Unsur kimia helium

Helium (He), elemen kimia, gas inert dari Grup 18 (gas mulia) dari tabel periodik. Unsur teringan kedua (hanya hidrogen yang lebih ringan), helium adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan berasa yang menjadi cair pada -268,9 ° C (-452 ° F). Titik didih dan titik beku helium lebih rendah daripada zat apa pun yang diketahui. Helium adalah satu-satunya elemen yang tidak dapat dipadatkan dengan pendinginan yang cukup pada tekanan atmosfer normal; perlu untuk menerapkan tekanan 25 atmosfer pada suhu 1 K (−272 ° C, atau −458 ° F) untuk mengubahnya menjadi bentuk padat.

gas mulia

Unsur-unsur tersebut adalah helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), radon (Rn), dan oganesson (Og). Gas mulia adalah

Properti Elemen

nomor atom	2
berat atom	4.0026
titik lebur	tidak ada
titik didih	−268.9 ° C (−452 ° F)
kepadatan (1 atm, 0 ° C)	0,1785 gram / liter
keadaan oksidasi	0
konfigurasi elektron	1s 2

Sejarah

Helium ditemukan di atmosfer gas yang mengelilingi Matahari oleh astronom Prancis Pierre Janssen, yang mendeteksi garis kuning cerah dalam spektrum kromosfer matahari selama gerhana pada tahun 1868; garis ini awalnya dianggap mewakili unsur natrium. Pada tahun yang sama Inggris astronom Joseph Norman Lockyer mengamati garis kuning dalam spektrum matahari yang tidak bersesuaian dengan dikenal D ₁ dan D ₂ baris natrium, dan ia menamakannya D ₃ baris. Lockyer menyimpulkan bahwa D ₃ baris disebabkan oleh unsur dalam Matahari yang tidak dikenal di bumi; dia dan ahli kimia Edward Frankland menggunakan kata Yunani untuk matahari, hēlios, dalam penamaan elemen. Ahli kimia Inggris Sir William Ramsay menemukan keberadaan helium di Bumi pada tahun 1895. Ramsay memperoleh sampel cleveite mineral pembawa uranium, dan, setelah menyelidiki gas yang diproduksi dengan memanaskan sampel, ia menemukan bahwa garis kuning cerah yang unik di spektrum cocok bahwa D ₃ baris diamati pada spektrum Matahari; elemen baru helium dengan demikian diidentifikasi secara meyakinkan. Pada tahun 1903 Ramsay dan Frederick Soddy lebih lanjut menentukan bahwa helium adalah produk dari disintegrasi spontan zat radioaktif.

Kelimpahan dan isotop

Helium merupakan sekitar 23 persen dari massa alam semesta dan dengan demikian menempati urutan kedua dari hidrogen di kosmos. Helium terkonsentrasi di bintang-bintang, di mana ia disintesis dari hidrogen oleh fusi nuklir. Meskipun helium terjadi di atmosfer Bumi hanya sebesar 1 bagian dalam 200.000 (0,0005 persen) dan sejumlah kecil terjadi pada mineral radioaktif, besi meteorik, dan mata air mineral, helium dalam volume besar ditemukan sebagai komponen (hingga 7,6 persen) di gas alam di Amerika Serikat (terutama di Texas, New Mexico, Kansas, Oklahoma, Arizona, dan Utah). Persediaan yang lebih kecil telah ditemukan di Aljazair, Australia, Polandia, Qatar, dan Rusia. Udara biasa mengandung sekitar 5 bagian per juta helium, dan kerak bumi hanya sekitar 8 bagian per miliar.

Inti dari setiap atom helium mengandung dua proton, tetapi, seperti halnya semua elemen, ada isotop helium. Isotop helium yang diketahui mengandung dari satu hingga enam neutron, sehingga jumlah massanya berkisar dari tiga hingga delapan. Dari enam isotop ini, hanya yang memiliki bilangan massa tiga (helium-3, atau ³ He) dan empat (helium-4, atau ⁴ He) yang stabil; semua yang lain bersifat radioaktif, membusuk dengan sangat cepat menjadi zat lain. Helium yang ada di Bumi bukanlah komponen primordial tetapi telah dihasilkan oleh peluruhan radioaktif. Partikel alfa, dikeluarkan dari inti zat radioaktif yang lebih berat, adalah inti isotop helium-4. Helium tidak terakumulasi dalam jumlah besar di atmosfer karena gravitasi bumi tidak cukup untuk mencegahnya keluar secara bertahap ke ruang angkasa. Jejak isotop helium-3 di Bumi disebabkan oleh peluruhan beta negatif dari isotop hidrogen-3 (tritium) yang langka. Helium-4 sejauh ini adalah yang paling banyak dari isotop stabil: atom helium-4 lebih banyak dari pada helium-3 sekitar 700.000: 1 dalam helium atmosfer dan sekitar 7.000.000: 1 dalam mineral pembawa helium tertentu.

Properti

Helium-4 unik karena memiliki dua bentuk cair. Bentuk cair normal disebut helium I dan ada pada suhu dari titik didih 4,21 K (-268,9 ° C) turun menjadi sekitar 2,18 K (-271 ° C). Di bawah 2,18 K, konduktivitas termal helium-4 menjadi lebih dari 1.000 kali lebih besar dari tembaga. Bentuk cair ini disebut helium II untuk membedakannya dari helium cair normal I. Helium II menunjukkan sifat yang disebut superfluiditas: viskositasnya, atau ketahanannya terhadap aliran, sangat rendah sehingga belum diukur. Cairan ini menyebar dalam film tipis di atas permukaan zat apa pun yang disentuhnya, dan film ini mengalir tanpa gesekan bahkan melawan gaya gravitasi. Sebaliknya, helium-3 yang kurang melimpah membentuk tiga fase cair yang dapat dibedakan, di mana keduanya adalah superfluida. Superfluiditas dalam helium-4 ditemukan oleh fisikawan Rusia Pyotr Leonidovich Kapitsa pada pertengahan 1930-an, dan fenomena yang sama dalam helium-3 pertama kali diamati oleh Douglas D. Osheroff, David M. Lee, dan Robert C. Richardson dari Amerika. Menyatakan pada tahun 1972.

Campuran cair dari dua isotop helium-3 dan helium-4 terpisah pada suhu di bawah 0,8 K (-272,4 ° C, atau -458,2 ° F) menjadi dua lapisan. Satu lapisan praktis helium-3 murni; yang lain sebagian besar helium-4 tetapi mempertahankan sekitar 6 persen helium-3 bahkan pada suhu terendah yang dicapai. Pembubaran helium-3 dalam helium-4 disertai dengan efek pendinginan yang telah digunakan dalam konstruksi cryostats (perangkat untuk produksi suhu yang sangat rendah) yang dapat mencapai — dan mempertahankan selama berhari-hari — suhu serendah 0,01 K (−273,14 ° C, atau −459,65 ° F).