الهيليوم هو عنصر كيميائي له الرمز He وله العدد الذري 2. يقع الهيليوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الأولى وعلى رأس عناصر المجموعة الثامنة عشر ويمتلك بروتونين ونيوترونين في نواته ويحيط بها الكترونين. في الظروف القياسيّة من الضغط ودرجة الحرارة فإنّ الهيليوم عبارة عن غاز عديم اللون والرائحة، غير سام وليس له مذاق. ينتمي الهيليوم إلى الغازات النبيلة لذلك فهو غاز خامل أحادي الذرة، وبسبب خموله الكيميائي لا توجد جزيئات له، فهو يوجد دائماً في صورته الذريّة. للهيليوم أقلّ درجة غليان وانصهار مقارنةً ببقيّة العناصر الكيميائيّة، وهو يوجد أغلب الأحيان في الحالة الغازيّة باستثناء ظروف خاصة جداً.
يعدّ الهيليوم ثاني أخفّ العناصر في الكون بعد الهيدروجين، كما أنه ثاني أكثر العناصر وفرةً في الكون، حيث يشكّل 24% من الكون بالنسبة لكتلة العناصر. بالنسبة لوفرته على الأرض فإن الهيليوم نادر الوجود طبيعيّاً، حيث يشكّل فقط 5.2 جزء من المليون بالنسبة للغلاف الجوي. للهيليوم عدّة نظائر لكنّ أكثر من 99% من الهيليوم على الأرض هو هيليوم-4، والذي تتألّف نواته من بروتونين ونيوترونين اثنين.
يوجد غاز الهيليوم في بعض حقول الغاز الطبيعي بنسبة تصل إلى 7% حجماً، حيث يستخرج من هناك بواسطة التقطير التجزيئي. تجدر الإشارة إلى أن مصادر الهيليوم قابلة للنفاد، حيث أنّه العنصر الوحيد الذي لديه سرعة إفلات، أي أنه عندما يطلق في الغلاف الجوي فإنه يتسرّب إلى الفضاء الخارجي.
يستخدم الهيليوم في تقنيّات التبريد العميق، وخاصة لتبريد أجهزة المغناطيس فائق الموصليّة المستخدمة في تقنيّات التصوير بالرنين المغناطيسي. كما يستفاد من الخواص الخاملة لغاز الهيليوم في استعماله كغاز واقي في اللحام القوسي وفي عمليات تصنيع رقائق السيليكون.
على الرغم من ندرته على سطح الأرض فإن الهيليوم يعدّ ثاني أكثر العناصر بعد الهيدروجين وفرة في الكون مشكّلاً 23% من كتلته الباريونيّة. تشكّلت هذه الكميّة الهائلة من الهيليوم بعد فترة قليلة من الانفجار العظيم. يتشكّل الهيليوم في النجوم نتيجة الاندماج النووي للهيدروجين في تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل ودورة كربون-نيتروجين-أكسجين (دورة CNO)، والتي تعدّ جزءاً من تفاعلات الانصهار النجمي.
إنّ تركيز الهيليوم في الغلاف الجوي للأرض يعادل 5.2 جزء في المليون، وهو يتركّز في طبقات الجو العليا من غلاف الأرض الجوي. هذا التركيز الضئيل ثابت نسبياً في الغلاف الجوّي رغم الإنتاج المستمرّ للهيليوم، ويعود ذلك إلى انفلات الغاز من الغلاف الجوّي للأرض إلى الفضاء الخارجي وذلك بعدّة آليّات مقترحة.
يدخل الهيليوم في تركيب الغلاف الغازي للعديد من الكواكب بنسب تظهر في الجدول التالي:
نبتون 19 % ± 3.2 %
أورانوس 15.2 % ± 3.3 %
المشتري 10.2 %
زحل 3.25 %
الزهرة 12 جزء في المليون
الأرض 5.2 جزء في المليون
إنّ معظم الهيليوم الموجود على الأرض هو نتيجة الاضمحلال الإشعاعي للعناصر الثقيلة نتيجة إطلاق جسيمات ألفا 2+He، والتي تتجمّع إلكتروناتها لتشكّل الهيليوم عندما تصطدم بالغلاف الصخري. لذلك يوجد الهيليوم بكميّات كبيرة نسبياً في تركيب عدّة معادن لليورانيوم والثوريوم بسبب إطلاقها لجسيمات ألفا أثناء اضمحلالها الإشعاعي مثل اليورانينيت (خاصةً الكليفيت، وهو أحد مشتقّات اليورانيتيت) والكارنوتيت والمونازيت. على هذا الأساس ينتج سنوياً حوالي 3000 طن متري من الهيليوم عبر غلاف الأرض الصخري. إنّ تركيز الهيليوم في القشرة الأرضية هو 8 جزء في البليون، وفي مياه البحار فقط حوالي 4 جزء في الترليون. توجد كمّيّات قليلة من الهيليوم في الينابيع المعدنيّة والغازات البركانيّة والأحجار النيزكيّة.
إنّ المصدر الطبيعي الأكبر للهيليوم هو وجوده في بعض آبار الغاز الطبيعي نتيجة احتباسه تحت الطبقات الصخريّة للأرض. تختلف التراكيز حسب المواقع من عدّة أجزاء في المليون إلى حوالي 7% حجماً من كميّة الغاز المستخرجة كما في حقل الغاز في مقاطعة سان خوان في نيومكسيكو.
يعدّ الهيليوم ثاني أخفّ العناصر في الكون بعد الهيدروجين، كما أنه ثاني أكثر العناصر وفرةً في الكون، حيث يشكّل 24% من الكون بالنسبة لكتلة العناصر. بالنسبة لوفرته على الأرض فإن الهيليوم نادر الوجود طبيعيّاً، حيث يشكّل فقط 5.2 جزء من المليون بالنسبة للغلاف الجوي. للهيليوم عدّة نظائر لكنّ أكثر من 99% من الهيليوم على الأرض هو هيليوم-4، والذي تتألّف نواته من بروتونين ونيوترونين اثنين.
يوجد غاز الهيليوم في بعض حقول الغاز الطبيعي بنسبة تصل إلى 7% حجماً، حيث يستخرج من هناك بواسطة التقطير التجزيئي. تجدر الإشارة إلى أن مصادر الهيليوم قابلة للنفاد، حيث أنّه العنصر الوحيد الذي لديه سرعة إفلات، أي أنه عندما يطلق في الغلاف الجوي فإنه يتسرّب إلى الفضاء الخارجي.
يستخدم الهيليوم في تقنيّات التبريد العميق، وخاصة لتبريد أجهزة المغناطيس فائق الموصليّة المستخدمة في تقنيّات التصوير بالرنين المغناطيسي. كما يستفاد من الخواص الخاملة لغاز الهيليوم في استعماله كغاز واقي في اللحام القوسي وفي عمليات تصنيع رقائق السيليكون.
على الرغم من ندرته على سطح الأرض فإن الهيليوم يعدّ ثاني أكثر العناصر بعد الهيدروجين وفرة في الكون مشكّلاً 23% من كتلته الباريونيّة. تشكّلت هذه الكميّة الهائلة من الهيليوم بعد فترة قليلة من الانفجار العظيم. يتشكّل الهيليوم في النجوم نتيجة الاندماج النووي للهيدروجين في تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل ودورة كربون-نيتروجين-أكسجين (دورة CNO)، والتي تعدّ جزءاً من تفاعلات الانصهار النجمي.
إنّ تركيز الهيليوم في الغلاف الجوي للأرض يعادل 5.2 جزء في المليون، وهو يتركّز في طبقات الجو العليا من غلاف الأرض الجوي. هذا التركيز الضئيل ثابت نسبياً في الغلاف الجوّي رغم الإنتاج المستمرّ للهيليوم، ويعود ذلك إلى انفلات الغاز من الغلاف الجوّي للأرض إلى الفضاء الخارجي وذلك بعدّة آليّات مقترحة.
يدخل الهيليوم في تركيب الغلاف الغازي للعديد من الكواكب بنسب تظهر في الجدول التالي:
نبتون 19 % ± 3.2 %
أورانوس 15.2 % ± 3.3 %
المشتري 10.2 %
زحل 3.25 %
الزهرة 12 جزء في المليون
الأرض 5.2 جزء في المليون
إنّ معظم الهيليوم الموجود على الأرض هو نتيجة الاضمحلال الإشعاعي للعناصر الثقيلة نتيجة إطلاق جسيمات ألفا 2+He، والتي تتجمّع إلكتروناتها لتشكّل الهيليوم عندما تصطدم بالغلاف الصخري. لذلك يوجد الهيليوم بكميّات كبيرة نسبياً في تركيب عدّة معادن لليورانيوم والثوريوم بسبب إطلاقها لجسيمات ألفا أثناء اضمحلالها الإشعاعي مثل اليورانينيت (خاصةً الكليفيت، وهو أحد مشتقّات اليورانيتيت) والكارنوتيت والمونازيت. على هذا الأساس ينتج سنوياً حوالي 3000 طن متري من الهيليوم عبر غلاف الأرض الصخري. إنّ تركيز الهيليوم في القشرة الأرضية هو 8 جزء في البليون، وفي مياه البحار فقط حوالي 4 جزء في الترليون. توجد كمّيّات قليلة من الهيليوم في الينابيع المعدنيّة والغازات البركانيّة والأحجار النيزكيّة.
إنّ المصدر الطبيعي الأكبر للهيليوم هو وجوده في بعض آبار الغاز الطبيعي نتيجة احتباسه تحت الطبقات الصخريّة للأرض. تختلف التراكيز حسب المواقع من عدّة أجزاء في المليون إلى حوالي 7% حجماً من كميّة الغاز المستخرجة كما في حقل الغاز في مقاطعة سان خوان في نيومكسيكو.
