Ήλιο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Στη συνέχεια η ίδια κίτρινη γραμμή παρατηρήθηκε από τον [[Παλμιέρι]] (L. Palmieri) το [[1881]] στο φάσμα αερίων ηφαιστειακής προέλευσης από τον [[Βεζούβιος|Βεζούβιο]]. Στις 26 Μαρτίου [[1895]] ο Βρετανός χημικός [[Ουίλιαμ Ράμσεϊ|Σερ Ουίλιαμ Ράμσεϊ]] (Sir William Ramsay) απομόνωσε ήλιο στη Γη, επεξεργαζόμενος δείγμα του ορυκτού [[κλεβείτης|κλεβείτη]] (μια ποικιλία του [[ουρανινίτης|ουρανινίτη]], που περιέχει τουλάχιστον 10% [[σπάνιες γαίες]]). Ο Ράμσεϊ αναζητούσε [[αργό]], αλλά διαχωρίζοντας το [[οξυγόνο]] και το [[άζωτο]] από τα αέρια που απελευθέρωσε με [[θειικό οξύ]], παρατήρησε κίτρινη φασματική γραμμή που ταίριαζε με την D₃ που είχε παρατηρηθεί στο ηλιακό φάσμα και είχε αποδοθεί στο χημικό στοιχείο ήλιο<ref>Clifford A. Hampel (1968). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Van Nostrand Reinhold. pp. 256-268. ISBN 0-442-15598-0.</ref><ref>Ramsay, William (1895). "On a Gas Showing the Spectrum of Helium, the Reputed Cause of D3 , One of the Lines in the Coronal Spectrum. Preliminary Note". Proceedings of the Royal Society of London 58: 65–67. doi:10.1098/rspl.1895.0006.</ref><ref>Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I". Proceedings of the Royal Society of London 58: 80–89. doi:10.1098/rspl.1895.0010.</ref><ref> Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II--". Proceedings of the Royal Society of London 59: 325–330. doi:10.1098/rspl.1895.0097.</ref>. Τα δείγματα αυτά πιστοποιήθηκαν ότι ήταν ήλιο από τους Lockyer και William Crookes (Βρετανός φυσικός). Η ανεξάρτητη αυτή απομόνωση του χημικού στοιχείου έδωσε την ευκαιρία να προσδιορισθεί η [[ατομική μάζα]] του χημικού στοιχείου<ref>Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 175–179. ISBN 0-19-850341-5.</ref><ref>(German) Langlet, N. A. (1895). "Das Atomgewicht des Heliums" (in German). Zeitschrift für anorganische Chemie 10 (1): 289–292. doi:10.1002/zaac.18950100130.</ref><ref>Weaver, E.R. (1919). "Bibliography of Helium Literature". Industrial & Engineering Chemistry.</ref>. Το ήλιο επίσης απομονώθηκε από τον Αμερικανό [[Γεωχημεία|γεωχημικό]] [[ΓοτΐλλιαμΟυίλλιαμ Φράνσις Χίλλεμπραντ]] (William Francis Hillebrand) πριν από τον Ράμσεϊ, ο οποίος ανακάλυψε παράξενες φασματικές γραμμές σε δείγμα ορυκτού ουρανινίτη. Ο Hillebrand όμως απέδωσε αυτές τις φασματικές γραμμές στο άζωτο. Η συγχαρητήρια επιστολή του στον Ράμσεϊ προσφέρει μια ενδιαφέρουσα περίπτωση μιας σχεδόν ανακάλυψης που προηγήθηκε και μιας ανακάλυψης που ακολούθησε στην επιστήμη<ref>Munday, Pat (1999). John A. Garraty and Mark C. Carnes. ed. Biographical entry for W.F. Hillebrand (1853–1925), geochemist and US Bureau of Standards administrator in American National Biography. 10-11. Oxford University Press. pp. 808–9; pp. 227–8.</ref>. Η ουσιαστική διαφορά ήταν η επιπλέον διαδικασία διαχωρισμού από το [[άζωτο]] του Ράμσεϊ, που εμπόδισε τη λάθος ταύτιση της φασματικής γραμμής D₃.

[[Αρχείο:Helium atom QM.svg|thumb|left|'''Το άτομο του ηλίου''': Αποτελείται από έναν πυρήνα (ροζ) και ένα «ηλεκτρονιακό νέφος» διασποράς (μαύρο). Ο πυρήνας (πάνω αριστερά) είναι στο ⁴He είναι δυηνστην πραγματικότητα σφαιρικά συμμετρικός και μοιάζει πολύ με το ηλεκτρονικό νέφος, αν και αυτό δεν συμβαίνει πάντα σε περιπτώσεις πιο πολύπλοκων πυρήνων.]]

Από τη σκοπιά της [[κβαντομηχανική|κβαντομηχανικής]], το ήλιο έχει το δεύτερο απλούστερο άτομο που υπάρχει, μετά το άτομο του [[υδρογόνο|υδρογόνου]]. Το άτομο του ηλίου αποτελείται από δύο (2) [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] σε [[ατομικό τροχιακό|ατομικά τροχιακά]] που περικυκλώνουν έναν πυρήνα που αποτελείται από επίσης δύο (2) [[πρωτόνιο|πρωτόνια]] και δύο (2) [[νετρόνιο|νετρόνια]]. Όπως στη [[Κλασική μηχανική|ΝευτώνιαΝευτώνεια Μηχανική]], κανένα σύστημα που περιέχει περισσότερα από δύο (2) σωματίδια δεν μπορεί να επιλυθεί με ακριβή αναλυτική μαθηματική προσέγγιση (δείτε [[σύστημα τριών σωμάτων]]). Το άτομο του ηλίου δεν αποτελεί εξαίρεση α' αυτόν τον κανόνα. Έτσι, απαιτούνται αριθμητικές μαθηματικές μέθοδοι, ακόμη και αν το σύστημα του ατόμου του ηλίου περιέχει μόνο έναν πυρήνα και δύο (2) ηλεκτρόνια. Τέτοιες μέθοδοι υπολογιστικής χημείας χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν γι να σχηματίσουν την κβαντομηχανική εικόνα της περιφοράς των ηλεκτρονίων με μια ακρίβεια εντός του 2% από την ορθή τιμή της, με λίγα υπολογιστικά βήματα<ref>{{Cite news|url=http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/helium.htm|author=Watkins, Thayer|publisher=San Jose State University|title=The Old Quantum Physics of Niels Bohr and the Spectrum of Helium: A Modified Version of the Bohr Model}}</ref>.

Το ήλιο είναι αέριο άχρωμο, άοσμο, άγευστο και μη-τοξικό. Έχει το χαμηλότερο [[σημείο βρασμού]] από κάθε άλλο χημικό στοιχείο ενώ είναι το μοναδικό υγρό το οποίο είναι αδύνατο να παγώσει μόνο με την ελάττωση της θερμοκρασίας. Είναι απαραίτητη και η αύξηση της πίεσης. Επίσης είναι το μοναδικό υλικό που δεν διαθέτει [[τριπλό σημείο]], δηλαδή ένα συνδυασμό θερμοκρασίας και πίεσης στον οποίο συνυπάρχουν σε ισορροπία και οι τρεις καταστάσεις της ύλης – στερεό, υγρό και αέριο.

Στη φύση απαντάται σε δύο σταθερά [[ισότοπα]], ³He και ⁴He, από τα οποία το πρώτο απαντάται σπάνια. Όπως [[Αρχείο:HeTube.jpg|right|thumb|150px|Λάμπα που περιέχει μέσα ήλιο]]όλα τα ευγενή αέρια έχει σταθερή ηλεκτρονική διαμόρφωση και το άτομό του είναι άπολο και σφαιρικό. Είναι το πιο αδρανές χημικό στοιχείο και οι μόνες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων είναι ασθενείς [[δυνάμεις van der Waals]].

Ίσως η πιο εντυπωσιακή από τις ιδιότητές του είναι η ικανότητά να μετατρέπεται σε [[υπερρευστό]]. Όταν το υγρό φυσικό ήλιο (το συνηθισμένο ισότοπο ⁴He) ψυχθεί ακόμα περισσότερο στους 2,2° Κ (γνωστό ως θερμοκρασιακό σημείο λ) μετασχηματίζεται σε μια νέα κατάσταση που έχει αρκετά παράξενες ιδιότητες. Η αρχική “φυσιολογική” κατάσταση ονομάζεται ήλιο-Ι η οποία μετασχηματίζεται στην κατάσταση ήλιο-ΙΙ. Στο σημείο που λαμβάνει χώρα ο μετασχηματισμός από την κατάσταση Ι στην κατάσταση ΙΙ, η [[ειδική θερμότητα]] αυξάνεται απότομα ενώ παρατηρείται και ακόμα πιο απότομη αύξηση της [[θερμική αγωγιμότητα|θερμικής αγωγιμότητας]] της τάξης του 10⁶. Αντίθετα το [[ιξώδες]] του υλικού γίνεται ουσιαστικά μηδέν.

Το υπερρευστό ήλιο έχει την ιδιότητα να περνάει εύκολα πολύ λεπτά τριχοειδή αγγεία και σχισμές, που σχεδόν αποτρέπουν εντελώς τη ροή όλων των άλλων υγρών. Επίσης, η τεράστια θερμική αγωγιμότητα έχει ως αποτέλεσμα το ήλιο-ΙΙ να μην βράζει με την θέρμανσή του αλλά κατευθείαν να εξατμίζεται από υγρό σε αέριο.

Τέλος, η πιο παράξενη ιδιότητά του είναι η ικανότητά του να καλύπτει με ένα φιλμ πάχους μερικών εκατοντάδων ατόμων όλες τις στερεές επιφάνειες με τις οποίες έρχεται σε επαφή και βρίσκονται κάτω από το θερμοκρασιακό σημείο λ. Η παραπάνω ιδιότητα μπορεί να παρατηρηθεί κάνοντας το εξής πείραμα: βυθίζουμε τον πυθμένα ενός κατάλληλου δοχείου μέσα σε ένα λουτρό ηλίου-ΙΙ και περιμένουμε η θερμοκρασία των τοιχωμάτων να πέσει κάτω από το σημείο λ. Τότε θα παρατηρήσουμε το υπερρευστό ήλιο να σκαρφαλώνει, ουσιαστικά χωρίς τριβές και υπερνικώντας την βαρύτητα, τις πλευρές του δοχείου και να το γεμίζει μέχρι να εξισωθούν οι επιφάνειες μέσα και έξω από αυτό.

Η πιο γνωστή χρήση του είναι ως ανυψωτικό, στην πλήρωση [[Αερόπλοιο|αερόπλοιων]] και μπαλονιών καθώς είναι ελαφρύτερο από τον αέρα. Προτιμάται από το υδρογόνο γιατί δεν είναι εύφλεκτο ενώ έχει το 92,64% της ανυψωτικής ικανότητας αυτού (περίπου 1 kg/m³). Παρόλα αυτά η χρήση αυτή δεν είναι πια τόσο σημαντική και χρησιμοποιείται κυρίως σε [[μετεωρολογικό μπαλόνι|μετεωρολογικά μπαλόνια]].

Η κύρια χρήση είναι ως [[κρυογενικό ρευστό]] για την ψύξη σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες διάφορων μετάλλων ή άλλων υλικών, όπως στην περίπτωση της απεικόνισης με [[μαγνητικός συντονισμός|μαγνητικό συντονισμό]] (magnetic resonance imaging). Ήλιο χρησιμοποιεί, επίσης, ως μέσο ψύξης των μαγνητών του, ο επιταχυντής του [[CERN]].

Επίσης, λόγω της πολύ μικρής διαλυτότητάς του στο νερό, χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο του [[άζωτο|αζώτου]] σε συνθετικό αέρα αναπνευστικών συσκευών για μεγάλα βάθη, για την αντιμετώπιση της λεγόμενης [[νόσος των δυτών|νόσου των δυτών]]. Χρησιμοποιείται ως ψυκτικό σε ορισμένους [[πυρηνικός αντιδραστήρας|πυρηνικούς αντιδραστήρες]], στην [[αέρια χρωματογραφία]], για τον εντοπισμό σημείων πιθανής διαρροής σε βιομηχανικό εξοπλισμό και για τη δημιουργία αδρανούς ατμόσφαιρας για την προστασία σημαντικών ιστορικών αντικειμένων. Τέλος, χρησιμοποιείται για την [[ραδιοχρονολόγηση|χρονολόγηση]] ορυκτών που περιέχουν [[ουράνιο]] και [[θόριο]], καθώς είναι γνωστό ότι αυτά τα ραδιενεργά υλικά διασπώνται εκπέμποντας σωματίδια α, δηλαδή πυρήνες ηλίου.

Ως πρόσθετο τροφίμων χρησιμοποιείται με τον κωδικό [[Αριθμός Ε|Ε939]].