水素 ヘリウム リチウム
-

He

Ne
Element 1: 水素 (H),
Element 2: ヘリウム (He),
Element 3: リチウム (Li),
Element 4: ベリリウム (Be),
Element 5: ホウ素 (B),
Element 6: 炭素 (C),
Element 7: 窒素 (N),
Element 8: 酸素 (O),
Element 9: フッ素 (F),
Element 10: ネオン (Ne),
Element 11: ナトリウム (Na),
Element 12: マグネシウム (Mg),
Element 13: アルミニウム (Al),
Element 14: ケイ素 (Si),
Element 15: リン (P),
Element 16: 硫黄 (S),
Element 17: 塩素 (Cl),
Element 18: アルゴン (Ar),
Element 19: カリウム (K),
Element 20: カルシウム (Ca),
Element 21: スカンジウム (Sc),
Element 22: チタン (Ti),
Element 23: バナジウム (V),
Element 24: クロム (Cr),
Element 25: マンガン (Mn),
Element 26: 鉄 (Fe),
Element 27: コバルト (Co),
Element 28: ニッケル (Ni),
Element 29: 銅 (Cu),
Element 30: 亜鉛 (Zn),
Element 31: ガリウム (Ga),
Element 32: ゲルマニウム (Ge),
Element 33: ヒ素 (As),
Element 34: セレン (Se),
Element 35: 臭素 (Br),
Element 36: クリプトン (Kr),
Element 37: ルビジウム (Rb),
Element 38: ストロンチウム (Sr),
Element 39: イットリウム (Y),
Element 40: ジルコニウム (Zr),
Element 41: ニオブ (Nb),
Element 42: モリブデン (Mo),
Element 43: テクネチウム (Tc),
Element 44: ルテニウム (Ru),
Element 45: ロジウム (Rh),
Element 46: パラジウム (Pd),
Element 47: 銀 (Ag),
Element 48: カドミウム (Cd),
Element 49: インジウム (In),
Element 50: スズ (Sn),
Element 51: アンチモン (Sb),
Element 52: テルル (Te),
Element 53: ヨウ素 (I),
Element 54: キセノン (Xe),
Element 55: セシウム (Cs),
Element 56: バリウム (Ba),
Element 57: ランタン (La),
Element 58: セリウム (Ce),
Element 59: プラセオジム (Pr),
Element 60: ネオジム (Nd),
Element 61: プロメチウム (Pm),
Element 62: サマリウム (Sm),
Element 63: ユウロピウム (Eu),
Element 64: ガドリニウム (Gd),
Element 65: テルビウム (Tb),
Element 66: ジスプロシウム (Dy),
Element 67: ホルミウム (Ho),
Element 68: エルビウム (Er),
Element 69: ツリウム (Tm),
Element 70: イッテルビウム (Yb),
Element 71: ルテチウム (Lu),
Element 72: ハフニウム (Hf),
Element 73: タンタル (Ta),
Element 74: タングステン (W),
Element 75: レニウム (Re),
Element 76: オスミウム (Os),
Element 77: イリジウム (Ir),
Element 78: 白金 (Pt),
Element 79: 金 (Au),
Element 80: 水銀 (Hg),
Element 81: タリウム (Tl),
Element 82: 鉛 (Pb),
Element 83: ビスマス (Bi),
Element 84: ポロニウム (Po),
Element 85: アスタチン (At),
Element 86: ラドン (Rn),
Element 87: フランシウム (Fr),
Element 88: ラジウム (Ra),
Element 89: アクチニウム (Ac),
Element 90: トリウム (Th),
Element 91: プロトアクチニウム (Pa),
Element 92: ウラン (U),
Element 93: ネプツニウム (Np),
Element 94: プルトニウム (Pu),
Element 95: アメリシウム (Am),
Element 96: キュリウム (Cm),
Element 97: バークリウム (Bk),
Element 98: カリホルニウム (Cf),
Element 99: アインスタイニウム (Es),
Element 100: フェルミウム (Fm),
Element 101: メンデレビウム (Md),
Element 102: ノーベリウム (No),
Element 103: ローレンシウム (Lr),
Element 104: ラザホージウム (Rf),
Element 105: ドブニウム (Db),
Element 106: シーボーギウム (Sg),
Element 107: ボーリウム (Bh),
Element 108: ハッシウム (Hs),
Element 109: マイトネリウム (Mt),
Element 110: ダームスタチウム (Ds),
Element 111: レントゲニウム (Rg),
Element 112: コペルニシウム (Cn),
Element 113: ニホニウム (Nh),
Element 114: フレロビウム (Fl),
Element 115: モスコビウム (Mc),
Element 116: リバモリウム (Lv),
Element 117: テネシン (Ts),
Element 118: オガネソン (Og),
2He
外見
無色の気体
高電圧をかけると紫色に発光
Helium-glow.jpg
Helium spectra.jpg
ヘリウムのスペクトル
一般特性
名称, 記号, 番号 ヘリウム, He, 2
分類 希ガス
, 周期, ブロック 18, 1, s
原子量 4.002602(2) 
電子配置 1s2
電子殻 2(画像
物理特性
気体
密度 (0 °C, 101.325 kPa)
0.1786 g/L
融点での液体密度 0.145 g/cm3
融点 (at 2.5 MPa) 0.95 K, −272.20 °C, −457.96 °F
沸点 4.22 K, −268.93 °C, −452.07 °F
臨界点 5.19 K, 0.227 MPa
融解熱 0.0138 kJ/mol
蒸発熱 0.0829 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 20.786 J/(mol·K)
蒸気圧(defined by ITS-90)
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 1.23 1.67 2.48 4.21
原子特性
イオン化エネルギー 第1: 2372.3 kJ/mol
第2: 5250.5 kJ/mol
共有結合半径 28 pm
ファンデルワールス半径 140 pm
その他
結晶構造 六方晶系
磁性 反磁性[1]
熱伝導率 (300 K) 0.1513 W/(m·K)
音の伝わる速さ 972 m/s
CAS登録番号 7440-59-7
主な同位体
詳細はヘリウムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
3He 0.000137%* 中性子1個で安定
4He 99.999863%* 中性子2個で安定
*Atmospheric value, abundance may differ elsewhere.

ヘリウム新ラテン語[2]: helium, : helium [ˈhiːliəm])は、原子番号 2、原子量 4.00260、元素記号 He元素である。

無色、無臭、無味、無毒(酸欠を除く)で最も軽い希ガス元素である。すべての元素の中で最も沸点が低く、加圧下でしか固体にならない。ヘリウムは不活性の単原子ガスとして存在する。また、存在量は水素に次いで宇宙で2番目に多い。ヘリウムは地球大気の 0.0005 % を占め、鉱物ミネラルウォーターの中にも溶け込んでいる。天然ガスと共に豊富に産出し、気球や小型飛行船浮揚ガス英語版として用いられたり、液体ヘリウム超伝導用の低温素材としたり、大深度へ潜る際の呼吸ガスとして用いられている。

特徴

標準状態において、ヘリウムは単原子ガスとして存在する。ヘリウムを固化するには非常に特殊な条件下に置かなければならない。元素の中で沸点が最も低く、標準圧力下では温度を下げて絶対零度になっても不確定性原理のため液体のままであり、固化するにはさらに高い圧力をかける必要がある。臨界温度は 5.19 K と非常に低い。固体ヘリウムはヘリウム3ヘリウム4で必要な圧力が異なり、圧力を調節して体積の 30 % をコントロールすることができる。ヘリウムは比熱容量が非常に高く、密度の高い蒸気となり、部屋の温度が上昇すると素早く膨張する。

固体ヘリウムは 1.5 K、2.5 から 3.5 MPa という非常に低い温度と高い圧力の下でしか存在できない。だいたいこのくらいの温度以上になると、相転移を起こしてしまう。これ以下の温度ではそれぞれ立方体型の分子を作っている。

ヘリウム4の2つの液体状態、ヘリウムIとヘリウムIIは、量子力学の研究(超流動現象)において重要で、物質が超伝導を帯びるような絶対零度に近い超低温で発現する。

用途

以下に挙げるような様々な用途に使用されている[3]

  • ヘリウムガス
    • ヘリウムは水素の 92.64 % もの浮揚力があり、燃えないため、水素よりも安全なガスとして風船等の浮揚用ガスとして利用され、広告用バルーンや天体観測用気球、軍事用偵察気球などに使用されている。また、ヘリウム中では音速が空気中よりずっと速い(純粋ヘリウム中では約 1000 m/s)ため[注 1]、ヘリウムを吸入してから発声すると、甲高い音色の奇妙な声が出る(ドナルドダック効果)。これに着目して、いわゆるパーティグッズとしても利用される。このような市販の「変声」用ガスには、酸欠等になるのを防ぐために酸素が 20 % ほど含まれているが、風船用ガスとの誤用による事故[4]や吸い過ぎによって嘔吐や意識を失う事故が度々発生[4][注 2]しており、その大半は12歳以下の子供によるものである[5]。ヘリウムに薬理作用はないが、酸素を混合していないガスの吸引による自殺に使用された例も報告されている[6]
  • 労働産業
    • ヘリウムと酸素等との混合ガステクニカルダイビングなど、大深度潜水用の呼吸ガスとして用いられる[7][8]。ヘリウムは窒素よりも麻酔作用が少ないため、窒素中毒などの中毒症状を起こしにくい。さらにヘリウムは粘度が低いため、高圧下でも呼吸抵抗が小さく、身体からの排泄速度が速い[9]とされている。しかし、特定の条件下では気泡が生じやすく一旦血管内に気泡が生じた場合は消失しにくいとの報告がある[10]。欠点として熱伝導率が高いため、体温調節が難しくなり低体温症になる危険がある[11]こと、また空気と比較してはるかに高価であることがある。ヘリウムと酸素の混合ガスであるヘリオックスと、ヘリウム、酸素、窒素を混合したトライミックスがある。
  • 医療
    • また液体に溶けやすく人体に無害と言う特性もあり、血管内で素早く膨らませたり縮めたりすることで心臓の機能を補助する IABP のバルーンに吹き込む気体として採用されている。
    • 液体ヘリウムは NMRMRI の測定装置で超伝導電磁石の冷却に使われている。