化学

ヘリウムってどんな物質?身近な例とともに化学系学生ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回は「ヘリウム」について勉強していこう。

ヘリウムと聞くと「ヘリウムガス」を思い浮かべる人が多いんじゃないか?
そう、お祭りの屋台で売っている、声が高くなるあのヘリウムガスだ。

そんなヘリウムという物質について、実際にヘリウムを扱うこともある化学系学生ライターずんだもちと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/ずんだもち

化学系の研究室で日々研究を重ねる理系学生。1日の半分以上の時間を化学実験に使う化学徒の鑑。受験生のときは化学が得意でなかったからこそ、化学を苦手とする人の立場に立ってわかりやすく解説する。

1.ヘリウムはどんな物質?

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ヘリウムは日常でもときどき耳にする名前ですね。風船の中に入っている気体、吸うと声が高くなる気体、などのイメージを持っている人も多いのではないでしょうか?そんなヘリウムについて、身近な例を踏まえながら、化学的な視点で解説していきます。

1-1.貴ガス

ヘリウムの特徴としてよく挙げられるのは「貴ガス」であることです。まずはこの貴ガスについて解説していきます。

貴ガスは周期表の一番右側の列にあるヘリウム、ネオン、アルゴンなどのことです。

貴ガスが持つ最大の特徴は反応性が非常に乏しいことになります。貴ガスは他の物質と混ぜても原則として反応することはなく、非常に安定です。このような性質から、貴ガスは不活性ガスと呼ばれることもあります。この呼び名は貴ガスの性質をよく表していているために現在でもよく使われますが、元素番号54のキセノン(Xe)が他の元素と化合物をつくることが発見されて以来は適切な呼び名ではなくなってしまいました。とはいえ、キセノンも特別な条件下でなければ化合物をつくることはなく、安定な気体です。

また、貴ガスは「希ガス」と書かれることも多くあります。こちらの表現の方が馴染みがある、という方も多いのではないでしょうか?以前は「珍しい気体」という意味で「希ガス」と呼ばれていましたが、実はそこまで珍しいものでもありません。みなさんは、大気中に含まれる気体のうち3番目に多いものは何だと思いますか?1位窒素、2位酸素の次は二酸化炭素だとよく勘違いされますが、実は貴ガスのアルゴンなのです。このような理由から、現在では希ガスという表記は適当ではないとされています。

1-2.とにかく軽い

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ヘリウムは貴ガスの中でも最も軽い気体であるという特徴があります。

ヘリウムが周期表の中でどこにあるか思い出してみましょう。ヘリウムは周期表の1番右上に位置していて、その原子番号は2になります。原子番号はおおよそ、その原子の重さ(原子量)の順です。すなわち、ヘリウムは2番目に軽い元素ということになります。

多くの気体は水素(H2)や酸素(O2)のような2原子分子です。そのため原子番号の順だけで気体の重さの順を決めることはできません。しかし気体分子の構造まで加味しても、ヘリウムは水素について2番目に軽い気体として知られています。ヘリウムを入れた風船が大気中で浮いているのはこような理由からだったのですね。

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ヘリウムそのものはあまりに軽いために、地球の弱い重力ではとどめておくことができないんだ。

産業で使われているヘリウムは、天然ガスから抽出したものなんだぞ。

1-3.宇宙には大量のヘリウムがある

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みなさんは宇宙全体で最も多い元素を知っていますか?

残念ながら最も多い元素はヘリウムではなく水素です。そして、その割合は76%と言われています。宇宙はほとんどが水素でできているのですね。

ヘリウムはこの水素についで2番目に多い元素です。その割合はどのくらいだと思いますか?実は、ヘリウムは宇宙全体の元素の23%を占めます。予想を大幅に上回った人が多いのではないでしょうか?なぜならば、水素とヘリウムだけで宇宙全体の99%を占めることになってしまうからです。残りの多くの元素は全て足し合わせても1%しかないのですね。

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