ヘリウム (Z=2): ビッグバンの痕跡と名優

宇宙論的な誕生

L'ヘリウム(記号 He、原子番号 2) は、周期表の 2 番目の化学元素です。それは主にビッグバン（原始元素合成）後の最初の数分間に形成され、二次的に星内で形成されます。不活性で軽いため、星の進化と極低温技術において中心的な役割を果たします。

重要なプロセスへのヘリウムの寄与

ヘリウムは、通常の生物学的条件下では化学的に不活性な希ガスです。重要な生化学プロセスには関与せず、生体分子にも結合しません。しかし、医療におけるその使用（例えば、ヘリウム酸素やヘリオックスなどの呼吸混合物）は、密度が低いため呼吸仕事量が減少するため、閉塞性疾患に苦しむ患者の呼吸を容易にすることができます。 欠乏による影響: ヘリウムは細胞の代謝や基本的な生物学的機能に必須の元素ではないため、影響はありません。

発見の歴史

1868年: 分光器の発見
日食中に、天文学者のピエール・ヤンセンとジョセフ・ノーマン・ロッキャーは、太陽のスペクトルの中に未知の黄色い線を検出し、これはギリシャ語の新元素であるヘリウムによるものであると考えました。ヘリオス（太陽）。

1895年: 地球上での孤立
ウィリアム・ラムゼー卿はクレバイト鉱石からヘリウムを分離します。このガス状元素が太陽で観察されるものと同一であることが確認されました。

原子構造

憲法：2 つの陽子、2 つの中性子 (安定同位体 ⁴He の場合)、および 2 つの電子。
同位体:

• ⁴He: 最も豊富に存在する安定同位体 (⁴99.9999% 天然)。
• 3He: 希少な安定同位体で、極低温や中性子の検出に使用されます。
• ⁵He など: 実験核物理学で観察される、寿命が非常に短い放射性同位体。

物理的性質

• 単原子気体、無色、無臭、非常に軽い。
• モル質量: ≈ 4.0026 g/mol
• 融点: ≈ 0.95 K (高圧時)
• 沸点：4.22K（−268.93℃）
• 密度: ~0.1786 g/L
• 化学的に不活性な 18 族希ガス。
• 超流動性は低温 (⁴He 2.17 K 以下) で観察されます。

化学反応性

• 希ガス: 化学反応性が非常に低い。
• 通常の状態では安定な化合物は知られていません。
• ファンデルワールス型錯体または HeH+ 分子イオンは、実験室や天体物理学で観察されています。

産業および技術用途

• 超電導磁石の冷却 (IRM、LHC、実験用核融合)。
• はんだ付けまたは半導体結晶の成長のための不活性雰囲気として。
• 宇宙飛行における極低温燃料タンクの加圧。
• ディープダイビング用の呼吸混合物（ヘリウム酸素、ヘリオックス）。
• リーク検出と透過性テスト (原子サイズが小さいため)。

宇宙論的および天体物理学的役割

• 原始ヘリウム: ビッグバン後のバリオン質量の約 24%。
• 星の核融合によって生成されます（陽子-陽子およびトリプルアルファサイクル）。
• 惑星状星雲や赤色巨星の外殻に存在します。
• イオン化したヘリウム (He⁺、He²⁺) は、星のスペクトルと大気の不透明度に影響を与えます。

根本的な身体的問題

• ⁴He (アルファ) 原子核は、核物理学で使用される高度に束縛された系です。
• ⁴液体 He は、巨視的な量子相 (超流動、量子乱流) を示します。
• 宇宙論においてビッグバンの標準モデルの妥当性をテストするためのトレーサーとして使用されます。
• 3彼は、中性子検出と低放射線核融合への応用について研究されています。