Úvod
Helium (He) je chemický prvek, který je po vodíku druhým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru. Má protonové číslo 2 a patří do 18. skupiny periodické tabulky, mezi vzácné plyny. Za běžných podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je známý svou extrémně nízkou hustotou – je mnohem lehčí než vzduch. Ačkoliv je ve vesmíru hojné, na Zemi je vzácné. Nachází se v některých ložiscích zemního plynu, odkud se získává procesem frakční destilace při velmi nízkých teplotách pro komerční využití.
Vlastnosti
Helium (He) je bezbarvý, netoxický plyn bez chuti a zápachu, druhý nejlehčí prvek ve vesmíru. Jako první člen skupiny vzácných plynů je chemicky téměř zcela inertní a za normálních podmínek netvoří žádné stabilní chemické sloučeniny. Má nejnižší bod varu a tání ze všech prvků, za atmosférického tlaku zůstává kapalné až k absolutní nule a tuhne pouze pod vysokým tlakem. Jeho nejběžnější izotop, helium-4, vykazuje při teplotě pod 2,17 Kelvinu unikátní kvantový jev zvaný supratekutost, kdy kapalina ztrácí veškerou vnitřní viskozitu a může téct bez tření.
Vznik názvu
Název helium pochází z řeckého slova „helios“, což znamená Slunce. Bylo to proto, že prvek byl poprvé spektroskopicky detekován ve sluneční koróně během zatmění Slunce v roce 1868, a to dříve, než byl objeven na Zemi. Vědci se tehdy domnívali, že existuje pouze tam.
Objev
Objevení helia je unikátní, protože bylo poprvé identifikováno mimo naši planetu. V roce 1868 během úplného zatmění Slunce v Indii zaznamenal francouzský astronom Pierre Janssen ve slunečním spektru jasně žlutou čáru, která neodpovídala žádnému známému prvku. Nezávisle na něm učinil stejný objev i Angličan Norman Lockyer, který správně usoudil, že se jedná o nový prvek. Pojmenoval ho helium podle řeckého slova pro Slunce, „helios“. Teprve v roce 1895 skotský chemik William Ramsay izoloval helium i na Zemi při zahřívání radioaktivního minerálu cleveitu.
Výskyt v přírodě
Helium je po vodíku druhým nejhojnějším prvkem ve známém vesmíru, kde tvoří přibližně 24 % veškeré baryonové hmoty. Vzniká především termonukleární fúzí ve hvězdách. Na Zemi je naopak poměrně vzácné, jelikož díky své nízké hmotnosti snadno uniká z atmosféry do kosmického prostoru. Jeho hlavním pozemským zdrojem jsou ložiska zemního plynu, kde se hromadí jako produkt radioaktivního alfa rozpadu těžkých prvků, například uranu a thoria. Komerčně se získává frakční destilací zkapalněného zemního plynu, kdy se využívá jeho extrémně nízkého bodu varu k oddělení od ostatních složek.
Využití
Helium je známé především jako plyn pro plnění balónků a vzducholodí, ale jeho klíčové využití je v kryogenice. Jako kapalina s extrémně nízkým bodem varu chladí supravodivé magnety v zařízeních pro magnetickou rezonanci (MRI) a ve velkých vědeckých urychlovačích částic, jako je LHC. Potápěči ho využívají ve směsích dýchacích plynů, například helioxu, pro hluboké ponory, aby předešli dusíkové narkóze. V průmyslu slouží jako ochranný plyn při svařování, při výrobě optických vláken a polovodičů a k detekci netěsností. V přírodě vzniká radioaktivním rozpadem těžších prvků v zemské kůře a je druhou nejhojnější složkou vesmíru.
Sloučeniny
Helium je jako vzácný plyn extrémně chemicky netečné a za normálních podmínek v přírodě netvoří žádné stabilní chemické sloučeniny. Jeho plně obsazená valenční elektronová slupka mu brání ve sdílení nebo přijímání elektronů, což je základem chemických vazeb. Přesto se vědcům podařilo v laboratorních podmínkách za extrémního tlaku vytvořit exotické látky. Nejznámějším příkladem je helid disodný (Na₂He), který však není sloučeninou v klasickém smyslu, ale spíše elektridem, kde helium pouze stabilizuje krystalovou mřížku. Existují také teoretické modely a v kosmickém prostoru byl detekován iont hydridu helia (HeH⁺), ale stabilní, neutrální molekuly jsou prakticky nemožné.
Zajímavosti
Jednou z nejpozoruhodnějších vlastností helia je jeho schopnost stát se supratekutinou při teplotách pod 2,17 Kelvina. V tomto stavu, známém jako helium II, ztrácí veškerou viskozitu, dokáže protékat nepatrnými póry a dokonce šplhat po stěnách nádoby vlivem tenkého filmu. Je to jediný prvek, který při standardním tlaku nezmrzne ani při absolutní nule; k jeho ztuhnutí je zapotřebí tlak přibližně 25 atmosfér. Vdechování helia způsobuje zvýšení tónu hlasu, protože zvuk se v něm šíří téměř třikrát rychleji než ve vzduchu. Na Zemi je helium neobnovitelným zdrojem, který nenávratně uniká do vesmíru.
