Hélium

Výskyt v prírode

Hélium sa na Zemi vyskytuje iba veľmi vzácne. V zemskej atmosfére sa vyskytuje iba vo vyšších vrstvách a vďaka svojej mimoriadne nízkej hmotnosti postupne z atmosféry vyprcháva do medziplanetárneho priestoru. 
V menšom množstve sa nachádza v zemnom plyne, z ktorého sa získava vymrazovaním. Hélium aj zriedkavo vyviera z trhlín v zemi, najznámejšie oblasti týchto prameňov ležia v Skalistých horách v USA. Predpokladá sa, že toto hélium je produktom jadrového rozpadu prvkov v zemskej kôre.
Vo vesmíre je hélium po vodíku druhým najviac zastúpeným prvkom. Vyskytuje sa predovšetkým vo všetkých svietiacich hviezdach, kde je jedným z medzistupňov termonukleárnej syntézy, ktorá je podľa súčasných teórií základným energetickým zdrojom vo vesmíre. Tvorí približne 25 % hmoty okolitého pozorovateľného vesmíru.
Samotný objav hélia prišiel so skúmaním spektra slnečnej koróny, keď v roku 1868 francúzsky astronóm Pierre Janssen objavil neznáme spektrálne čiary, ktoré boli pripísané dosiaľ neznámemu prvku, pomenovanému po starogréckom bohovi Slnka, Héliovi. Až v roku 1895 sa britskému chemikovi Williamovi Ramsayovi podarilo izolovať plynné hélium na Zemi.

Využitie

Vzhľadom na svoju extrémne nízku hustotu a inertné správanie sa hélium používa na plnenie balónov a vzducholodí ako náhrada horľavého vodíka. Značnou nevýhodou je jeho pomerne vysoká cena. Navyše má atóm hélia veľmi malý priemer, ľahko difunduje aj cez pevné materiály a dochádza tak ku stratám.
Zmesou hélia, kyslíka a dusíka (Trimix) sa plnia tlakové fľaše určené na potápanie do veľkých hĺbok. Na rozdiel od dusíka totiž hélium nemá pri zvýšenom tlaku narkotické účinky a zmenšuje sa tak riziko vzniku dusíkového opojenia vo väčších hĺbkach.
Hélium sa tiež používa ako nosný plyn pre kapilárnu plynovú chromatografiu s hmotovo spektrometrickou detekciou.
Mimoriadne nízka teplota varu predurčuje kvapalné hélium, ako jedno zo základných médií pre kryogénne techniky, predovšetkým na výskum a praktické využitie supravodivosti rôznych materiálov.

Supratekutosť

S héliom je spojený zaujímavý fyzikálny jav, nazývaný supratekutosť. Kvapalné hélium sa totiž vyskytuje v dvoch formách – hélium I pri teplotách 2,1768 – 4,21 K a hélium II pri teplotách nižších ako 2,1768 K (tzv. lambda bod). Nazýva sa tak kvôli charakteristickému tvaru závislosti mernej tepelnej kapacity na teplote, ktorá pripomína tvar písmena .
Kým hélium I sa správa ako bežná tekutina, vykazuje hélium II veľmi nezvyčajné vlastnosti. Najmä tú, že táto kvapalina prakticky nemá vnútorné trenie (už Kapica určil, že viskozita hélia II je minimálne 10⁶ nižšia než viskozita hélia I), a preto nesmierne rýchlo tečie. Vďaka kapilárnemu javu dokonca preteká steny nádob, v ktorých je uskladňované a vyteká horným koncom do neho ponorenej kapiláry (jav zvaný fontánový efekt), čo vzbudzuje zdanie, akoby hélium II vôbec nebolo ovplyvňované gravitáciou.
Existencia neobvyklej tepelnej supravodivosti hélia bola spochybnená, prakticky a teoreticky objasnená pokusmi nositeľa Nobelovej ceny Piotra Leonidoviča Kapicu (pozri Experiment teorie, praxe; Nauka, Moskva 1977; Mladá fronta 1982). Tento jav bol vysvetlený zmenami energetického stavu hélia.

Geologické hodiny

Hélium často zostáva uzavreté v mineráloch a z jeho množstva možno vypočítať vek minerálu. Každý gram uránu uvoľní za rok jednu desaťmilióntinu mililitra hélia, takže 1 ml sa v ňom nahromadí za 10 miliónov rokov. Ak sa teda pretavením uvoľní z 1g horniny 50 ml hélia, značí to, že jej vek je 500 miliónov rokov. Na podklade „héliových geologických hodín“ geochronológia odhadla vek Zeme na 5 až 6 miliárd rokov.

Zaujímavosti

V roku 1970 sa podarilo sovietskym fyzikom na vtedy najväčšom urýchľovači sveta v Serpuchove pripraviť prvých 5 jadier antihélia. Skladajú sa z dvoch antiprotónov a z jedného antineutrónu.
V roku 2018 prvýkrát detegovali hélium v atmosfére extrasolárnej planéty. Išlo o planétu WASP-107b veľkosťou podobnú Neptúnu.