L’hélium ⁚ définition et histoire
L’hélium est un élément chimique noble, symbolisé par le lettre He, découvert en 1868 par le français Pierre Janssen et le britannique Norman Lockyer․
Ce gaz noble, membre du groupe 18, fut nommé d’après le grec helios, signifiant soleil, en raison de sa découverte lors d’une éclipse solaire․
Les travaux de Sir William Ramsay et de Morris Travers ont permis d’isoler l’hélium sur Terre en 1895, ouvrant la voie à une nouvelle ère de recherche sur cet élément․
La découverte de l’hélium
La découverte de l’hélium remonte à 1868, lors d’une éclipse solaire totale observable depuis l’Inde․
C’est pendant cette éclipse que les astronomes français Pierre Janssen et britannique Norman Lockyer ont observé pour la première fois la présence d’un élément inconnu dans le spectre solaire․
Ils ont identifié ce nouvel élément en détectant une raie jaune brillante dans le spectre solaire, qui ne correspondait à aucun élément connu à l’époque․
Cette découverte a ouvert la voie à de nouvelles recherches sur les éléments chimiques et a permis d’enrichir notre compréhension de l’univers․
Propriétés chimiques et physiques
L’hélium est un gaz noble inerte, monoatomique, aux propriétés chimiques et physiques remarquables, notamment sa très faible masse volumique et son point d’ébullition très bas․
Éléments chimiques et groupe 18
L’hélium appartient au groupe 18 des éléments chimiques, également appelé groupe des gaz nobles, qui comprend également le néon, l’argon, le krypton, le xénon et le radon;
Ces éléments chimiques partagent des propriétés communes, telles que leur inertie chimique, leur faible réactivité et leur tendance à former des liaisons covalentes․
Le groupe 18 est caractérisé par une configuration électronique stable, avec un octet complet dans leur couche de valence, ce qui explique leur faible réactivité․
L’hélium, en tant que membre de ce groupe, présente des propriétés chimiques spécifiques qui en font un élément unique et utile dans divers domaines․
Configuration électronique et énergie d’ionisation
La configuration électronique de l’hélium est 1s², ce qui signifie que son niveau d’énergie le plus bas est complètement rempli par deux électrons․
Cette configuration électronique stable explique la faible réactivité de l’hélium et sa tendance à ne pas former de liaisons covalentes․
L’énergie d’ionisation de l’hélium est élevée, atteignant 24,59 eV, ce qui signifie que l’hélium nécessite une grande quantité d’énergie pour perdre un électron et former un cation․
Cette propriété rend l’hélium très difficile à ioniser et contribue à sa stabilité chimique;
Spectra d’émission
Les spectra d’émission de l’hélium sont caractérisés par des raies spectrales intenses dans le domaine visible et ultraviolet․
Ces raies correspondent aux transitions électroniques entre les niveaux d’énergie excités et le niveau fondamental de l’atome d’hélium․
Les longueurs d’onde des raies d’émission de l’hélium varient de 388,9 nm (violet) à 706,5 nm (rouge), ce qui permet de détecter facilement la présence de l’hélium dans un échantillon․
Les spectra d’émission de l’hélium sont utilisés dans divers domaines, tels que la spectroscopie d’émission, l’analyse chimique et la physique des plasmas․
Structure atomique
L’atome d’hélium est composé de deux protons, deux neutrons et deux électrons, avec une masse atomique de 4٫0026 u et un rayon atomique de 31 pm․
La configuration électronique de l’hélium est 1s², avec deux électrons sur la première orbite s․
Atomes d’hélium
L’atome d’hélium est le plus léger des éléments nobles, avec une masse atomique de 4,0026 u et un rayon atomique de 31 pm․
La configuration électronique de l’hélium est 1s², avec deux électrons sur la première orbite s, ce qui explique sa stabilité et son inertie chimique․
Les atomes d’hélium sont caractérisés par une faible énergie d’ionisation, ce qui signifie qu’il est difficile de retirer un électron à un atome d’hélium․
Cette propriété fait de l’hélium un gaz noble très stable, résistant aux réactions chimiques et aux interactions avec d’autres éléments․
Propriétés cryogéniques
L’hélium est un élément cryogénique présentant une température critique de -267,96°C et une pression critique de 2,29 bar, nécessitant des conditions spécifiques pour sa liquéfaction․
Liquéfaction de l’air et température critique
La liquéfaction de l’air est un processus complexe qui nécessite une baisse de température importante, atteignant les régions cryogéniques․
L’hélium, en tant que composant majeur de l’air liquéfié, joue un rôle clé dans ce processus, avec une température critique de -267,96°C․
Cette température critique est la température au-dessous de laquelle l’hélium devient liquide, même sous une pression infinie․
La compréhension de ce phénomène est essentielle pour la production et la manipulation de l’air liquéfié, utilisé dans de nombreuses applications industrielles et scientifiques․
Risques et précautions
Les risques liés à la manipulation de l’hélium sont principalement liés à sa faible température et à sa capacité à provoquer des brûlures cryogéniques․
Risques liés à la manipulation de l’hélium
Les risques liés à la manipulation de l’hélium sont principalement liés à sa faible température et à sa capacité à provoquer des brûlures cryogéniques․
Il est donc essentiel de prendre des précautions lors de la manipulation de réservoirs de stockage cryogénique ou de ballons d’hélium, tels que porter des gants et des lunettes de protection․
De plus, il est important de veiller à ce que les installations de stockage et de manipulation soient conçues et entretenues de manière appropriée pour éviter tout risque d’accident․
Enfin, il est recommandé de suivre les consignes de sécurité et les protocoles établis pour la manipulation de l’hélium pour minimiser les risques associés à cet élément․
Utilisations de l’hélium
L’hélium est utilisé dans de nombreux domaines, notamment pour les ballons d’hélium, les réservoirs de stockage cryogénique, les applications cryogéniques et les réactions chimiques․
Ballons d’hélium et réservoirs de stockage cryogénique
L’un des usages les plus courants de l’hélium est la fabrication de ballons d’hélium, qui sont remplis de ce gaz léger pour leur donner une propriété de flottabilité․
Ces ballons sont très populaires lors des fêtes et des célébrations, où ils ajoutent une touche festive à l’atmosphère․
D’un autre côté, les réservoirs de stockage cryogénique permettent de conserver l’hélium à très basse température, ce qui est essentiel pour les applications scientifiques et industrielles․
Ces réservoirs sont conçus pour maintenir une température inférieure à -269°C, garantissant ainsi la stabilité et la sécurité du stockage de l’hélium․
Autres utilisations
L’hélium est également utilisé dans divers domaines, tels que la médecine, la physique, la chimie et l’aérospatiale․
Dans le domaine médical, l’hélium est utilisé comme gaz de ventilation dans les appareils d’anesthésie et comme agent de refroidissement pour les scanners IRM․
En physique, l’hélium est employé pour cryogéniser les matériaux supraconducteurs, tandis que dans la chimie, il est utilisé comme gaz porteuse pour les analyses chromatographiques․
Enfin, dans l’aérospatiale, l’hélium est utilisé pour pressuriser les réservoirs de carburant des fusées et des satellites․