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L'hélium possède deux [[isotope]]s stables : l'{{nobr|[[hélium 4]]}} ({{exp|4}}He), le plus abondant, et l'{{nobr|[[hélium 3]]}} ({{exp|3}}He). Ces deux isotopes, contrairement à ceux de la plupart des éléments chimiques, diffèrent sensiblement dans leurs propriétés, car le rapport de leurs masses atomiques est important. D'autre part, les effets quantiques, sensibles à basse énergie, leur donnent des propriétés très différentes. Le présent article traite essentiellement de l'{{nobr|hélium 4}} ({{exp|4}}He). L'article ''{{nobr|[[Hélium 3]]}}'' compile les propriétés spécifiques de l'isotope {{exp|3}}He.
 
Le mot ''hélium'' a été construit à partir du grec ''Helios'' ({{grec ancien|Ἥλιος}} / ''{{Lang|grc-Latn|Hếlios}}'', {{citation|le [[Soleil]]}}), cet élément ayant été observé pour la première fois dans le [[Raies de Fraunhofer|spectre solaire]] le {{date-|18 août 1868}}, au cours d'une [[éclipse totale]] de Soleil, par l'astronome [[Jules Janssen]]<ref>{{Ouvrage|auteur1=Paul Depovere |titre=La classification périodique des éléments. La merveille fondamentale de l'Univers |éditeur=[[De Boeck Supérieur]] |année=2002 |passage=103 |isbn=}}.</ref>.
 
L'hélium est, après l'[[hydrogène]], l'élément le plus abondant dans l'[[Univers]]. L'essentiel de cet hélium a été produit lors de la [[nucléosynthèse primordiale]] mais d'autres processus en produisent, notamment la {{nobr|[[radioactivité α]]}} ({{cf.}} sous-section [[#Abondance naturelle|Abondance naturelle]]). Sur la [[Terre]], selon une estimation du {{Lang|en|[[Bureau of Land Management]]}} des [[États-Unis]] de 2006, les ressources d'hélium totalisent {{Uniténobr|52| milliards}} de mètres cubes<ref name="sciencehand" />.
 
L'hélium a divers usages en forte croissance, alors que la production industrielle a diminué pour des raisons conjoncturelles : sa raréfaction devient inquiétante<ref>{{Lien web|langue=fr |auteur1=Audrey Chauvet |titre=Les réserves mondiales d'hélium se dégonflent |url=https://www.20minutes.fr/planete/590745-20100830-planete-les-reserves-mondiales-d-helium-se-degonflent |site=www.20minutes.fr |date=30/08/2010 |consulté le=2019-06-22}}.</ref>. Cependant, le marché de l'hélium est calme en 2016, et il est récemment passé de la pénurie au surplus<ref name="sciencehand">{{Article |langue=en |auteur=Eric Hand |titre=Massive helium fields found in rift zone of Tanzania |périodique=[[Science (magazine)|Science]] |date=8 juillet 2016 |volume=353 |numéro=6295 |pages=109-110 |DOI=10.1126/science.353.6295.109 |lire en ligne=http://science.sciencemag.org/content/353/6295/109.full |accès url=inscription |consulté le=11 juillet 2016}}.</ref>.
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== Isotopes et propriétés nucléaires ==
{{Article détaillé|Isotopes de l'hélium|Hélium 3}}
[[Fichier:He-3 atom.png| vignette|Schéma d'ungauche| [[Isotopesredresse=0.7| de l'hélium|isotopeSchéma de l'hélium]], l'{{lnobr|hélium 3}}.]]
[[Fichier:He-4 atom.png| vignette| gauche| redresse=0.7| Schéma de l'{{lnobr|hélium 4}}.]]
On connait huit [[isotope]]s de l'hélium. L'{{nobr|[[hélium 3]]}} (deux protons et un neutron) et l'{{nobr|[[hélium 4]]}} (deux protons et deux neutrons) sont stables, les autres sont extrêmement instables, certains n'existant virtuellement que lors de leur formation. Dans l'atmosphère terrestre, il n'y a qu'un atome d'{{nobr|hélium 3}} pour environ un million d'atomes d'{{nobr|hélium 4}}<ref name="nbb">{{Ouvrage|langue=en |prénom1=John |nom1=Emsley |titre=Nature's building blocks |sous-titre=an A-Z guide to the elements |lieu=Oxford New York |éditeur={{lang|en|[[Oxford University Press]]}} |année=2001 |pages totales=538 |passage=175–179 |isbn=978-0-19-850340-8 |isbn2=978-0-198-50341-5 |oclc=248877093 |lire en ligne=https://books.google.fr/books?id=j-Xu07p3cKwC&pg=PP1}}.</ref>. Contrairement à la plupart des éléments, l'abondance isotopique de l'hélium varie considérablement selon son origine, en raison des processus de formation différents. L'isotope le plus abondant, l'{{nobr|hélium 4}}, est produit sur [[Terre]] par la [[radioactivité α]] d'éléments lourds : les particules α qui y sont produites sont des noyaux d'{{nobr|hélium 4}} complètement ionisés. L'{{nobr|hélium 4}} est un noyau à la stabilité inhabituelle, parce que ses [[nucléon]]s sont arrangés en [[Modèle en couches|couches complètes]].
 
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=== Plasma ===
[[Fichier:HeTube.jpg| vignette| gauche| redresse=0.87| Une [[lampe à décharge]] fonctionnant à l'hélium.]]
 
La plupart de l'hélium extraterrestre se trouve dans l'état de [[Physique des plasmas|plasma]], dont les propriétés diffèrent notablement de celles de l'hélium atomique. Dans le plasma, les électrons de l'hélium ne sont pas liés au noyau, ce qui conduit à une très grande conductivité électrique, même quand l'ionisation est partielle. Les particules chargées sont très sensibles aux champs électrique et magnétique. Par exemple, dans le [[vent solaire]], l'hélium et l'hydrogène ionisés interagissent avec la [[magnétosphère]] terrestre, donnant lieu aux phénomènes de [[Courant de Birkeland|courants de Birkeland]] et aux [[Aurore polaire|aurores polaires]]<ref>{{article | langue =en | prénom1 =F. | nom1 =Buhler | nom2 =W. I. Axford, H. J. A. Chivers, K. Martin | titre =Helium isotopes in an aurora | périodique ={{lang|en|J. Geophys. Res.}} | volume =81 | numéro =1| année =1976 | pages =111–115 | doi =10.1029/JA081i001p00111 | commentaire ={{lang|en|Abstract}}. }}</ref>.
 
Comme les autres gaz nobles, l'hélium a des niveaux d'énergie [[métastables]] qui lui permettent de rester excité dans une décharge électrique dont la tension est inférieure à son potentiel d'ionisation. Ceci permet son utilisation dans les [[Lampe à décharge|lampes à décharge]].
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=== Liquide ===
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=== Découverte ===
La première indication de l'hélium est observée le {{date-|18 août 1868}}, comme une raie jaune brillante à une [[longueur d'onde]] de {{unité|587.49|nm}} dans le [[Spectre d'émission|spectre]] de la [[chromosphère]] du [[Soleil]]. Cette raie est détectée par l'astronome français [[Jules Janssen]] pendant une [[Éclipse solaire|éclipse totale]] à [[Guntur (Inde)]]Le mot ''hélium'' a été construit à partir du grec ''Helios'' ({{grec ancien|Ἥλιος}} / ''{{Lang|grc-Latn|Hếlios}}'', {{citation|le [[Soleil]]}}), cet élément ayant été observé pour la première fois dans le [[Raies de Fraunhofer|spectre solaire]] le {{date-|18 août 1868}}, au cours d'une [[éclipse totale]] de Soleil, par l'astronome [[Jules Janssen]]<ref>{{Ouvrage|auteur1=Paul Depovere |titre=La classification périodique des éléments. La merveille fondamentale de l'Univers |éditeur=[[De Boeck Supérieur]] |année=2002 |passage=103 |isbn=}}.</ref>{{,}}<ref name="frnch">{{article | langue =en | prénom1 =R. K. | nom1 =Kochhar | titre =French astronomers in India during the 17th - 19th centuries | périodique ={{lang|en|Journal of the British Astronomical Association}} | volume =101 | numéro =2 | année =1991 | pages =95–100 | url texte =http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1991JBAA..101...95K/0000100.000.html | consulté le =23 juin 2009}}.</ref>{{,}}<ref name="nbb" />. Au début, on pense que cette raie est celle du [[sodium]]. Le {{date-|20 octobre 1868-}} de la même année, l'astronome anglais [[Joseph Norman Lockyer|Norman Lockyer]] observe une raie jaune dans le spectre solaire, qu'il appelle [[Raies de Fraunhofer|raie de Fraunhofer]] D{{ind|3}}, en raison de sa proximité avec les raies bien connues D{{ind|1}} et D{{ind|2}} du sodium<ref>{{en}} ''{{lang|en|The Encyclopedia of the Chemical Elements}}'', {{op. cit.}}, {{p.|256}}.</ref>. Il en conclut qu'elle est provoquée par un élément du Soleil inconnu sur Terre. Lockyer et le chimiste anglais [[Edward Frankland]] nomment cet élément d'après le mot grec pour Soleil, {{Lang|grc|ἥλιος}} (''[[hélios]]'')<ref>{{en}} W. Thomson, ''{{lang|en|Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium.}}'', {{lang|en|Rep. Brit. Assoc.}} {{rom-min|xcix|99}}, 1872.</ref>.
 
En 1882, [[Luigi Palmieri]] réussit pour la première fois à démontrer la présence d'hélium sur la Terre, par l'[[analyse spectrale]] de la lave du [[Vésuve]].