123.218.234.52: /* 同位体 */

2015-02-04T23:19:00Z

‎同位体

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新規ページ

{| class="wikitable" style="width: 20em; float: right; margin-left: 0.5em; background: white; font-size: 95%"
|- style="background-color: white"
| colspan="2" style="text-align: center" |
{|
| || style="border-style: none; text-align: center" | [[水素]] - '''ヘリウム''' (- [[リチウム]])
|-
| style="border-style: none; text-align: center; vertical-align: middle"| '''He''' [[ネオン|Ne]]
| style="border-style: none" | [[画像:He-TableImage.png|250px]]<div style="text-align: right">[[周期表]]</div>
|}
|-
! colspan="2" style="background: #c0ffff" | 一般特性
|-
| style="width: 43%" | [[元素の名前順一覧|名称]], [[元素の記号順一覧|記号]], [[元素の番号順一覧|番号]] || ヘリウム, He, 2
|-
| [[元素の分類|分類]] || [[希ガス]]
|-
| [[元素の族|族]], [[元素の周期|周期]], [[元素のブロック|ブロック]] || [[第18族元素|18 (0)]], [[第1周期元素|1]] , [[sブロック元素|s]]
|-
| [[密度]], [[モース硬度|硬度]] || 0.1785 kg·m−3, no data
|-
| 単体の[[色]] || style="text-align: center" | 無色 [[Image:He,2.jpg|120px|ヘリウム]]
|-
! colspan="2" style="background: #c0ffff" | 原子特性
|-
| [[質量]] || 6.6466 x 10-24 g
|-
| [[原子量]] || 4.002602 [[原子質量単位|u]]
|-
| [[原子半径]] (計測値) || no data (31) [[ピコメートル|pm]]
|-
| [[共有結合半径]] || 32 pm
|-
| [[ファンデルワールス半径|VDW半径]] || 140 pm
|-
| [[電子配置]] || 1[[s軌道|s]]2
|-
| [[電子殻]] || 2
|-
| [[酸化数]]（[[酸化物]]） || 0（no data）
|-
| [[結晶構造]] || [[六方晶系]]
|-
! colspan="2" style="background-color: #c0ffff" | 物理特性
|-
| [[相]] || [[気体]]
|-
| [[融点]] || 1.0 [[ケルビン|K]] (at 2.6 MPa) (-272.2 [[摂氏|℃]], -458.0 [[華氏|°F]])
|-
| [[沸点]] || 4.216 K (-268.934 ℃, -452.081 °F)
|-
| [[モル体積]] || 21.0 × 10−3 m3·mol−1
|-
| [[気化熱]] || 0.0845 kJ·mol−1
|-
| [[融解熱]] || 5.23 kJ·mol-1
|-
| [[蒸気圧]] || no data
|-
| [[音速|音の伝わる速さ]] || 970 [[メートル毎秒|m·s−1]] (293.15 K)
|-
! colspan="2" style="background: #c0ffff" | その他
|-
| [[クラーク数]] || 8×10-7[[パーセント|%]]
|-
| [[電気陰性度]] || no data （[[ライナス・ポーリング|ポーリング]]）
|-
| [[比熱容量]] || 5193 J·kg−1·K−1
|-
| [[導電率]] || no data
|-
| [[熱伝導率]] || 0.152 W·m−1·K−1
|-
| rowspan="2" | [[イオン化エネルギー]] || 第1: 2372.3 kJ·mol−1
|-
| 第2: 5205.5 kJ·mol−1
|-
| [[CAS登録番号]] || [7440-59-7]
|-
| 発見者 || [[ウィリアム・ラムゼー]]
|-
| 発見年 || [[1895年]]
|-
! colspan="2" style="background: #c0ffff" | （比較的）安定同位体
|-
| colspan="2" |
{| class="wikitable" style="width: 98%; margin: 0; background: white"
|- style="font-size: 85%; text-align: center; font-weight: bold"
| [[同位体]] || [[天然存在比|NA]] || [[半減期]] || [[崩壊モード|DM]] || [[崩壊エネルギー|DE]]/[[メガ|M]][[電子ボルト|eV]] || [[崩壊生成物|DP]]
|-
| 3He || 0.000137% || colspan="4" | 中性子1個で[[安定]]
|-
| 4He || '''99.999863%''' || colspan="4" | 中性子2個で[[安定]]
|-
| 6He || [[放射性同位体|{syn.}]] || 807 ミリ[[秒]] || [[ベータ崩壊|β-]] || 3.508 ||[[リチウム|6Li]]
|}
|-
! colspan="2" style="background: #c0ffff; font-size: 85%" | 注記がない限り[[国際単位系]]使用及び[[標準状態]]下。
|}

'''ヘリウム''' (''Helium'') は[[原子番号]] 2、[[元素記号]] '''He''' の[[元素]]。無色、無臭、無味、無毒で最も軽い[[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[[単原子分子|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]]の[[大気]]の0.0005%を占め、[[鉱物]]や[[ミネラルウォーター]]のなか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]]の[[浮揚用ガス]]として用いられたり、液体ヘリウムを[[超伝導]]用の[[低温素材]]としたり、深海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]]ではヘリウムは[[単原子分子|単原子ガス]]としてのみ存在できる。ヘリウムを固化するには非常に特殊な条件下にお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。液体とガスの[[臨界温度]]の差は 5.19 [[ケルビン|K]] しかない。固体ヘリウムは [[ヘリウム3]] と [[アルファ粒子|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、2.5-3.5 [[メガ|M]][[パスカル|Pa]] 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 ==
ヘリウムは空気よりも軽いため、浮揚用ガスとして使われ、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。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]]のガスなど広く利用されている。

以下のような他の用途がある。
* ヘリウムと[[酸素]]の[[混合ガス]]は[[テクニカルダイビング]]など、深海潜水用の呼吸ガスとして用いられる。ヘリウムは[[窒素]]よりも[[麻酔]]作用が少ないため、[[窒素中毒]]を起こしにくく、さらに粘度が低いため、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ため、使い方によっては[[減圧症]]になる可能性を低減できる。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1000m/s）ため<ref>共鳴の起こる波長([[喉頭腔]]の大きさに依存)を一定とすると、周波数はその媒質を伝わる波の速さに比例する。[[周波数#定義]]を参照。</ref>、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#ドナルドダック効果|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。ヘリウムに毒性はないが、酸素を混入していないヘリウムを吸入したことによる酸欠事故がまれに起こっている。このため、パーティグッズのヘリウム缶は酸素が20%ほど含まれている。
* ヘリウムは沸点、融点ともに最も低い元素であり、液体ヘリウムは他の超低温物質よりも低温となり、[[超伝導]]や[[低温学]]など、[[絶対零度]]に近い環境での研究が必要な分野で冷媒として使用されている。また、[[3He-4He希釈冷凍法|ヘリウム3とヘリウム4を使った希釈冷凍法]]がある。
*[[能美防災]]の民生用蓄圧式[[消火器]]には、[[窒素]]の代わりに圧力源として使われている。
* [[ガスクロマトグラフィー]]などの[[搬送ガス]]としても使用される。
* [[水素爆弾]]では[[水素]]がヘリウムになる[[核融合]]反応が使用されている。
* 液体ヘリウムはロケットの噴射口を守る冷却剤、[[ケイ素|シリコン]]や[[ゲルマニウム]]結晶の保護材、あるいは[[原子炉]]の[[冷却材]]、[[超音速]][[風洞]]実験での充満ガスとして用いられている。
* [[同位体]]であるヘリウム3は[[核融合エネルギー|核融合発電]]の燃料としての利用が考えられている。しかし、現在熱核融合炉で想定されている温度の領域では、[[トリチウム]]燃料の場合に比べて核融合反応が起こりにくい上、地球上で天然に採取する事はほとんど不可能である。[[太陽]]から噴出した[[太陽風]]が[[月面]]に堆積した物を採取する、[[木星]]などの[[木星型惑星|木星型惑星]]で採取する等の方法が検討されている。
* 液体ヘリウムは[[核磁気共鳴分光法|NMR]]や[[核磁気共鳴画像法|MRI]]の測定装置で[[超伝導電磁石]]の冷却に使われている。
* ヘリウムは分子が小さく、きわめて微小な孔にも浸入可能であるため (ヘリウムを詰めた風船が時間が経つと小さくしぼみ、浮力が落ちるのはこのためである)、配管のリーク（漏れ）を高精度で[[非破壊検査]]するのに用いられることがある（配管に気体のヘリウムを流してヘリウムリークディテクタで漏れを検知する）。前述の特徴のほか、化学的に安定で人畜に無害、また大気中にほとんど存在しないため誤検出の心配がないなど、この用途には理想的な物質であるとされている。
** しかしわずかな隙間にも侵入するため、防水として設計された時計などの隙間にも侵入し、浮上の際に圧力変化によって腕時計のガラスを吹き飛ばしてしまうことがある。このため、一部の腕時計にはヘリウム・エスケープ・バルブが付いており、この機構で内部のヘリウムを外へ逃がすことができる。

== 歴史 ==
ヘリウムは[[1868年]]に[[フランス]]の[[ピエール・ジャンサン]]と[[イギリス]]の[[ノーマン・ロッキャー]]がそれぞれ別個に存在を予言した。二人ともその年にあった[[日食]]の[[太陽光線]]について研究をしており、[[分光学]]での[[輝線スペクトル]]から未知の元素があることに気付いた。[[エドワード・フランクランド]]がジャンセンの予言を立証し、さらにその元素が太陽の観測から発見されたことから、[[ギリシャ神話]]の太陽神[[ヘリオス]]の名に -ium をつけた名前を提案した。-ium は本来金属につける[[ラテン語]]の派生名詞中性語尾だが、これはこの時点でヘリウムが金属と思われていたからだった。元素記号 '''He''' はその頭文字である。[[1895年]]にイギリスの[[ウィリアム・ラムゼー]]卿により[[ウラン]]鉱石からヘリウム単体が取り出され、精製した結果金属でないことがわかったが、名前が変更されることはなかった。[[スウェーデン]]の[[化学者]][[ニールス・ラングレット]]と[[ペール・テオドール・クレーベ]]はラムゼーと別個にヘリウムの分離に成功していた。

[[1907年]]に[[アーネスト・ラザフォード]]と[[トーマス・ロイズ]]は[[アルファ粒子]]がヘリウムの原子核（ヘリウム4）であることを発見した。また、[[1908年]]オランダの[[ヘイケ・カメルリング・オネス]]は 0.9Kまで温度を下げることで液体ヘリウムを初めて製造した。この偉業により彼は[[1913年]]に[[ノーベル賞]]を受けている。また、オネスの弟子である[[ウィレム・ヘンドリック・ケーソン]]は[[1926年]]に初めて固体ヘリウムを作ることに成功した。

== 供給源 ==
ヘリウムは地球の大気中に5ml/m3しか含まれていないため、産業的な供給源は北アメリカ産やアルジェリア産の[[天然ガス]]から得ている。これらのガスには、岩石中の[[放射性同位体|放射性元素]]が自然に核崩壊して生じたヘリウムが1 - 7％含まれている。

ヘリウムの供給源は偏在しており、アメリカ合衆国が最大の供給元である。そのためアメリカ合衆国は、ヘリウムを国家戦略物質として取り扱い、その供給量を毎年調整していた。しかし近年、MRIなどの冷媒用などにヘリウムの需要が急拡大しており、その供給が追いついていない状況にある。また、ヘリウム供給の施設は老朽化が激しく改修も進んでおらず、現在の供給不足の状況は当分続くと思われる。そこでアメリカ合衆国は2007年に方針転換し、それまで供給調整のため大量に備蓄していた液体ヘリウムまで市場へ販売するようになっている。これにより、ヘリウム市場の供給と需要は何とかバランスを保っている。ただし、その備蓄している液体ヘリウムが状況改善前に底をつけば、深刻なヘリウム不足と価格高騰が予測される<ref>サイエンス日本語版2007年12月号</ref>。

== 消費 ==
デパートチェーンのメイシーズは、感謝祭のパレードで披露する巨大なキャラクターの風船にヘリウムを使用しており、アメリカ軍に次いで世界第二のヘリウム消費者となっている。

== 同位体 ==
ヘリウム原子の[[原子核]]は 2つの[[陽子]]と2つの[[中性子]]からなり、周りを2つの[[電子]]が回って構成される（ヘリウム4）。[[同位体]]にヘリウム3（陽子 2、[[中性子]] 1、電子 2）がある。

ヘリウム3は、天然には非常に僅かしか存在しないので、原子炉で生成したものが利用される。原子炉内で、[[リチウム]]6に中性子を当てると、[[三重水素]]とヘリウム4ができ、この三重水素が[[ベータ崩壊]]して、ヘリウム3となる（半減期12.5年）。

そのほか、人工的に作られた同位体としては、ヘリウム6、ヘリウム8、ヘリウム10などがある。

ヘリウムの同位体を用いた地球化学的な応用は大きく分けて2つある。まず、ヘリウム3を[[トレーサー]]とした地球物質の循環を探ることができる。もうひとつは岩石中に天然に存在する放射性同位体であるウランや[[トリウム]]の放射壊変（[[アルファ崩壊]]）に伴って放出されるヘリウム4の蓄積量から、その岩石の生成年代を求めることができる（U, Th/He [[放射年代測定]]）。

== 関連項目 ==
{{Commons|Helium}}
* [[超流動]]

== 脚注 ==
{{reflist}}
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{{元素周期表}}

{{DEFAULTSORT:へりうむ}}
[[Category:元素]]

[[en:Helium]]

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	ヘリウムの同位体を用いた地球化学的な応用は大きく分けて2つある。まず、ヘリウム3を[[トレーサー]]とした地球物質の循環を探ることができる。もうひとつは岩石中に天然に存在する放射性同位体であるウランや[[トリウム]]の放射壊変（[[アルファ崩壊]]）に伴って放出されるヘリウム4の蓄積量から、その岩石の生成年代を求めることができる（U, Th/He [[放射年代測定]]）。		ヘリウムの同位体を用いた地球化学的な応用は大きく分けて2つある。まず、ヘリウム3を[[トレーサー]]とした地球物質の循環を探ることができる。もうひとつは岩石中に天然に存在する放射性同位体であるウランや[[トリウム]]の放射壊変（[[アルファ崩壊]]）に伴って放出されるヘリウム4の蓄積量から、その岩石の生成年代を求めることができる（U, Th/He [[放射年代測定]]）。
		+	====アクシデント====
		+	2015年1月28日に番組ロケで3Bの大平ひかる?が倒れてしまった

	== 関連項目 ==		== 関連項目 ==

ヘリウム - 変更履歴

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