Chapitres
- 01. Présentation
- 02. Un peu d'histoire
- 03. Présence à l'état naturel
- 04. Propriétés physiques et chimies
- 05. Production
- 06. Utilisations
- 07. Toxicité
- 08. Les ions de l'hélium
- 09. Corps simples et corps composés
Présentation
L'hélium est un élément chimique qui porte le numéro 2 dans la classification périodique des éléments.
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | He |
| Numéro atomique | 2 |
| Famille | Gaz noble |
| Groupe | 18 |
| Période | 1 |
| Bloc | s |
| Masse volumique | 0,1786 g.L-1 |
| Couleur | Incolore |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique | 4,002602 u |
| Rayon atomique | 128 pm |
| Configuration électronique | 1s2 |
| Électrons par niveau d'énergie | 2 |
| Oxyde | Inconnu |
| Système cristallin | Hexagonal compact |
| Propriétés physiques | |
| État ordinaire | Gaz |
| Point de fusion | 0,95 K |
| Point d'ébullition | -268,93°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point d'ébullition : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d'histoire
Étymologie
Le mot hélium vient de l'anglais helium qui a été contruit à partir du grec ancien ἥλιος, hếlios signifiant Soleil auquel a été ajouté le suffixe -ium. Ce seront deux Britanniques, l'astronome Joseph Norman Lockyer et le chimiste Edward Frankland, qui proposeront, en 1868, le nom hélium après l'éclipse solaire qui permettra la découverte de l'hélium à partir d'une analyse spectroscopique de la lumière du Soleil. Ce sera sur le modèle de selenium et tellurium que le suffixe -ium aura été utilisé. Mais le mot français sera attesté pour la première fois le 21 Août 1873 dans le journal officiel de la République française.
Le journal officiel de la République française est un organe quotidien publié sous l’autorité du gouvernement. Il comprend tous les textes législatifs et réglementaires mais également des informations diverses à caractère officiel.
Première découverte
La première découverte de l'hélium a eu lieu le 18 Août 1868. Il était observable sous la forme d'une raie jaune brillante à une longueur d'onde de 587,49 mm dans le spectre de la chromosphère du Soleil. Elle fut détectée par l'astronome français Jules Janssen pendant une éclipse totale en Inde. Au départ, de nombreux scientifiques pensant que cette raie était due au sodium. Il faudra attendre le 20 Octobre de la même année pour que l'astronome anglais Norman Lockyer observe une raie jaune dans le spectre solaire. Il nommera d'ailleurs cette raie D3 raie de Fraunhofer à cause de sa proximité avec les raies D1 et D2 du sodium. Il conclut à partir de cela que la raie est provoquée par un élément du Soleil inconnu sur Terre. Avec le chimiste anglais Edward Frankland, Lockyer nommera cet élément hélium en référence au mot hélios désignant le Soleil en Grec. Mais ce ne sera qu'en 1882 qu'on parvient à démontrer la présence de l'hélium sur Terre. On doit cela à Luigi Palmieri qui démontrera cela avec l'aide d'une analyse spectrale de la lave du Vésuve. L'hélium sera isolé sur Terre le 26 Mars 1895 par le chimiste Sir William Ramsay en traitant la clévéite, qui est une variété de pechblende contenant au moins 10% de terres rares avec des acides minéraux. Cependant, Ramsay cherchait en réalité l'argon, mais après avoir séparé le diazote et le dioxygène du gaz produit par l'acide sulfurique, Ramsay remarquera un;e raie jaune brillante au spectroscope, raie coïncidant avec la raie D3 observée dans le spectre solaire Ces échantillons obtenus par Ramsay seront analysés et identifiés par Lockyer et le physicien britannique William Crookes qui assureront qu'il s'agit bien d'hélium. Indépendamment et durant la même année, d'autres chimistes, Per Theodor Cleve et Abraham Langlet, accumulent suffisamment de gaz pour déterminer de façon précise la masse atomique de l'hélium. Mais l'hélium aura également été isolé, et ce avant la découverte par Ramsay, par le géochimiste américain William Francis Hillebrand en remarquant des raies spectrales inhabituelles après examen d'un échantillon d'uraninite. Cependant, il attribuera, à tord, ces raies au diazote. Dans sa lettre de félicitation à Ramsay, il présentera un cas intéressant de découverte et presque-découverte en sciences. Ernest Rutherford et Thomas Royds démontreront en 1907 que les particules α sont en réalité des noyaux d'hélium. Ils démontreront cela en permettant aux particules de pénétrer à travers une fine vitre en verre d'un tube où le vide a été préalablement installé. L'hélium sera pour la première fois liquéfié en 1908 par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes. Il fera cela en refroidissant le gaz en dessous de 1 K. Mais, puisque l'hélium n'a pas de point triple, il échouera à le solidifier, même en baissant la température. Il faudra attendre 1926 pour qu'un étudiant d'Onnes, Willem Hendrik Keesom, solidifie, sous pression, 1 cm3. En 1938, le physicien soviétique Pyotr Leonidovitch Kapitsa découvrira un phénomène nommé superfluidité. En effet, ce sera lui qui observera que l'hélium 4 ne présente presque pas de viscosité aux température proche du zéro absolu.
La superfluidité correspond à un état de la matière dans lequel celui-ci possède une viscosité nulle. Cela signifie que le matériau peut se déplacer dans des canaux capillaires ou des fentes étroites sans aucune viscosité, c’est à dire qu’il n’y a aucune résistance à un écoulement laminaire (régulier).
Le même phénomène sera observé en 1972 par les physiciens américains Douglas D. Osheroff, David M. Lee, et Robert C. Richardson avec de l'hélium 3. Ce phénomène est interprété, dans le cas de l'hélium 3, par la formation de paires d'atomes, des fermions, qui vont former des bosons, par analogie avec les paires de Cooper d'électrons qui sont à la base de la supraconductivité.
La supraconductivité, ou supraconduction, correspond à un état de la matière dans lequel il y a absence totale de résistance électrique mais dans laquelle il y a expulsion du champ magnétique (on parle d’effet Meissner). On appelle ces matériaux des matériaux supraconducteurs.
Présence à l'état naturel
L'hélium n'est présent qu'en très faible quantité dans l'atmosphère terrestre car, à cause de sa faible densité, il monte dans ses couches supérieures puis est perdu dans l'espace. La plus grande partie de l'hélium disponible sur Terre provient de désintégrations radioactives naturelles. On en trouve, en particulier, dans les poches souterraines qui piègent les gaz naturels, la proportion d'hélium peut y atteindre 7%.
Propriétés physiques et chimies
L'hélium est un gaz qui est incolore, inodore et insipide. Il est moins soluble dans l'eau que tout autre gaz mais il est aussi l'élément le moins réactif et ne forme, en général, pas de composés chimiques. Puisque l'hélium est un gaz noble, sa couche de valence est complète et implique alors une très faible réactivité chimique. De ce fait, puisqu'il n'a pas de sous-couches capables de réagir, il est avec le néon le corps simple le moins réactif.
On appelle couche de valence d’un atome la dernière couche électronique remplie. Ce sont les électrons qui composent cette dernière couche de valence qui interviennent dans les réactions chimiques.
L'hélium peut, avec le tungstène, l'iode, le fluor, le soufre et le phosphore en phase plasma, former des composés instable par décharge d'une autre matière. Cette technique a ainsi permis d'obtenir HeNe, HgHe10, WHe2, les ions moléculaires He2+, He2++, HeH+, HeD+ et l'ion neutre He2.
Production
L’hélium est un des éléments chimiques les plus légers, il fait partie de la familles des gaz rares dont les membres se caractérisent par une extrême stabilité, ce qui les rend chimiquement inertes. Ainsi, l'hélium n'existe que sous forme monoatomique, puisqu'il ne se lie pas aux autres atomes et ne forme pas d'ions. Cette absence de réactivité explique une découverte tardive (en 1868) qui n'est pas liée à ses propriétés chimiques mais physiques. En effet, il a été découvert grâce à l'analyse de la lumière solaire. Même s'il est présent en faible proportion sur Terre, il est pourtant l'élément le plus abondant, après l'hydrogène, à l'échelle de l'univers puisqu'on le retrouve dans les nébuleuses et dans toute les étoiles. L'hélium fait, en effet, partie des éléments chimiques légers engendrés par la phase de nucléosynthèse primordiale (une séries de transformations nucléaires) survenue après le Big Bang alors que les éléments plus lourds n'ont été engendrés que plus tard dans le cœurs des étoiles et au cours des supernovas.
Utilisations
Toxicité
L'hélium, dans des conditions standard, est neutre et non toxique. Il ne joue aucun rôle biologique et il est trouvable à l'état de trace dans le sang humain. Il faut tout de même être prudent car, inhalé en quantité suffisante pour que le dioxygène à une respiration normale soit déplacé, l'asphyxie devient possible. 
Les ions de l'hélium
En raison de sa très grande stabilité, les atomes d’hélium ne forment pas d'ions. Néanmoins, les noyau d'hélium issus de désintégration radioactive sont dépourvus d'électron et constituent donc des ions He2+.
Corps simples et corps composés
L’hélium n'existe que sous forme atomique. en raison de sa stabilité, il ne forme pas de liaisons covalentes, ni avec des atomes d’hélium ni avec d'autres éléments.
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Merci
Merci beaucoup!!! Je suis un étudiant et c’était très utile!
Merci pour votre aide
Merci pour votre commentaire ! 🙂
je suis intreésse svp
Bonjour,
Pourriez vous préciser vos références en particulier pour la valeur du rayon atomique?
Cdlt,
JM
Bonjour John,
Vous trouverez tout ce dont vous avez besoin de savoir sur les atomes dans le CRC Handbook of Chemistry and Physics qui contient de nombreuses informations et tables de données dans les domaines de la chimie, de la physique et des mathématiques. Cependant, ce livre n’est disponible qu’en Anglais.
Merci, très intéressant.
C’est un bon site avec beaucoup de détails en tout cas moi j’ai tout compris