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Hélium (symbole chimique Il, numéro atomique 2) est une composante mineure de l'atmosphère terrestre, mais c'est le deuxième élément le plus abondant dans l'univers et le deuxième plus léger de tous les éléments connus. C’est un gaz incolore, inodore, insipide, non toxique et presque inerte à la tête de la série des gaz rares du tableau périodique. Ses points d'ébullition et de fusion sont les plus bas parmi les éléments et des conditions extrêmes sont nécessaires pour le convertir en formes liquide et solide. Des conditions extrêmes sont également nécessaires pour créer la petite poignée de composés d’hélium, qui sont tous instables aux températures et pressions ordinaires.

Dans l'univers actuel, presque tout le nouvel hélium est créé à la suite de la fusion nucléaire de l'hydrogène dans les étoiles. Sur Terre, il est produit par la désintégration radioactive d'éléments beaucoup plus lourds. Après sa création, une partie est piégée avec du gaz naturel, à des concentrations atteignant 7% en volume.

Il est généralement connu que l'hélium est utilisé pour soulever des ballons et des dirigeables. En outre, il est utilisé en tant que composant dans les systèmes de respiration en haute mer, en tant que liquide de refroidissement pour les aimants supraconducteurs et en tant que gaz protecteur pour de nombreux processus industriels tels que le soudage à l'arc et la croissance de plaquettes de silicium. Les chercheurs utilisent l'hélium pour étudier des matériaux à très basse température, dans un domaine appelé la cryogénieet dans la datation à l’hélium de roches et de minéraux radioactifs. L'inhalation d'un petit volume de gaz modifie temporairement la qualité tonale et la hauteur de la voix. Cependant, cela peut être dangereux s'il est fait en excès.

Abondance dans la nature

L'hélium est le deuxième élément le plus abondant dans l'univers connu, après l'hydrogène, constituant 23% de la masse élémentaire de l'univers. Il est concentré dans les étoiles où il est formé de deux ensembles de réactions de fusion nucléaire: l’un impliquant la «réaction proton-proton en chaîne» et l’autre le «cycle carbone-azote-oxygène». Selon le modèle du début du développement de l'univers par le Big Bang, la grande majorité de l'hélium s'est formée entre une et trois minutes après le Big Bang, à un stade connu sous le nom de La nucléosynthèse Big Bang. Sur la base de cette théorie, l'abondance d'hélium sert de test aux modèles cosmologiques.

Dans l'atmosphère terrestre, la concentration en volume d'hélium n'est que de 5,2 parties par million, principalement parce que la plupart de l'hélium de l'atmosphère terrestre s'échappe dans l'espace en raison de son inertie et de sa faible masse. Dans l'hétérosphère terrestre (une partie de la haute atmosphère), l'hélium et d'autres gaz plus légers sont les éléments les plus abondants.

Presque tout l'hélium sur Terre est le résultat d'une désintégration radioactive. Le produit de désintégration se trouve dans des minéraux d'uranium et de thorium, notamment des cleveites, de la pechblende, de la carnotite, de la monazite et du béryl. Ces minéraux émettent des particules alpha, constituées de noyaux d’hélium (He2+), auxquels les électrons se fixent facilement. Ainsi, environ 3,4 litres d'hélium sont générés par an et par kilomètre cube de la croûte terrestre.

La concentration d'hélium dans la croûte terrestre est de 8 parties par milliard; dans l'eau de mer, ce n'est que 4 parties par billion. Il y a aussi de petites quantités dans les sources minérales, le gaz volcanique et le fer météorique. Les plus grandes concentrations d'hélium sur notre planète sont dans le gaz naturel, dont provient la plupart de l'hélium commercial.

Découvertes scientifiques

Pierre Janssen (1824-1907), astronome français, fut le premier à détecter la présence d'un élément auparavant inconnu (l'hélium) dans le Soleil.

Le 18 août 1868, lors d'une éclipse solaire totale à Guntur, en Inde, l'astronome français Pierre Janssen observa une ligne jaune vif d'une longueur d'onde de 587,49 nanomètres (nm) dans le spectre de la chromosphère du Soleil. Cette ligne était la première preuve que le Soleil contenait un élément auparavant inconnu, mais Janssen a été ridiculisé car aucun élément n'avait été détecté dans un corps céleste avant d'être retrouvé sur Terre. Le 20 octobre de la même année, l'astronome anglais Norman Lockyer a observé une ligne jaune de la même longueur d'onde dans le spectre solaire. Il l'a nommé le D3 ligne (ligne Fraunhofer), car elle se trouvait à proximité de la1 et D2 lignes de sodium. Il a conclu que cela était dû à un élément du Soleil inconnu sur Terre. Avec le chimiste anglais Edward Frankland, il a nommé l'élément avec le mot grec pour le soleil, λιος (helios).

Le 26 mars 1895, le chimiste britannique William Ramsay isola de l'hélium sur Terre en traitant la cleveite minérale avec des acides minéraux. Ramsay cherchait de l'argon, mais après avoir séparé l'azote et l'oxygène du gaz libéré par l'acide sulfurique, il remarqua une ligne jaune vif qui correspondait au D3 Ligne observée dans le spectre du Soleil… Ces échantillons ont été identifiés comme étant de l'hélium par Lockyer et le physicien britannique William Crookes. La même année, les chimistes Per Teodor Cleve et Abraham Langlet à Uppsala, en Suède, isolent indépendamment l'hélium de la cleveite. Ils ont collecté suffisamment de gaz pour déterminer avec précision son poids atomique.1

En 1907, Ernest Rutherford et Thomas Royds ont démontré qu'une particule alpha (émise par des matières radioactives) est un noyau d'hélium. En 1908, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes fut le premier à liquéfier de l'hélium en refroidissant le gaz à moins de 1 Kelvin (K). Il a essayé de le solidifier en réduisant davantage la température, mais il a échoué parce que l'hélium n'a pas de température "à trois points" où les phases solide, liquide et gazeuse sont en équilibre les unes avec les autres. Son élève, Willem Hendrik Keesom, fut le premier à solidifier l'hélium en 1926 en le soumettant à une pression de 25 atmosphères.

En 1938, le physicien russe Pyotr Leonidovich Kapitsa découvrit que l'hélium-4 n'avait presque aucune viscosité à des températures proches du zéro absolu, un phénomène appelé à présent la superfluidité. En 1972, les physiciens américains Douglas D. Osheroff, David M. Lee et Robert C. Richardson observaient le même phénomène avec l'hélium-3.

Caractéristiques notables

Phases gaz et plasma

Dans le tableau périodique, l'hélium est en tête de la série des gaz rares du groupe 18 (ancien groupe 8A) et il est placé en période 1 avec l'hydrogène. Contrairement à l'hydrogène, l'hélium est extrêmement inerte et constitue l'élément le moins réactif des gaz rares. En conséquence, il est monatomique (constitué d'atomes uniques de He) dans pratiquement toutes les conditions.

Les points d'ébullition et de fusion de l'hélium sont les plus bas parmi les éléments. Pour cette raison, l'hélium existe sous forme de gaz, sauf dans des conditions extrêmes. L'hélium gazeux est incolore, inodore, sans goût et non toxique. Il est moins soluble dans l'eau que tout autre gaz connu et son taux de diffusion à travers les solides est trois fois supérieur à celui de l'air et à environ 65% de celui de l'hydrogène. L'indice de réfraction de l'hélium (rapport de la vitesse de la lumière dans l'hélium à celle dans le vide) est plus proche de l'unité que tout autre gaz.

La conductivité thermique de l'hélium (capacité à conduire la chaleur) est supérieure à celle de tout gaz à l'exception de l'hydrogène, et sa chaleur spécifique (quantité d'énergie nécessaire pour augmenter la température de 1 kilogramme d'hélium de 1 K) est inhabituellement élevée. Aux températures normales, l'hélium chauffe lorsqu'il est autorisé à se dilater librement; mais au-dessous de 40 K (Kelvin) environ, il se refroidit au cours de l’expansion libre. Une fois refroidi en dessous de cette température, l'hélium peut être liquéfié par refroidissement par expansion.

L'hélium est un isolant électrique sauf s'il est ionisé. Comme pour les autres gaz rares, il possède des niveaux d'énergie métastables qui lui permettent de rester ionisé dans une décharge électrique lorsque la tension est maintenue en dessous de son potentiel d'ionisation (c'est-à-dire en dessous de l'énergie nécessaire pour éliminer l'atome He d'un électron).

L'hélium est chimiquement non réactif dans toutes les conditions normales. Des conditions extrêmes sont nécessaires pour créer la petite poignée de composés d’hélium, qui sont tous instables à la température et à la pression standard (0 ° C et une pression de 100 kilopascals).

Par exemple, l'hélium peut former des composés instables avec le tungstène, l'iode, le fluor, le soufre et le phosphore lorsqu'il est soumis à une décharge luminescente électrique, par bombardement électronique, ou est autrement un plasma. HeNe, HgHe10, Quand2et les ions moléculaires He2+, Il2++, Il h+et HeD+ ont été créés de cette manière. Cette technique a également permis la production des molécules neutres He2 et HgHe.

Dans tout l'univers, l'hélium se trouve principalement dans un état plasmatique dont les propriétés sont assez différentes de celles de l'hélium moléculaire. En tant que plasma, les électrons et les protons de l'hélium ne sont pas liés, ce qui entraîne une conductivité électrique très élevée, même lorsque le gaz n'est que partiellement ionisé. Les particules chargées sont fortement influencées par les champs magnétiques et électriques. Par exemple, dans le vent solaire avec l'hydrogène ionisé, ils interagissent avec la magnétosphère de la Terre, ce qui engendre le phénomène des aurores ("aurores boréales").

Phases solides et liquides

Contrairement à tout autre élément, l'hélium ne parvient pas à se solidifier et reste liquide jusqu'à un zéro absolu (0 K) à des pressions normales. L'hélium solide nécessite une température de 1-1,5 K (environ -272 ° C ou -457 ° F) et environ 26 atmosphères standard (2,6 MPa) de pression. Il est souvent difficile de distinguer l'hélium solide de l'hélium liquide car les deux phases ont presque le même indice de réfraction. La forme solide est incolore et presque invisible; il a une structure cristalline avec un point de fusion aigu; et il est hautement compressible, environ 50 fois plus que l’eau.

L'hélium 4 (l'isotope le plus commun de l'hélium) a deux états liquides différents, l'hélium I et l'hélium II, en fonction de la température. Le comportement de ces deux états est important pour les chercheurs qui étudient la mécanique quantique (en particulier le phénomène de la superfluidité) et ceux qui étudient la supraconductivité et d'autres propriétés de la matière à des températures proches de 0 K.

Hélium je déclare

Au-dessous de son point d’ébullition de 4,21 K et au-dessus d’une température de 2,1768 K (appelée «point lambda» pour l’hélium), l’isotope hélium-4 existe dans un état liquide normal et incolore, appelé hélium I. Comme d'autres liquides cryogéniques, l'hélium I bout lorsque de la chaleur y est ajoutée. Il se contracte également lorsque sa température baisse jusqu'à atteindre le point lambda, lorsqu'il cesse de bouillir et qu'il se dilate soudainement. Le taux d'expansion diminue en dessous du point lambda jusqu'à environ 1 K; à ce stade, l'expansion cesse complètement et l'hélium I recommence à se contracter.

L'hélium I a un indice de réfraction semblable à un gaz de 1,026, ce qui rend sa surface si difficile à comprendre que des flotteurs de polystyrène sont souvent utilisés pour indiquer où se trouve la surface. Ce liquide incolore a une très faible viscosité et une densité d'un huitième de celle de l'eau, ce qui ne représente qu'un quart de la valeur attendue de la physique classique. La mécanique quantique est nécessaire pour expliquer cette propriété. Pour cette raison, les deux types d’hélium liquide sont appelés fluides quantiques, ce qui signifie qu'ils affichent les propriétés atomiques à l'échelle macroscopique.

État d'Hélium II

Au-dessous de la pointe lambda, l'hélium liquide commence à présenter des caractéristiques très inhabituelles, dans un état appelé hélium II. L'hélium II ne peut pas être bouilli car il possède une conductivité thermique élevée (capacité élevée de conduire de la chaleur). Au lieu de cela, lorsque ce liquide est chauffé, il s’évapore directement pour former un gaz.

Helium II "rampe" le long des surfaces afin de trouver son propre niveau - après un court instant, les niveaux dans les deux conteneurs s'égalisent. Le film Rollin recouvre également l'intérieur du conteneur le plus grand; si elle n'était pas scellée, l'hélium II sortirait et s'échapperait.

Helium II est un superfluide, un état de la matière quantique aux propriétés étranges. Par exemple, quand il coule à travers même des capillaires de 10-7 à 10-8 m largeur, il n'a pas de viscosité mesurable. Cependant, lorsque les mesures ont été effectuées entre deux disques en mouvement, une viscosité comparable à celle de l'hélium gazeux a été observée.

Helium II présente également un effet "rampant". Lorsqu'une surface dépasse le niveau d'hélium II, l'hélium II se déplace le long de la surface, apparemment à l'encontre de la gravité. Helium II s'échappera d'un navire qui n'est pas scellé en rampant sur les côtés jusqu'à atteindre une région plus chaude, où il s'évaporera. Il se déplace dans un film de 30 nm d'épaisseur, quel que soit le matériau de surface. Ce film s’appelle "film Rollin", du nom de B. V. Rollin, qui a caractérisé ce trait pour la première fois. En raison de ce comportement rampant et de la capacité de l'hélium II à fuir rapidement à travers de minuscules ouvertures, il est très difficile de confiner l'hélium liquide. À moins que le conteneur ne soit soigneusement construit, l'hélium II se faufilera sur les surfaces et à travers les vannes jusqu'à atteindre un endroit plus chaud, puis s'évaporera.

dans le effet de fontaine, on construit une chambre qui est reliée à un réservoir d'hélium II par un disque fritté à travers lequel de l'hélium superfluide fuit facilement mais à travers lequel de l'hélium non superfluide ne peut pas passer. Si l'intérieur du conteneur est chauffé, l'hélium superfluide se change en hélium non superfluide. De l'hélium superfluide s'écoule et augmente la pression, provoquant la fonte de liquide hors du récipient.

La conductivité thermique de l'hélium II est supérieure à celle de toute autre substance connue, elle est un million de fois supérieure à celle de l'hélium I et plusieurs centaines de celle du cuivre. En effet, la conduction thermique se fait par un mécanisme mécanique quantique exceptionnel. Lorsque la chaleur est introduite, elle se déplace dans l'hélium II sous forme d'ondes, à 20 mètres par seconde à 1,8 K, selon un phénomène appelé deuxième son.

L'isotope hélium-3 a également une phase superfluide, mais seulement à des températures beaucoup plus basses. Par conséquent, on en sait moins sur ces propriétés de l'hélium-3.

Les isotopes

Bien qu'il existe huit isotopes connus de l'hélium, seuls l'hélium-3 et l'hélium-4 sont stables. Le noyau de l'hélium-3 contient deux protons et un neutron, tandis que celui de l'hélium-4 contient deux protons et deux neutrons.

Dans l'atmosphère terrestre, il y a un atome de He-3 pour chaque million de He-4. L'hélium, cependant, est inhabituel en ce que son abondance isotopique varie considérablement en fonction de son origine. Dans le milieu interstellaire, la proportion de He-3 est environ cent fois plus élevée. Les rapports isotopiques des roches de la croûte terrestre peuvent être multipliés par 10; ceci est utilisé en géologie pour étudier l'origine de telles roches.

L’isotope le plus courant, l’hélium 4, est produit sur Terre par la désintégration alpha d’éléments radioactifs plus lourds; les particules alpha qui en émergent sont des noyaux entièrement ionisés d’hélium-4. Le noyau d'hélium 4, composé de deux protons et de deux neutrons, est exceptionnellement stable. Il s'est formé en quantités énormes pendant la nucléosynthèse du Big Bang (noté ci-dessus).

Des mélanges égaux d'hélium-3 liquide et d'hélium-4 de moins de 0,8 K se sépareront en deux phases non miscibles (deux phases ne se mélangeant pas) en raison de leur dissemblance (en termes de statistiques quantiques). Les réfrigérateurs à dilution profitent de l'immiscibilité de ces deux isotopes pour atteindre des températures de quelques millikelvines.

Il n’ya que des traces d’hélium-3 sur Terre, principalement présentes depuis la formation de la Terre, bien que certaines tombent sur Terre piégées dans de la poussière cosmique. Des quantités infimes sont également produites par la désintégration bêta du tritium. Dans les étoiles, cependant, l'hélium-3 est plus abondant, en tant que produit de la fusion nucléaire. Les matériaux extra-planétaires, tels que les régolithes lunaire et astéroïde (matériau meuble recouvrant une roche solide), ont des traces d'hélium-3 provenant du bombardement du vent solaire.

Les différents processus de formation des deux isotopes stables de l'hélium produisent des abondances d'isotopes différentes. Ces différentes abondances d'isotopes peuvent être utilisées pour étudier l'origine des roches et la composition du manteau terrestre.

Il est possible de produire des isotopes d’hélium exotiques qui se décomposent rapidement en d’autres substances. L’isotope dont la durée de vie est la plus courte est l’hélium-5, avec une demi-vie de 7,6 × 10−22 seconde. L'hélium 6 se désintègre en émettant une particule bêta et a une demi-vie de 0,8 seconde. Helium-7 émet également une particule bêta, ainsi que des rayons gamma. L'hélium 7 et l'hélium 8 sont des "hyperfragments" créés dans certaines réactions nucléaires.

Production et usages historiques

Après une opération de forage pétrolier en 1903 à Dexter, au Kansas, produisant un geyser gazeux qui ne voulait pas brûler, le géologue d'État du Kansas, Erasmus Haworth, recueillit des échantillons du gaz en échappement et les ramena à l'université du Kansas, à Lawrence. Là, avec l'aide des chimistes Hamilton Cady et David McFarland, il découvrit que le gaz contenait, en volume, 72% d'azote, 15% de méthane (insuffisant pour le rendre combustible), 1% d'hydrogène et 12% d'un gaz non identifiable. .2 Après une analyse plus approfondie, Cady et McFarland ont découvert que 1,84% de l'échantillon de gaz était constitué d'hélium.3 Loin d'être un élément rare, l'hélium était présent en grande quantité sous les grandes plaines américaines, pouvant être extrait du gaz naturel.

Cela a placé les États-Unis dans une excellente position pour devenir le premier fournisseur mondial d'hélium. Suivant une suggestion de Sir Richard Threlfall, la marine américaine a parrainé trois petites installations expérimentales de production d’hélium pendant la Première Guerre mondiale. L’objectif était de fournir des ballons de barrage avec le gaz de levage ininflammable. Le programme produisait au total 200 000 pieds cubes (5 700 m³) d'hélium à 92%, même si seulement quelques pieds cubes (moins de 100 litres) avaient été obtenus auparavant. Une partie de ce gaz était utilisée dans le premier dirigeable au monde rempli d'hélium, le C-7 de la marine américaine, qui effectuait son voyage inaugural de Hampton Roads, en Virginie, à Bolling Field, à Washington, le 7 décembre 1921.

Bien que le procédé d'extraction, utilisant la liquéfaction de gaz à basse température, n'ait pas été développé à temps pour devenir significatif pendant la Première Guerre mondiale, la production s'est poursuivie. L'hélium était principalement utilisé comme gaz de levage dans les bateaux plus légers que l'air. Cette utilisation a augmenté la demande pendant la Seconde Guerre mondiale, ainsi que les demandes de soudage à l'arc sous protection. L'hélium était également essentiel dans le projet Manhattan qui a produit la bombe atomique.

En 1925, le gouvernement américain a créé la réserve nationale d’hélium à Amarillo, au Texas, dans le but de fournir des dirigeables militaires en temps de guerre et des dirigeables commerciaux en temps de paix. L’utilisation de l’hélium après la Seconde Guerre mondiale a été réduite, mais la réserve a été élargie dans les années 50 pour assurer un approvisionnement en hélium liquide en tant que réfrigérant lors de la création de carburant oxygène / hydrogène pour fusée (entre autres utilisations) pendant la course à l’espace et la guerre froide. Aux États-Unis, l'utilisation de l'hélium en 1965 était plus de huit fois supérieure au pic de consommation en temps de guerre.

Après les "amendements à l’hélium de 1960" (loi publique 86-777), le Bureau des mines des États-Unis a pris des dispositions pour que cinq usines privées récupèrent de l’hélium à partir de gaz naturel. Pour ça conservation de l'hélium programme, le Bureau a construit un pipeline de 425 km au départ de Bushton (Kansas) pour relier ces usines au champ gazier partiellement épuisé du gouvernement situé à Cliffside, près d’Amarillo (Texas). Ce mélange d’hélium et d’azote a été injecté et stocké dans le champ gazier de Cliffside jusqu’à ce qu’il soit nécessaire de le purifier.

En 1995, un milliard de mètres cubes de gaz avaient été collectés et la réserve avait une dette de 1,4 milliard de dollars US, ce qui a incité le Congrès des États-Unis à supprimer progressivement la réserve en 1996.4 La "Loi de 1996 sur la privatisation de l’hélium" (Loi publique n ° 104-273) qui en a résulté a enjoint au Département de l’intérieur des États-Unis de liquider la réserve d’ici à 2005.

L'hélium produit avant 1945 était pur à environ 98% (2% d'azote), ce qui était suffisant pour les dirigeables. En 1945, une petite quantité d'hélium à 99,9% était produite à des fins de soudage. En 1949, des quantités commerciales d'hélium de catégorie A à 99,995% étaient disponibles.

Pendant de nombreuses années, les États-Unis ont produit plus de 90% de l'hélium commercialement utilisable dans le monde. En 2004, plus de 140 millions de mètres cubes d’hélium étaient produits chaque année, dont 85% aux États-Unis, 10% en Algérie et le reste en Russie et en Pologne. Les principales sources dans le monde sont les puits de gaz naturel dans les États américains du Texas, de l’Oklahoma et du Kansas.

Étant donné que l'hélium a un point d'ébullition plus bas que tout autre élément, il peut être extrait du gaz naturel en liquéfiant presque tous les autres éléments du mélange, à basse température et à haute pression. Le gaz d'hélium brut résultant est purifié par expositions successives à de basses températures, grâce auxquelles presque tout l'azote et les autres gaz restants sont précipités hors du mélange. Le charbon actif est utilisé comme dernière étape de purification et donne généralement 99,995% d’hélium pur. La principale impureté dans cet hélium est le néon.

Applications actuelles

En raison de sa faible densité, l'hélium est le gaz de choix pour remplir des dirigeables tels que ce dirigeable USGS.

L'hélium est utilisé à de nombreuses fins qui tirent parti de ses propriétés uniques, telles que son faible point d'ébullition, sa faible densité, sa faible solubilité, sa haute conductivité thermique et son inertie. Un certain nombre de ces utilisations sont énumérées ci-dessous.

  • Comme l'hélium est plus léger que l'air, les dirigeables et les ballons sont gonflés à l'hélium pour faciliter le soulèvement. Dans les dirigeables, l'hélium est préféré à l'hydrogène car il n'est pas inflammable et possède 92,64% du pouvoir de levage de l'hydrogène.
  • Compte tenu de son inertie et de sa faible solubilité dans l’eau, l’hélium fait partie des mélanges d’air utilisés dans les systèmes respiratoires en haute mer afin de réduire le risque de narcose à l’azote, de maladie de décompression et de toxicité de l’oxygène à haute pression. Pour ces systèmes respiratoires, l'hélium peut être mélangé avec (a) de l'oxygène et de l'azote ("Trimix"), (b) de l'oxygène seul ("Heliox") ou (c) de l'hydrogène et de l'oxygène ("Hydreliox").
  • Les points de fusion et d'ébullition extrêmement bas de l'hélium en font un produit idéal pour être utilisé comme agent de refroidissement dans l'imagerie par résonance magnétique, les aimants supraconducteurs et la cryogénie. L'hélium liquide est utilisé pour produire la supraconductivité dans certains métaux ordinaires (tels que le plomb), permettant ainsi la libre circulation des électrons dans le métal.
  • Parce que l'hélium est inerte, il est utilisé comme gaz protecteur dans la croissance des cristaux de silicium et de germanium, dans la production de titane et de zirconium, dans la chromatographie en phase gazeuse et dans la création d'une atmosphère appropriée à la protection des documents historiques. Son inertie le rend également utile dans les souffleries supersoniques.
  • En raison de son inertie et de sa haute conductivité thermique, l'hélium est utilisé comme agent de refroidissement dans certains réacteurs nucléaires (tels que les réacteurs à lit de galets) et dans le soudage à l'arc.
  • Dans les fusées, l'hélium est utilisé comme milieu de cuve pour déplacer le carburant et les oxydants dans les réservoirs de stockage et pour condenser de l'hydrogène et de l'oxygène afin de fabriquer du carburant pour fusées. Il est également utilisé pour purger le carburant et l'oxydant des équipements d'assistance au sol avant le lancement et pour pré-refroidir l'hydrogène liquide dans les véhicules spatiaux.
  • Parce qu'il diffuse dans les solides à une vitesse trois fois supérieure à celle de l'air, l'hélium est utile pour détecter les fuites dans les équipements sous vide poussé et les conteneurs sous haute pression.

Précautions

La voix d'une personne qui a inhalé de l'hélium a temporairement une sonorité aiguë ressemblant à celle des personnages de dessins animés Alvin et les Chipmunks (bien que leurs voix aient été produites en modifiant le ton des voix normales). En effet, la vitesse du son dans l'hélium est presque trois fois supérieure à celle dans l'air. Bien que cet effet puisse être amusant, il peut être dangereux s'il est fait en excès, car l'hélium déplace l'oxygène nécessaire à la respiration. Une perte de conscience, des lésions cérébrales et même une asphyxie suivie de la mort peuvent entraîner des cas extrêmes. En outre, l'hélium commercial typique peut contenir des contaminants malsains. Si de l'hélium est inhalé directement à partir de cylindres sous pression, le débit élevé peut rompre fatalement le tissu pulmonaire.

Bien que l'hélium neutre dans des conditions standard ne soit pas toxique, un mélange haute pression d'hélium et d'oxygène (Heliox) peut provoquer un syndrome nerveux à haute pression. Une petite proportion d'azote peut atténuer le problème.

Les récipients contenant de l’hélium à une température comprise entre 5 et 10 K doivent être traités comme s’ils renfermaient un liquide. Cela est dû aux fortes et rapides augmentations de pression et de volume qui se produisent lorsque l'hélium gazeux à cette température est réchauffé à la température ambiante.

Les références

Les références spécifiques sont indiquées par des commentaires dans la source de l'article

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  • Emsley, John. Les blocs de construction de la nature: un guide des éléments pour la ZZ. Oxford: Oxford University Press, 2001. Pages 175-179. ISBN 0-19-850340-7
  • Laboratoire national de Los Alamos (LANL.gov): Tableau périodique, "Hélium" (consulté le 10 octobre 2002; le 25 mars 2005 et le 31 mai 2006).
  • Guide des éléments: édition réviséepar Albert Stwertka (New York; Oxford University Press; 1998; pages 22-24) ISBN 0-19-512708-0
  • Les éléments: troisième éditionpar John Emsley (New York; Oxford University Press; 1998; pages 94-95) ISBN 0-19-855818-X
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Table
  • Nuclides et Isotopes Quatorzième Edition: Carte des Nuclides, General Electric Company, 1989
  • WebElements.com et EnvironmentalChemistry.com conformément aux instructions de Wikipédia de Wikipédia (consulté le 10 octobre 2002).

Remarques

  • Note 1: Emsley, Blocs de construction de la naturep. 177
  • Note 2: Emsley, Blocs de construction de la naturep. 179
  • Note 3: American Chemical Society (2004). Adresse URL de la découverte de l'hélium dans le gaz naturel consultée le 2006-05-19.
  • Note 4: Emsley, Blocs de construction de la naturep. 179

Liens externes

Tous les liens ont été récupérés le 14 décembre 2017.

  • WebElements: Hélium
  • C'est élémentaire - Hélium
  • Photos et applications de l'hélium
  • Hélium (à l'Université technique d'Helsinki; comprend des diagrammes de phase pression-température pour l'hélium 3 et l'hélium 4)

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