Изотопи на хелиумот

Хелиум  (₂He)

Спектрални линии на хелиумот
Општи својства
Име и симбол	хелиум (He)
Изглед	безбоен гас, со црвеникаво-портокалов сјај кога е подложен на високонапонско магнетно поле
Хелиумот во периодниот систем
– ↑ He ↓ Ne водород ← хелиум → литиум
Атомски број	2
Стандардна атомска тежина (±) (Ar)	4,002602(2)[1]
Категорија	благороден гас
Група и блок	група 18 (благородни гасови), s-блок
Периода	I периода
Електронска конфигурација	1s2
по обвивка	2
Физички својства
Фаза	гасна
Точка на топење	0,95 K ​(−272,20 °C) (при 2,5 MPa)
Точка на вриење	4,222 K ​(−268,928 °C)
Густина при стп (0 °C и 101,325 kPa)	0,1786 г/Л
кога е течен, при т.т.	0,145 г/см3
кога е течен, при т.в.	0,125 г/см3
Тројна точка	2,177 K, ​5,043 kPa
Критична точка	5,1953 K, 0,22746 MPa
Топлина на топење	0,0138 kJ/mol
Топлина на испарување	0,0829 kJ/mol
Моларен топлински капацитет	20,78[2] J/(mol·K)
парен притисок (определен со ITS-90) P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k при T (K)     1,23 1,67 2,48 4,21
Атомски својства
Оксидациони степени	0
Електронегативност	Полингова скала: нема податоци
Енергии на јонизација	I: 2372,3 kJ/mol II: 5250,5 kJ/mol
Ковалентен полупречник	28 пм
Ван дер Валсов полупречник	140 пм
Спектрални линии на хелиум
Разни податоци
Кристална структура	​шестаголна збиена (шаз)
Брзина на звукот	972 м/с
Топлинска спроводливост	0,1513 W/(m·K)
Магнетно подредување	дијамагнетно[3]
CAS-број	7440-59-7
Историја
Наречен по	Хелиос, старогрчки бог на сонцето
Откриен	Пјер Жансен, Норман Локјер (1868)
Првпат издвоен	Вилијам Ремзи, Пер Теодор Клеве, Абрахам Ланглет (1895)
Најстабилни изотопи
Главна статија: Изотопи на хелиумот
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 3He 0,000137 %* 3He е стабилен со 1 неутрон 4He 99,999863 %* 4He е стабилен со 2 неутрони
* Атмосферска вредност; застапеноста може да се разликува во други услови
преглед разговор уреди | наводи | Википодатоци

Хелиум (₂He) (стандардна атомска тежина: 4,002602 ± (2)) има девет познати изотопи, но само хелиум-3 (³He) и хелиум-4 (⁴He) се стабилни. ^[4] Сите радиоизотопи се краткотрајни; најдолготрајниот е ⁶He со полураспад 806,92 ± (24). Најмалку стабилен е ¹⁰He, со полураспад 260 ± (40) (0 ± (4)), иако ²He може да има уште пократок полуживот.

Во атмосферата на Земјата, односот ³He спрема ⁴He е 0 ± (13). ^[5] Сепак, изотопското изобилство на хелиум варира во голема мера во зависност од неговото потекло. Во Месниот Меѓуѕвезден Облак, пропорцијата од ³He до ⁴He е 0 ± (29), ^[6] што е ~121 пати повисоко отколку во атмосферата на Земјата. Карпите од Земјината кора имаат сооднос на изотопи кои се разликуваат со фактор од десет; ова се користи во геологијата за да се испита потеклото на карпите и составот на обвивката на Земјата. ^[7] Различните процеси на формирање на двата стабилни изотопи на хелиум произведуваат различни изобилства на изотопи.

Еднакви мешавини на течност ³He и ⁴He под 0,8 се делат во две немешаливи фази поради разликите во квантната статистика: ⁴He атомите се бозони додека ³He атомите се фермиони.^[8]

Мешавина од двата изотопи спонтано се дели на региони богати со ³He и региони богати со ⁴He. ^[9] Фазно раздвојување постои и во ултраладните гасни системи. ^[10] Експериментално е прикажано во двокомпонентна ултраладна кутија со Фермиевиот гас. ^{[11] [12]} Фазното раздвојување може да се натпреварува со други феномени како формирање на вителски решетки или егзотична фаза Фулде-Ферел-Ларкин-Овчиников. ^[13]

1. ↑ ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
2. ↑ Облици на распад:

   n:	Неутронски распад
   p:	Протонски распад

3. ↑ Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.
4. ↑ ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.
5. ↑ # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).

Хелиум-2, ²He е крајно нестабилен. Неговото јадро, дипротон, се состои од два протони без неутрони. Според теоретските пресметки, би било многу постабилно (но сепак β + распаѓање до деутериум) доколку силното заемодејство е 2% поголема. ^[19] Неговата нестабилност се должи на спин-спин взаемните дејства во јадрената сила и принципот на исклучување на Паули, кој вели дека во даден квантен систем две или повеќе идентични честички со исти вртења (т.е. фермиони) не можат истовремено да заземаат иста квантна состојба; така што ²He е два протона имаат спротивно подредени вртења и самиот дипротон има негативна енергија на сврзување. ^[20]

²He можеби бил забележан. Во 2000 година, физичарите првпат забележале нов тип на радиоактивно распаѓање во кое јадрото емитира два протона одеднаш - можеби ²He.^[21]

Тимот предводен од Алфредо Галиндо-Урибари од Националната лабораторија Оук Риџ објавил дека откритието ќе помогне да се разбере силната јадрена сила и да се обезбеди свеж увид во ѕвездената нуклеосинтеза. Галиндо-Урибари и соработниците избрале изотоп на неон со енергетска структура што го спречува да емитува протони еден по еден. Ова значи дека двата протони се исфрлаат истовремено. Тимот испукал зрак од јони на флуор кон цел богата со протон за да произведе¹⁸Ne, кои потоа се распаѓаат во кислород и два протони. Сите протони исфрлени од самата цел биле идентификувани според нивните карактеристични енергии. Емисијата од два протони може да продолжи на два начина: неонот може да исфрли дипротон, кој потоа се распаѓа во посебни протони, или протоните може да се емитираат одделно, но истовремено во „демократско распаѓање“. Експериментот не бил доволно чувствителен за да се утврди кој од овие два процеса се случува.

Повеќе докази за ²He бил пронајден во 2008 година во Националниот институт за јадрена физика, во Италија. ^{[16] [22]} Зрак од ²⁰ Ne јони бил насочен кон цел од берилиумова фолија. Овој судир претворил некои од потешките неонски јадра во зракот во ¹⁸ Ne јадра. Овие јадра потоа се судриле со фолија од олово. Вториот судир го возбудил јадрото ¹⁸Ne во многу нестабилна состојба. Како и во претходниот експеримент во Оук Риџ, јадрото ¹⁸Ne се распаднало во јадро ¹⁶O, плус два протони откриени кои излегуваат од иста насока. Новиот експеримент покажал дека двата протони првично биле исфрлени заедно, во соднос во квазиврзана конфигурација S, пред да се распаднат во посебни протони многу помалку од една наносекунда подоцна.

Дополнителни докази доаѓаат од Рикен во Јапонија и Заедничкиот институт за јадрени истражувања во Дубна, Русија, каде што зраците од ⁶He јадра биле насочени кон криогена водородна цел за да произведат ⁵H. Откриено е дека ⁶He може да ги донира сите четири свои неутрони на водородот. Двата преостанати протони може истовремено да се исфрлат од целта како дипротон, кој брзо се распаѓа на два протона. Слична реакција е забележана и од ⁸He јадра кои се судираат со водород. ^[23]

Под влијание на електромагнетните заемни дејства, примитивите Јафе-Лоу^[24] може да го напуштат унитарниот пресек, создавајќи тесни двонуклеонски резонанции, како дипротонска резонанца со маса од 2000 MeV и ширина од неколку стотици keV. ^[25] За да се бара оваа резонанца, потребен е зрак од протони со кинетичка енергија 250 MeV и распространета енергија под 100 keV, што е изводливо со оглед на електронското ладење на зракот.

²He е среден во првиот чекор од синџирот протон-протон. Првиот чекор на синџирот протон-протон е процес во две фази: прво, два протони се спојуваат формирајќи дипротон:

¹H + ¹H + 1,25 → ²He;

тогаш дипротонот веднаш бета-плус се распаѓа во деутериум:

²He → ²H + e⁺ + ν_e + 1,67;

со целокупната формула

¹H + ¹H → ²H + e⁺ + ν_e + 0,42.

Истражен е хипотетичкиот ефект на врзан дипротон врз Големата експлозија и ѕвездената нуклеосинтеза. Некои модели сугерираат дека варијации во силната сила што дозволува врзан дипротон ќе овозможи замена на целиот исконски водород во хелиум во Големата експлозија, што би било катастрофално за развојот на ѕвездите и животот. Овој поим е пример за антропскиот принцип. Сепак, едно испитување од 2009 година сугерира дека таков заклучок не може да се донесе, бидејќи формираниот дипротон сепак би се распаѓал во деутериум, чијашто енергија на врзување исто така би се зголемила. Во некои сценарија, се претпоставува дека водородот (во форма на ²H) сепак може да преживее во големи количини, побивајќи ги аргументите дека големата сила е наместена во прецизна антропска граница. ^[26]

³He е единствениот стабилен изотоп освен ¹H со повеќе протони од неутроните. (Има многу такви нестабилни изотопи; најлесните се ⁷Be и ⁸B.) Има само трага (~2 ppm) од ³He на Земјата, главно присутна од формирањето на Земјата, иако некои паѓаат на Земјата заробени во космичка прашина. Количините во трагови се произведуваат и со бета распаѓањето на тритиумот^[27]. Во ѕвездите, сепак, ³He е пообилен, производ на јадрено соединување. Вонпланетарниот материјал, како што е лунарниот и астероидниот реголит, има траги од ³He од бомбардирањето на сончевиот ветер.

За да стане суперфлуид, ³He мора да се излади до 2,5 мили келвини, ~ 900 пати помалку од ⁴He ( 2,17). Оваа разлика се објаснува со квантната статистика: ³He атомите се фермиони, додека ⁴He атомите се бозони, кои полесно се кондензираат во суперфлуид.

Најчестиот изотоп, ⁴He, се произведува на Земјата преку алфа распаѓање на потешки елементи; алфа-честичките што се појавуваат се целосно јонизирани ⁴He јадра. ⁴He е невообичаено стабилно јадро. Се формирало во огромни количини во нуклеосинтезата на Биг Бенг.

Копнениот хелиум се состои речиси исклучиво (сите освен ~ 2 ppm) од ⁴He. ⁴He е точка на вриење од 4,2 е најниската од сите познати супстанции освен ³He. Кога дополнително ќе се излади до 2,17, станува единствен суперфлуид со нула вискозитет. Се зацврстува само при притисок над 25 атмосфери, каде што се топи на 0,95

Иако сите потешки изотопи на хелиум се распаѓаат со полураспад од <1 секунда, се користат судири на забрзувачи на честички за да се создадат необични јадра на елементи како што се хелиум, литиум и азот. Невообичаените јадрени структури на таквите изотопи може да понудат увид во изолираните својства на неутроните и физиката надвор од Стандардниот модел. ^{[28] [29]}

Најкраткотрајниот изотоп е ¹⁰He со полуживот ~ 260 јоктосекунди. ⁶He има бета распад со полуживот од 807 милисекунди. Најшироко проучуван тежок изотоп на хелиум е ⁸He. ⁸He и ⁶He смета дека се состојат од нормално јадро ⁴ He опкружено со неутронски „ореол“ (од два неутрони во ⁶He и четири неутрони во ⁸He). Хало-јадрата станале област на интензивно истражување. Потврдени се изотопи до ¹⁰He, со два протони и осум неутрони. ¹⁰He, и покрај тоа што е двојно магичен изотоп, не е врзан за честички и скоро веднаш испушта два неутрони. ^[30]

• Општи табели — апстракти за хелиум и други егзотични светлосни јадра

п р у Изотопи на хемиските елементи
1 H																	2 He
3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne
11 Na	12 Mg											13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar
19 K	20 Ca	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr
37 Rb	38 Sr	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe
55 Cs	56 Ba		72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn
87 Fr	88 Ra		104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og
		57 La	58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
		89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr
Таблица на нуклиди

Грешка во наводот: Има ознаки <ref> за група именувана како „n“, но нема соодветна ознака <references group="n"/>.