元素シリーズ② 《ヘリウム》
軽くて 安定 ぼっち元素
ヘリウム (helium)
原子番号 ２番
元素記号「He」
原子核に 陽子が2つと 中性子が2つ在る(通常時)
宇宙全体では水素に次いで2番目に多く存在する元素
ヘリウムの性質
希ガス: ヘリウムは周期表の一番右端に位置する『希ガス』元素の一つ。希ガス族は最外殻の電子が安定しているため、他の元素とほとんど反応しないという非常に不活性な性質を持つ。例えるなら｢安定したボッチ｣なきがす。
単原子分子: 標準状態では、ヘリウムは2つの原子が結合した分子(水素はH₂)ではなく、1つの原子(He)として存在する。これも単体で安定できるからこその特徴。
非常に軽い: 水素に次いで２番目に軽い。
沸点が最も低い: 全ての元素の中で最も沸点が低く、-269℃（4.2K）。これは絶対零度に近い温度であり、非常に特殊な条件下でしか固体にならない。標準圧力下では、絶対零度近くまで冷却しても液体のまま。
熱伝導性が高い: 気体なのに熱を伝えやすい性質を持っている。
音速が速い: 密度が低いので音速が3倍速くなります。ヘリウムガスを吸い込むと喉内の音速が3倍になり、周波数シフトが起こって声が高くなる。
『超流動』とは？
液体が粘性(蜂蜜みたいな)を全く失い、抵抗なく流れ続ける現象のこと。まるで摩擦がないかのように、細い隙間をすり抜けたり、容器の壁を這い上がったりといった、通常の液体では考えられないような振る舞いをする。
ヘリウムの中でも、特にヘリウム4という同位体が、約-270.98℃という極めて低い温度以下になると超流動の振舞いをする。
超流動状態の液体ヘリウムは、熱伝導率が非常に高くなる、温度差がなくなる、などの奇妙な性質も持ち合わせている。この現象は、量子力学的な効果がマクロなスケールで現れる興味深い例として、物理学の研究対象となっている。
ヘリウムの在り処
宇宙の全質量の27%と、水素に次いでたくさん存在し、恒星の水素核融合反応によって生成される。
地球上では、主に天然ガス田に微量に含まれておりそこから採取される。ウランなどの放射性元素がアルファ崩壊する際にも生成されるが、その量はごくわずか。貴重。
☀ヘリウムの名前の由来
ギリシャ神話の太陽神ヘリオスにちなんで名付けられた。
1868年、フランスの天文学者ピエール・ジャンサンがインドで皆既日食を観測した際、太陽の彩層のスペクトルの中にこれまで地球上で知られていなかった黄色い輝線を発見した。
その後、イギリスの天文学者ジョセフ・ノーマン・ロッキャーも独立して同じ輝線を観測し、これが太陽に存在する未知の元素によるものだと考え、「ヘリオス」にちなんで「ヘリウム (helium)」と名付けた。
つまり、ヘリウムは地球上で発見されるよりも先に、太陽のスペクトルの中で発見されたという少し珍しい歴史を持った元素なのだ。
ヘリウムの利用
超低温技術: 沸点が非常に低いことを利用して、MRI（核磁気共鳴画像法）やリニアモーターカーなどの超伝導機器を冷却するために不可欠。また、低温物理学の研究にも広く用いられている。
リークテスト: 分子サイズが非常に小さいため、密閉容器の微細な漏れを検査するために利用されている。
溶接: 不活性ガスなので、金属の溶接時の酸化を防ぐために使用される。
深海潜水: 酸素と混合して、深海潜水用の呼吸ガスとして使用されている。窒素よりも血液に溶けにくいため、潜水病のリスクを低減できます。(窒素は血液に溶けたあと、水圧が戻ると血管内で気化するからヤバイ)
飛行船: 水素と違って、ヘリウム飛行船は爆発しない。
ヘリウムの性質を△的に見る👀
不活性さ
▶ 他の元素と容易に結合して｢回路｣を形成するという点では、水素とは対照的で向いてないが、超流動を考えると意外なことが可能かもしれない。
宇宙で２番目に豊富
▶ 水素と共に宇宙の基本的な構成要素の一つ。
▶だがこれも反応しない性質のため ｢階層構造｣を作るのには向いていない。
極低温を作り出す
▶ めっちゃ極限的な環境を作り出す能力は、△がエントロピーに抵抗するための特殊な条件を生み出す可能性がある。(超低温環境でのなんやかやは、まだ自然があまり試してない領域)
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( ʘ ө ʘ )チップとかくるわけ…