How big is Atome d'hélium?

Un atome d'hélium possède deux électrons autour d'un noyau formé de deux protons et, presque toujours, de deux neutrons. Mesuré de la même manière que l'atome d'hydrogène dans l'explorateur, soit deux fois la distance à laquelle ses électrons ont le plus de chances de se trouver, il mesure environ 0,06 nanomètre de diamètre, soit 62 picomètres. Un picomètre est un billionième de mètre.

Taille

Un atome n'a ni forme ni taille rigides. Ses électrons forment un nuage autour du noyau, sans limite extérieure nette, si bien qu'il existe plusieurs façons de définir la taille d'un atome, chacune donnant un nombre différent. Le chiffre donné ici provient de calculs sur l'endroit où les électrons ont le plus de chances de se trouver.

Selon cette mesure, les électrons de l'hélium se trouvent le plus souvent à environ 31 picomètres du noyau, ce qui donne un atome d'environ 62 picomètres de diamètre. L'hélium est donc plus petit que l'hydrogène, alors même qu'il possède deux fois plus d'électrons. Son noyau compte deux protons au lieu d'un seul, et leur attraction plus forte rapproche les électrons.

Les chimistes mesurent aussi la distance minimale à laquelle deux atomes séparés peuvent s'approcher avant de se repousser. Cette mesure, le rayon de van der Waals, donne à l'atome d'hélium un diamètre d'environ 280 picomètres.

Comparaisons de taille

Un atome d'hydrogène, large de 106 picomètres selon la même mesure, est environ 1,7 fois plus large qu'un atome d'hélium.
Un atome d'hélium est environ 18 000 fois plus large que son noyau, qui mesure environ 3,4 femtomètres de diamètre. Un femtomètre est un millionième de nanomètre.
Si un atome d'hélium était agrandi à la taille d'un terrain de football américain, soit 110 mètres de long, zones d'en-but comprises, son noyau mesurerait environ 6 millimètres de diamètre.
Environ 1,3 à 1,6 million d'atomes d'hélium côte à côte couvriraient la largeur d'un cheveu.
Environ 60 longueurs d'onde de rayons gamma d'un picomètre, mises bout à bout, couvriraient un atome d'hélium.

Découvert dans le Soleil

L'hélium a été découvert dans le Soleil avant de l'être sur Terre. Chaque élément émet de la lumière selon un ensemble de raies colorées nettes, appelé son spectre, qui fonctionne comme une empreinte digitale. En 1868, les astronomes Pierre Janssen et Joseph Norman Lockyer ont chacun observé, dans le spectre du Soleil, une raie jaune ne correspondant à aucun élément connu. Lockyer a nommé le nouvel élément d'après Hélios, le mot grec désignant le Soleil.

En 1895, le chimiste William Ramsay a découvert l'hélium sur Terre, dans un gaz libéré par la dissolution d'un minéral d'uranium dans un acide. Les chimistes suédois Per Teodor Cleve et Nils Abraham Langlet, à Uppsala, l'ont découvert indépendamment la même année.

D'où vient l'hélium

L'hélium est le deuxième élément le plus abondant de l'univers, après l'hydrogène, et représente environ un quart de la masse du Soleil. Sur Terre, il se forme lors de la désintégration de l'uranium et du thorium. Ces éléments émettent des particules alpha, chacune étant un noyau d'hélium. Une fois qu'il capte deux électrons, ce noyau devient un atome d'hélium.

Une partie de cet hélium reste piégée sous terre, et on l'extrait du gaz naturel, qui peut en contenir jusqu'à 7 %. L'hélium qui s'échappe dans l'air est assez léger pour quitter complètement la Terre et dériver dans l'espace. L'hélium liquide bout à −269 degrés Celsius, le point d'ébullition le plus bas de toutes les substances, ce qui explique qu'on l'utilise pour refroidir les aimants de la plupart des appareils d'IRM hospitaliers.