Elio

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Elio
2 He                                                                                                                                                                                                                                               idrogeno ← elio → litio
Aspetto
Gas incolore, sottoposto ad un campo elettrico presenta emissioni porpora
Linea spettrale
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	elio, He, 2
Serie	gas nobili
Gruppo, periodo, blocco	18 (VIIIA), 1, s
Densità	0,1785 kg/m³
Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	1S0
Proprietà atomiche
Peso atomico	4,002602 u
Raggio atomico (calc.)	128 pm
Raggio covalente	32 pm
Raggio di van der Waals	140 pm
Configurazione elettronica	1s2
e− per livello energetico	2
Stati di ossidazione	0 (sconosciuto)
Struttura cristallina	esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	gassoso
Punto di fusione	0,95 K (−272,200 °C) a 2,5 MPa
Punto di ebollizione	4,24 K (−268,91 °C)
Volume molare	21,0×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	84,5 J/mol
Calore di fusione	5,23 kJ/mol
Velocità del suono	970 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-59-7
Calore specifico	5193 J/(kg·K)
Conducibilità termica	0,152 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	24.6 eV (2372 kJ/mol)
Energia di seconda ionizzazione	54.4 eV (5251 kJ/mol)
Isotopi più stabili
Per approfondire vedi la voce isotopi dell'elio.
iso NA TD DM DE DP 3He 1.37 ppm È stabile con 1 neutrone 4He 99,999863% È stabile con 2 neutroni 6He sintetico 806,7 ms β− 3,508 6Li
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

L'elio (dal greco ἥλιος, hḕlios, "Sole"^[1])^[2] è l'elemento chimico della tavola periodica che ha numero atomico 2 e simbolo He. È il secondo elemento, dopo l'idrogeno, ed è anche il secondo elemento del blocco s e il secondo e ultimo elemento del primo periodo del sistema periodico.

È un gas nobile incolore, inodore, insapore, non tossico e inerte. Si presenta come gas monoatomico. Dopo l'idrogeno, è l'elemento più leggero e più abbondante nell'universo osservabile,^[3] essendo presente in circa il 24% della massa totale elementare, che è più di 12 volte la massa di tutti gli elementi più pesanti insieme: la sua abbondanza è simile a questi dati sia nel Sole sia su Giove; ciò è dovuto all'altissima energia di legame nucleare (per nucleone) di elio-4 (⁴He) rispetto ai tre elementi successivi all'elio; questa energia di legame spiega anche perché è un prodotto sia della fusione nucleare sia del decadimento alfa (decadimento radioattivo). La maggior parte dell'elio presente nell'universo è l'elio-4, e si crede che si sia formato durante il Big Bang; grandi quantità di nuovo elio vengono continuamente create dalla fusione nucleare dell'idrogeno che avviene nel nucleo delle stelle. Prende il nome dal dio greco del Sole, Elio.

È l'elemento con il più basso punto di ebollizione fra tutti gli elementi. Può solidificare solo se sottoposto ad alte pressioni.

In forma liquida viene utilizzato nella criogenia (il suo maggiore uso singolo, che utilizza circa un quarto della produzione), in particolare nel raffreddamento dei magneti superconduttori, con la principale applicazione commerciale rappresentata dalle apparecchiature per la risonanza magnetica nucleare; altri utilizzi industriali dell'elio sono la pressurizzazione e lo spurgo dei gas, la creazione di un'atmosfera protettiva per la saldatura ad arco e per processi particolari come la crescita di cristalli di silicio; un uso minore è quello di gas di sollevamento per palloni sonda e dirigibili oppure come gas nelle miscele per le immersioni di profondità.^[4] Come con qualsiasi gas la cui densità sia diversa da quella dell'aria, inalando un piccolo volume di elio viene, temporaneamente, modificato il timbro e la qualità della voce umana. Nella ricerca scientifica, il comportamento delle due fasi fluide dell'elio-4 (elio I e l'elio II), è importante per i ricercatori che studiano la meccanica quantistica (in particolare la proprietà di superfluidità) e per quelli che sperimentano alcuni fenomeni, come la superconduttività, e i prodotti della materia vicino allo zero assoluto.

Sulla Terra è relativamente raro: 5,2 ppm (parti per milione) in volume nell'atmosfera. La maggior parte dell'elio terrestre presente oggi è stato creato dal decadimento radioattivo naturale degli elementi radioattivi pesanti (torio e uranio, in particolare), in quanto le particelle alfa emesse da tali decadimenti sono composti da nuclei di elio-4. Questo elio radiogenico è intrappolato nel gas naturale in grandi concentrazioni, circa del 7% in volume, da cui viene estratto commercialmente grazie a un processo di separazione a bassa temperatura chiamato distillazione frazionata. In passato, l'elio era ritenuto una risorsa terrestre non rinnovabile poiché una volta rilasciato in atmosfera sfuggiva facilmente nello spazio.^[5][6][7] Tuttavia, studi recenti suggeriscono che l'elio prodotto in profondità nella terra dal decadimento radioattivo sia in grado di raccogliersi in riserve di gas naturale in dosi maggiori di quelle attese;^[8][9] in alcuni casi può essere rilasciato dall'attività vulcanica.^[10]