헬륨, Helium

헬륨, Helium
원자 기호	He
원자 번호	2
족, 주기, 구역	18족, 1주기, s-구역
전자배치	1s2
무색의 기체이지만 고전압의 전기장에서 헬륨은 보라색 빛을 낸다.
헬륨 기체의 스펙트럼
원소 분류	비활성 기체
원자량	4.002 602(2) g/mol
상태	기체
밀도	0.1786 g/L (0℃, 1기압)
녹는점	0.95 K (2.5 MPa에서)
끓는점	4.22 K
임계점	5.19 K, 0.227 MPa
융해열	ΔfusH˚ = 0.0138 kJ/mol
기화열	ΔvapH˚ =  0.8298 kJ/mol
25℃에서의 열용량	20.786 J/mol·K
전기음성도	No data (폴링 척도)
이온화에너지	1st : 2372.3 kJ/mol 2nd: 5250.5 kJ/mol
공유 반지름	28 pm
반데르발스 지름	140 pm
결정 구조	육방정계
자기성	반자성
열전도율	0.1513 W/m·K (300℃)
음속	972 m/s (기체, 27℃)

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 헬륨은 원자번호 2번, 원소 기호 He인 원소이고 원자량은 4.002 602이다. 헬륨은 색이 없고 냄새도 없으며 맛도 없는 비활성 단원자 기체로 주기율표 18족 맨 위에 있다. 헬륨의 녹는점과 끓는점은 원소들 중에서 가장 낮으며 고체는 기압이 무려 2.5MPa 이상이 되어야 존재하게 된다. 헬륨은 수소 다음으로 우주에서 가장 많이 있는 원소이며 우리 은하에서는 24%를 차지하고 있다. 헬륨은 두번째로 가장 가벼운 원소이며, 우주에 두번째로 가장 많이 존재하는 원소이다. 헬륨의 양은 헬륨보다 무거운  모든 원소들의 합보다 12배나 더 많다. 


 헬륨 관측의 첫번째 증거는 1868년 8월 18일 태양의 채층에서 파장이 587.49nm의 밝은 노란색 스펙트럼을 프랑스의 천문학자 피에르 장센(Pierre Jules Csar Janssen)이 인도에서 개기일식에서 관착했다. 처음엔 이 노란색 선은 나트륨에서 나왔을 것이라 가정했었다.

영국의 과학자 노르만 로키어(Norman Lockyer)와 함께 이를 분석했다. 이 노란색 스펙트럼 선은 아직 발견하지 못한 원소의 것으로 생각하고 이 원소에 이름을 붙였는데, 그리스어의 태양 'Helios'에서 따서 'Helium(헬륨)'이라 명명하였다.

헬륨은 -150℃~-273℃를 연구하는 저온학(Cryogenics), 초전도 금속의 냉각제, 상업용 MRI 등에 주로 쓰인다. 풍선, 기구, 비행선을 띄우기도 한다. 헬륨을 흡입하면 성대 부근의 공기의 밀도가 달라져서 일시적으로 사람의 목소리를 다르게 낼 수 있다. ⁴He는 헬륨I과 헬륨II이라는 두개의 액체상을 가지는데 양자역학적인 연구나, 점성이 전혀 없는 초유체의 연구, 초전도현상과 같이 절대영도 부근에서의 물질들이 보이는 현상을 연구하는데에 쓰인다.

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헬륨은 수소 원자 다음으로 가장 간단한 원자이다. 헬륨은 두개의 양성자와 1개 또는 2개의 중성자를 2개로 구성되는 핵과 핵을 둘러싸는 전자는 오비탈 (atomic orbital)로 구성되어 있다. 하지만 3체문제로 수학적으로 정확하게 풀 수 없으며, 한개의 핵과 두개의 전자로 구성된 헬륨을 수학적으로 풀기 위해서 수치 계산을 사용한다. 그래서 전산 화학(computational chemistry)적인 방법은 2% 오차 이내로 정확한 양자역학적인 모델을 만들 수 있다.

헬륨-4와 전자 껍질의 안정성
헬륨-4의 핵은 알파 입자와 같다. 고 에너지 전자 산란 실험은 전하가 원자핵에서 가장 최대가 되고 원자 핵으로부터 멀어질 수록 전하가 지수함수적으로 감소함을 보여준다. 그리고 이것은 헬륨의 전자 구름의 전자 밀도와 정확하게 같다. 헬륨 핵의 중성자 쌍과 양성자 쌍은 같은 양자역학적인 규칙으로 헬륨의 전자쌍의 파동함수를 결정한다.