L’elio è un elemento chimico con numero atomico 2, il che significa che un atomo di elio neutro ha due protoni e due elettroni. Le proprietà chimiche più importanti dell’elio includono la sua massa atomica, lo stato della materia, i punti di ebollizione e di fusione e la densità. L’elemento ha una massa atomica di 4.0026 grammi per mole ed è un gas a quasi tutte le temperature e condizioni di pressione. La densità dell’elio è 0.1786 grammi per litro a 32°F (0.0°C) e 101.325 kilopascal (kPa).
L’elio liquido e solido può esistere solo in condizioni di alta pressione a temperature estremamente basse. Una delle proprietà insolite dell’elio è che non può esistere come solido o liquido a pressioni normali, anche a temperature estremamente basse. Ad una pressione di circa 360 libbre per pollice quadrato (2.5 megapascal), la transizione tra liquido e solido, o il punto di fusione, è di -458 ° F (0.95 Kelvin). Il punto di ebollizione è -452°F (4.22 Kelvin).
Alcune delle proprietà dell’elio lo rendono un argomento di studio interessante e comune nella meccanica quantistica. È, a causa del suo basso numero atomico, il secondo atomo più semplice dopo l’idrogeno. Le procedure matematiche possono essere utilizzate per analizzare i comportamenti delle particelle subatomiche – protoni, elettroni e neutroni – all’interno dell’atomo di elio. Tali metodi non possono, tuttavia, determinare con assoluta certezza il comportamento di queste particelle. Gli atomi con numeri atomici più grandi, che hanno più particelle subatomiche, tendono ad essere più difficili da lavorare in termini di analisi della meccanica quantistica.
L’elio è il meno reattivo di tutti gli elementi. Le proprietà non reattive dell’elio derivano dal fatto che è il più leggero dei gas nobili generalmente non reattivi. Un gas nobile ha un guscio elettronico “pieno”, il che significa che non può facilmente dare o ricevere elettroni in una reazione chimica. Lo scambio o la condivisione di elettroni è alla base della maggior parte delle reazioni chimiche, quindi i gas nobili tendono a partecipare a poche reazioni chimiche. Inoltre, l’elio ha solo due elettroni che potrebbero partecipare a una reazione, mentre tutti gli altri gas nobili – e in effetti, tutti gli elementi a parte l’idrogeno – ne hanno di più.
Ci sono molti usi diversi per l’elio che derivano dalle proprietà chimiche dell’elio, in particolare la sua leggerezza, le sue qualità di temperatura e pressione e la sua bassa reattività. L’elio è, ad esempio, considerevolmente più leggero dell’aria, quindi è spesso usato per riempire i palloncini in modo che possano galleggiare e dirigibili come i dirigibili in modo che possano volare. L’elio liquido, che può esistere solo a pressioni estreme ea temperature molto basse, viene utilizzato come refrigerante per i superconduttori, che assumono le loro proprietà estremamente conduttive solo a temperature molto basse.