Nguyên tố hóa học Heli pdf

Nguyên tố hóa học Heli
2
hyđrô ← heli → liti

He

↓

Ne


Bảng đầy đủ


Tổng quát
Tên, Ký hiệu, Số heli, He, 2
Phân loại khí hiếm
Nhóm, Chu kỳ, Khối 18, 1, p
Khối lượng riêng, Độ cứng 0,1785 kg/m³, 0
Bề ngoài không màu
Tính chất nguyên tử
Khối lượng nguyên tử 4,002602 2 đ.v.C
Bán kính nguyên tử (calc.) 2 ( ) pm
Bán kính cộng hoá trị 32 pm
Bán kính van der Waals 140 pm
Cấu hình electron [He]1s
2

e
-
trên mức năng lượng 2

Trạng thái ôxi hóa (Ôxít) 0 (trơ)
Cấu trúc tinh thể lập phương
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất khí
Điểm nóng chảy 0,95 K (-458 °F)
Điểm sôi 4,22 K (-452 °F)
Trạng thái trật tự từ
Thể tích phân tử ×10
-6
m³/mol
Nhiệt bay hơi 0,0845 kJ/mol
Nhiệt nóng chảy 5230 kJ/mol
Áp suất hơi Pa tại K
Vận tốc âm thanh m/s tại K
Thông tin khác
Độ âm điện (thang Pauling)
Nhiệt dung riêng 5193 J/(kg·K)
Độ dẫn điện /Ω·m
Độ dẫn nhiệt 0,152 W/(m·K)
Năng lượng ion hóa 1. 2.372,3 kJ/mol
2. 5.250,5 kJ/mol
Chất đồng vị ổn định nhất
iso

TN (quyển khí)

t
½
DM

DE MeV

DP

³He

0,000 137% Ổn định có 1 neutron
4
He

99,999 –863%
Ổn định có 2 neutron
6
He

tổng hợp 806,7 ms

β
-
3,508
6
Li


Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú.
Heli (hay Hêli) là nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu He và số
hiệu nguyên tử bằng hai. Tên của nguyên tố này bắt nguồn từ Helios, tên của thần
Mặt Trời trong thần thoại Hy Lạp, do nguồn gốc nguyên tố này được tìm thấy
trong quang phổ trên Mặt Trời.
Thuộc tính

Heli có điểm sôi thấp nhất trong tất cả các nguyên tố và chỉ có thể đông đặc dưới
áp suất rất cao. Nguyên tố này thường thường là khí đơn nguyên tử và về mặt hoá
học nó là trơ.
Sự phổ biến

Ống Heli đang phát sáng.
Heli là nguyên tố nhiều thứ hai trong vũ trụ, sau hyđrô. Trong khí quyển Trái Đất
mật độ heli theo thể tích là 5,2 x 10
-6
tại mực nước biển và tăng dần đến độ cao 24
km, chủ yếu là do phần lớn heli trong bầu khí quyển Trái Đất đã thoát ra ngoài
khoảng không gian vũ trụ vì tỷ trọng thấp và tính trơ của nó. Có một lớp trong bầu
khí quyển Trái Đất ở độ cao khoảng 1.000 km mà ở đó heli là chất khí chủ yếu
(mặc dù tổng áp suất gây ra là rất nhỏ).
Heli là nguyên tố phổ biến thứ 71 trong vỏ Trái Đất, chiếm tỷ lệ 8 x 10
-9
, còn trong
nước biển chỉ có 4 x 10
-12
. Nói chung, nó hình thành từ sự phân rã phóng xạ của
các nguyên tố, do vậy người ta có thể tìm thấy heli trong các mỏ khoáng chất chứa
urani, thori v.v và trong vài loại nước khoáng cũng như khí phun trào núi lửa. Heli
tồn tại trong nhiều loại khí tự nhiên.
Đồng vị
Có 8 đồng vị của heli, nhưng chỉ heli-3 và heli-4 là bền. Trong khí quyển Trái Đất,
trong một triệu nguyên tử 4
He
có một nguyên tử 3
He
.

[1]
Không giống như các
nguyên tử khác, sự phổ biến của các đồng vị heli thay đổi tùy theo nguồn gốc, do
các quá trình hình thành khác nhau. Đồng vị phổ biến nhất, heli-4, được tạo ra trên
Trái Đất từ phân rã anpha của các nguyên tố phóng xạ nặng hơn; các hạt anpha
sinh ra bị ion hóa hoàn toàn hạt nhân heli-4. Heli-4 là hạt nhân ổn định bất thường
do các nucleon được sắp xếp vào lớp vỏ đầy đủ. Nó cũng được tạo ra với số lượng
lớn trong tổng hợp hạt nhân Big Bang.
[2]

Heli-3 có chỉ có mặt trên Trái Đất ở dạng vết; đa số trong đó có từ lúc hình thành
Trái Đất, mặc dù một số rơi vào Trái Đất trong bụi vũ trụ.
[3]
Một lượng vết cũng
được tạo ra từ phân rã beta của triti.
[4]
Các đá trong vỏ Trái Đất có các tỉ lệ đồng vị
thay đổi khoảng 1/10, và các tỉ lệ này có thể được dùng để khảo sát nguồn gốc của
các đá và thành phần lớp phủ của Trái Đất.
[3]
3
He
phổ biến hơn trong các ngôi sao
ở dạng sản phẩm của phản ứng tổng hợp hạt nhân. Do đó trong môi trường liên
sao, tỉ lệ 3
He
so với 4
He
cao khoảng 100 lần so với trên Trái Đất.
[5]

Các vật liệu
ngoài hành tinh như tầng phong hóa của mặt trăng và tiểu hành tinh có heli-3 ở
dạng vết, chúng được hình thành từ sự bắn phá của gió Mặt Trời. Bề mặt Mặt
Trăng chứa heli-3 với nồng độ 0.01 ppm.
[6][7]
Một số người, đầu tiên là Gerald
Kulcinski năm 1986,
[8]
đã đề xuất thám hiểm mặt trăng, khai thác lớp phong hóa
mặt trăng và sử dụng heli-3 trong phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Heli-4 hóa lỏng có thể được làm lạnh ở khoảng 1 kelvin bằng làm lạnh bay hơi
torng 1-K pot. Cách làm lạnh tương tự cũng áp dụng cho heli-3, đồng vị này có
điểm sôi thấp hơn nên có thể lạnh ở 0,2 kelvin trong helium-3 refrigerator. Hỗn
hợp cân bằng của 3
He
và 4
He
lỏng dưới 0,8 K tách thành hai pha không trộn lẫn do
sự khác biệt của chúng (chúng tuên theo các thống kê lượng tử khác nhau: các
nguyên tử heli-4 tuên theo boson trong khi heli-3 tuân theo fermion).
[9]
Dilution
refrigerators use this immiscibility to achieve temperatures of a few millikelvins.
Nó có thể tạo ra các đồng vị heli ngoại lai, mà chúng có thể phân rã nhanh chóng
thành các chất khác. Đồng vị heli nặng tồn tại ngắn nhất là heli-5 có chu kỳ bán rã
7,6×10
–22
giây. Heli-6 phân rã bằng cách phát ra hạt beta và có chu kỳ bán rã
0,8 giây. Heli-7 cũng phát ra hạt beta cũng như tia gamma. Heli- và heli-8 được
tạo ra trong các phản ứng hạt nhân nhất định.

[9]
Heli-6 và heli-8 thể hiện là một
nuclear halo. Heli-2 (2 proton, không có neutron) là một đồng vị phóng xạ phân rã
bằng phát xạ proton thành proti (hydro), có chu kỳ bán rã 3×10
–27
giây.
[9]

Ứng dụng
Heli được dùng để đẩy các bóng thám không và khí cầu nhỏ do tỷ trọng riêng nhỏ
hơn tỷ trọng của không khí và như chất lỏng làm lạnh cho nam châm siêu dẫn.
Đồng vị Heli-3 có nhiều trong gió mặt trời nhưng mà phần lớn chúng bị từ trường
của trái đất đẩy ra. Người ta đang nghiên cứu khai thác Heli-3 trên mặt trăng để sử
dụng như một nguồn năng lượng rất tiềm năng.
[10]

Tham khảo
1. ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford
University Press. 175–179. ISBN 0-19-850341-5.
2. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên
bigbang
3. ^
a

b
Anderson, Don L.; Foulger, G. R.; Meibom, A. (2 tháng 9 năm 2006).
“Helium Fundamentals”. MantlePlumes.org. Truy cập 20 tháng 7 năm
2008.
4. ^ Novick, Aaron (1947). “Half-Life of Tritium”. Physical Review 72: 972–
972. doi:10.1103/PhysRev.72.972.2.

5. ^ Zastenker G. N. et al. (2002). “Isotopic Composition and Abundance of
Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements”. Astrophysics
45 (2): 131–142. doi:10.1023/A:1016057812964.
/>/00378626. Truy cập 20 tháng 7 năm 2008.
6. ^ “Lunar Mining of Helium-3”. Fusion Technology Institute of the
University of Wisconsin-Madison (19 tháng 10 năm 2007). Truy cập 9
tháng 7 năm 2008.
7. ^ Slyuta, E. N.; Abdrakhimov, A. M.; Galimov, E. M. (2007). “The
estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith” (PDF). Lunar
and Planetary Science XXXVIII. Truy cập 20 tháng 7 năm 2008.
8. ^ Hedman, Eric R., “A fascinating hour with Gerald Kulcinski”, The Space
Review, 16 tháng 1 năm 2006. Truy cập 20 tháng 7 năm 2008.
9. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên
enc
10. ^ [1]