Élément chimique · fiche de référence

2He

Hélium

L’hélium est l’élément 2 (He), situé en période 1, groupe 18 et dans le bloc s. À température ambiante, son état de référence est gazeux. Sa configuration électronique est 1s2.

Numéro atomique2

Poids atomique standard4,002602(2)

Groupe18

Période1

Blocs

Configuration électronique1s2

Structure électronique

Ce qui gouverne sa chimie

L’hélium possède une couche 1s complète. Il n’existe donc pas de place électronique de basse énergie facilement accessible dans sa couche externe : l’atome neutre a très peu tendance à former des liaisons chimiques ordinaires.

Les interactions très faibles entre atomes d’hélium expliquent aussi son point d’ébullition extrêmement bas. Sa chimie est simple, mais ses propriétés physiques sont essentielles en cryogénie et en physique des basses températures.

Formes chimiques

Composés, ions et matériaux

L’hélium est monoatomique dans les conditions ordinaires. Les composés stables sont rares par rapport aux groupes voisins car la couche de valence est complète ; la chimie est dominée par les atomes libres et les interactions interatomiques faibles.

Comportement physique

État et changements de phase

À température ambiante, l’état de référence est gazeux. La masse volumique indiquée est 0,1786 g/L. Le point de fusion est —. Le point d’ébullition est 4,222 K (-268,9 °C). La pression, la pureté et la structure cristalline peuvent modifier les valeurs mesurées.

Présence et applications

Présence, formes et usages

L’hélium est surtout connu comme gaz de remplissage, mais son usage scientifique majeur vient de son très faible point d’ébullition : l’hélium liquide sert à refroidir des aimants supraconducteurs, notamment dans les appareils d’IRM. Comme il est léger et très peu réactif, il est aussi utilisé dans certaines atmosphères protectrices et applications de détection.

Dans la pratique

Exemples d’utilisations concrètes

ballons

L’hélium fournit une poussée d’Archimède tout en étant ininflammable, ce qui le rend préférable à l’hydrogène pour de nombreux ballons.

imagerie médicale

L’hélium est utilisé dans des agents d’imagerie, des détecteurs ou des composants spécialisés des systèmes d’imagerie médicale.

cryogénie

L’hélium est employé à très basse température comme fluide, réfrigérant ou matériau dont le comportement cryogénique est utile.

Position périodique

Ce que montrent les éléments voisins

L’hélium est en période 1 et dans le groupe 18. Dans le voisinage affiché, le néon est juste au-dessous dans le même groupe. Ces positions permettent de comparer le rayon atomique, l’énergie d’ionisation et les modes de liaison avec les éléments proches.

Données de référence

Propriétés physiques et atomiques

Classificationgaz noble

État à température ambiantegaz

Électrons par couche2

Masse volumique0,1786 g/L

Point de fusion—

Point d’ébullition4,222 K (-268,9 °C)

Électronégativité de Pauling—

Première énergie d’ionisation2 372 kJ/mol

Affinité électronique—

Les valeurs décrivent l’élément ou l’atome neutre lorsque cela s’applique. Les propriétés physiques peuvent dépendre de l’allotrope, de la pression et des conditions de mesure.

Histoire

Découverte et identification

La découverte de l’hélium est associée à Pierre Janssen. L’identification de l’élément, son isolement sous forme pure et l’attribution ultérieure de son numéro atomique ne correspondent pas nécessairement au même moment historique.

Isotopes et poids atomique

Ce que signifie la valeur du tableau

Le poids atomique standard est 4.002602(2). Cette valeur décrit la composition isotopique de la matière terrestre naturelle ; ce n’est pas la masse d’un atome particulier.

L’hélium possède au moins un isotope stable. Les isotopes ont le même nombre de protons et appartiennent donc au même élément, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons et leur masse atomique.

Précautions

Manipulation et exposition

Le gaz n’est pas nécessairement toxique chimiquement, mais il peut remplacer l’oxygène dans un espace confiné. La ventilation et le contrôle de l’atmosphère sont essentiels en grande quantité.