L’hélium est un gaz monoatomique incolore, inodore, insipide, non toxique, inerte, le premier du groupe des gaz nobles du tableau périodique. Son point d’ébullition est le plus bas de tous les éléments. L’hélium est utilisé à de nombreuses fins qui nécessitent certaines de ses propriétés uniques, telles que son bas point d’ébullition, sa faible densité, sa faible solubilité, sa conductivité thermique élevée ou son inertie. Pour une utilisation à grande échelle, l’hélium est extrait par distillation fractionnée du gaz naturel, qui peut contenir jusqu’à 7 % d’hélium. Une fois que l’hélium a été séparé du gaz naturel, il subit un raffinage supplémentaire pour l’amener à une pureté de plus de 99,99 % pour un usage commercial.
Protons et neutrons dans l’Hélium
L’hélium est un élément chimique de numéro atomique 2, ce qui signifie qu’il y a 2 protons dans son noyau. Le nombre total de protons dans le noyau est appelé le numéro atomique de l’atome et reçoit le symbole Z. La charge électrique totale du noyau est donc +Ze, où e (charge élémentaire) vaut 1 602 x 10-19 coulombs.
Le nombre total de neutrons dans le noyau d’un atome est appelé le nombre de neutrons de l’atome et reçoit le symbole N. Le nombre de neutrons plus le numéro atomique est égal au nombre de masse atomique: N+Z=A . La différence entre le nombre de neutrons et le numéro atomique est appelée excès de neutrons: D = N – Z = A – 2Z.
Pour les éléments stables, il existe généralement une variété d’isotopes stables. Les isotopes sont des nucléides qui ont le même numéro atomique et sont donc le même élément, mais diffèrent par le nombre de neutrons. Les nombres de masse des isotopes typiques de l’hélium sont 3; 4.
Isotopes communs de l’Hélium
L’hélium-3 est un isotope léger et stable de l’hélium avec deux protons et un neutron (l’isotope le plus courant, l’hélium-4, ayant deux protons et deux neutrons en contraste). Autre que le protium (hydrogène ordinaire), l’hélium-3 est le seul isotope stable de tout élément avec plus de protons que de neutrons. L’hélium-3 a été découvert en 1939. L’hélium-3 est un isotope important dans l’instrumentation pour la détection des neutrons. Il a une section efficace d’absorption élevée pour les neutrons thermiques.
L’hélium-4 est un isotope stable de l’élément hélium. C’est de loin le plus abondant des deux isotopes naturels de l’hélium, représentant environ 99,99986% de l’hélium sur Terre. Son noyau est identique à une particule alpha et se compose de deux protons et de deux neutrons. Les particules alpha sont relativement grosses et portent une double charge positive.
Isotopes instables typiques
| Isotope | Demi-vie | Mode de décomposition | Produit |
| 6He | 806,7(15) millisec | désintégration bêta | 6Li |
| 8He | 119,0(15) millisec | désintégration bêta | 8Li |
Électrons et configuration électronique
Le nombre d’électrons dans un atome électriquement neutre est le même que le nombre de protons dans le noyau. Par conséquent, le nombre d’électrons dans l’atome neutre d’ hélium est de 2. Chaque électron est influencé par les champs électriques produits par la charge nucléaire positive et les autres (Z – 1) électrons négatifs de l’atome.
Puisque le nombre d’électrons et leur disposition sont responsables du comportement chimique des atomes, le numéro atomique identifie les différents éléments chimiques. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.
La configuration électronique de l’ hélium est 1s2.
Les états d’oxydation possibles sont 0.
L’hélium est petit et extrêmement léger, et est le moins réactif de tous les éléments; il ne réagit avec aucun autre élément ou ion, il n’y a donc pas d’ hélium-portant des minéraux dans la nature. Des expériences de diffusion d’électrons à haute énergie montrent que sa charge diminue de façon exponentielle à partir d’un maximum en un point central, exactement comme le fait la densité de charge du propre nuage d’électrons de l’hélium. Cette symétrie reflète une physique sous-jacente similaire : la paire de neutrons et la paire de protons dans le noyau de l’hélium obéissent aux mêmes règles de mécanique quantique que la paire d’électrons de l’hélium (bien que les particules nucléaires soient soumises à un potentiel de liaison nucléaire différent), de sorte que toutes ces les fermions occupent entièrement les orbitales 1s par paires, aucun d’eux ne possédant de moment cinétique orbital, et chacun annulant le spin intrinsèque de l’autre. Cet arrangement est donc énergétiquement extrêmement stable pour toutes ces particules, et cette stabilité explique de nombreux faits cruciaux concernant l’hélium dans la nature.
Un proton est l’une des particules subatomiques qui composent la matière. Dans l’univers, les protons sont abondants, constituant environ la moitié de toute la matière visible. Il a une charge électrique positive (+1e) et une masse au repos égale à 1,67262 × 10−27 kg (938,272 MeV/c2) — légèrement plus léger que celui du neutron mais près de 1836 fois supérieur à celui de l’électron. Le proton a un rayon carré moyen d’environ 0,87 × 10−15 m, ou 0,87 fm, et c’est un spin – ½ fermion.
Les protons existent dans les noyaux des atomes typiques, avec leurs homologues neutres, les neutrons. Les neutrons et les protons, communément appelés nucléons, sont liés ensemble dans le noyau atomique, où ils représentent 99,9 % de la masse de l’atome. Les recherches en physique des particules de haute énergie au XXe siècle ont révélé que ni le neutron ni le proton ne sont le plus petit élément constitutif de la matière.
Le tableau périodique est un affichage tabulaire des éléments chimiques organisés en fonction de leurs numéros atomiques, de leurs configurations électroniques et de leurs propriétés chimiques. La configuration électronique est la distribution des électrons d’un atome ou d’une molécule (ou d’une autre structure physique) dans des orbitales atomiques ou moléculaires. La connaissance de la configuration électronique des différents atomes est utile pour comprendre la structure du tableau périodique des éléments.
Chaque solide, liquide, gaz et plasma est composé d’atomes neutres ou ionisés. Les propriétés chimiques de l’atome sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et la disposition des électrons. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.
C’est le principe d’exclusion de Pauli qui exige que les électrons d’un atome occupent différents niveaux d’énergie au lieu qu’ils se condensent tous dans l’état fondamental. L’ordre des électrons dans l’état fondamental des atomes multiélectrons commence par l’état d’énergie le plus bas (état fondamental) et se déplace progressivement de là vers le haut de l’échelle d’énergie jusqu’à ce que chacun des électrons de l’atome se soit vu attribuer un ensemble unique de nombres quantiques. Ce fait a des implications essentielles pour la construction du tableau périodique des éléments.
Les deux premières colonnes sur le côté gauche du tableau périodique sont celles où les sous-couches s sont occupées. Pour cette raison, les deux premières lignes du tableau périodique sont étiquetées le bloc s. De même, le bloc p sont les six colonnes les plus à droite du tableau périodique, le bloc d est les 10 colonnes du milieu du tableau périodique, tandis que le bloc f est la section de 14 colonnes qui est normalement représentée comme détachée du corps principal. du tableau périodique. Il pourrait faire partie du corps principal, mais alors le tableau périodique serait plutôt long et encombrant.
Pour les atomes avec de nombreux électrons, cette notation peut devenir longue et donc une notation abrégée est utilisée. La configuration électronique peut être visualisée comme les électrons de cœur, équivalents au gaz noble de la période précédente, et les électrons de valence (par exemple [Xe] 6s2 pour le baryum).
États d’oxydation
Les états d’oxydation sont généralement représentés par des nombres entiers qui peuvent être positifs, nuls ou négatifs. La plupart des éléments ont plus d’un état d’oxydation possible. Par exemple, le carbone a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4.
La définition actuelle de l’état d’oxydation du livre d’or IUPAC est:
« L’état d’oxydation d’un atome est la charge de cet atome après approximation ionique de ses liaisons hétéronucléaires… »
et le terme nombre d’oxydation est presque synonyme. Un élément qui n’est combiné à aucun autre élément différent a un état d’oxydation de 0. L’état d’oxydation 0 se produit pour tous les éléments – c’est simplement l’élément sous sa forme élémentaire. Un atome d’un élément dans un composé aura un état d’oxydation positif s’il a eu des électrons retirés. De même, l’ajout d’électrons entraîne un état d’oxydation négatif. Nous avons également distingué les états d’oxydation possibles et communs de chaque élément. Par exemple, le silicium a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4, mais seuls -4, 0 et +4 sont des états d’oxydation communs.
Résumé
| Élément | Hélium |
| Nombre de protons | 2 |
| Nombre de neutrons (isotopes typiques) | 3; 4 |
| Nombre d’électrons | 2 |
| Configuration électronique | 1s2 |
| États d’oxydation | 0 |
Source : www.luciteria.com
Autres propriétés de l’Hélium
