jest to, ze względu na niską liczbę atomową, drugi najprostszy atom po atomie wodoru. Procedury matematyczne można wykorzystać do analizy zachowania cząstek subatomowych - protonów, elektronów i neutronów - w atomie helu. Takie metody nie mogą jednak określić zachowania tych cząstek z absolutną pewnością. Atomy o większych liczbach atomowych, które mają więcej cząstek subatomowych, są zwykle trudniejsze do pracy pod względem analizy kwantowej.
Hel jest najmniej reaktywny ze wszystkich pierwiastków. Niereaktywne właściwości helu wynikają z faktu, że jest to najlżejszy z ogólnie niereaktywnych gazów szlachetnych. Gaz szlachetny ma „pełną” powłokę elektronową, co oznacza, że nie może łatwo dawać ani odbierać elektronów w reakcji chemicznej. Wymiana lub dzielenie elektronów jest podstawą większości reakcji chemicznych, więc gazy szlachetne mają tendencję do uczestniczenia w kilku reakcjach chemicznych. Ponadto hel ma tylko dwa elektrony, które mogą w ogóle uczestniczyć w reakcji, podczas gdy wszystkie inne gazy szlachetne - a nawet wszystkie pierwiastki oprócz wodoru - mają więcej.
Istnieje wiele różnych zastosowań helu, które wynikają z chemicznych właściwości helu - w szczególności jego lekkości, temperatury i ciśnienia oraz niskiej reaktywności. Na przykład hel jest znacznie lżejszy od powietrza, dlatego często stosuje się go do napełniania balonów, aby mogły unosić się na powierzchni i sterowce, takie jak sterowiec, aby mogły latać. Ciekły hel, który może istnieć tylko przy ekstremalnych ciśnieniach i w bardzo niskich temperaturach, jest stosowany jako chłodziwo dla nadprzewodników, które przyjmują swoje ekstremalnie przewodzące właściwości tylko w bardzo niskich temperaturach.