How big is 氦原子?
62 picometri!
氦原子由兩個電子，圍繞著一個含有兩個質子、幾乎總是也有兩個中子的原子核所組成。以本站氫原子頁面所用的相同方式測量，也就是電子最可能出現位置的兩倍距離，氦原子的寬度約為0.06奈米，即62皮米。一皮米是一公尺的兆分之一。
大小
原子沒有固定的形狀或大小。電子在原子核周圍形成一團雲霧，沒有明確的外部邊界，因此定義原子大小的方式有好幾種，各自得出不同的數字。這裡採用的數字，來自電子最可能出現位置的計算結果。
以這種方式測量，氦原子的電子最可能出現在距離原子核約31皮米處，因此整個原子的寬度約為62皮米。這使得氦原子比氫原子還小，儘管它擁有兩倍的電子數。這是因為氦原子核有兩個質子，而不是一個，較強的吸引力把電子拉得更靠近原子核。
化學家也會測量兩個獨立原子在互相排斥之前，能夠靠近到多近的距離。以這種稱為凡得瓦半徑的量測方式，氦原子的寬度約為280皮米。
大小比較
- 以同樣的方式測量，氫原子的寬度為106皮米，是氦原子的約1.7倍寬。
- 氦原子的寬度大約是其原子核的1.8萬倍，原子核本身的寬度約為3.4飛米。一飛米是一奈米的百萬分之一。
- 如果把氦原子放大到一座美式足球場的長度，也就是連同兩端達陣區在內共110公尺，它的原子核寬度約為6公釐。
- 大約130萬到160萬個氦原子並排排列，寬度就相當於一根人類頭髮的寬度。
- 把大約60個1皮米長的γ射線波長首尾相接排列，長度就相當於一個氦原子的寬度。
在太陽中發現
氦最早是在太陽上被發現的，之後才在地球上發現。每種元素都會發出一組特定顏色譜線構成的光譜，就像指紋一樣獨一無二。1868年，天文學家皮埃爾·詹森與約瑟夫·諾曼·洛克耶，分別在太陽光譜中觀察到一條黃色譜線，卻找不到對應的已知元素。洛克耶以希臘文中代表太陽的「赫利俄斯」（Helios）為這個新元素命名。
1895年，化學家威廉·拉姆齊把一種鈾礦物溶於酸中，在釋放出的氣體裡於地球上發現了氦。同一年，在烏普薩拉工作的瑞典化學家佩爾·特奧多爾·克萊夫與尼爾斯·亞伯拉罕·朗萊特，也各自獨立發現了氦。
氦從何而來
氦是宇宙中含量第二豐富的元素，僅次於氫，約佔太陽質量的四分之一。在地球上，氦是鈾與釷衰變時形成的。這些元素會放射出α粒子，每個α粒子其實就是一個氦原子核，一旦獲得兩個電子，就成為一個氦原子。
其中一部分的氦仍留在地下，可以從天然氣中提煉出來，天然氣中氦的含量最高可達7%。逃逸到大氣中的氦，因為足夠輕，會直接飄離地球、進入太空。液態氦的沸點為攝氏零下269度，是所有物質中最低的沸點，因此醫院裡大多數的核磁共振造影（MRI）掃描儀，都用它來冷卻磁鐵。
參考資料
- Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The Atomic Radii. Ghosh and Biswas, International Journal of Molecular Sciences, 2002.
- Helium: Radii of Atoms and Ions. WebElements, University of Sheffield.
- Helium. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
- Electronic Structure of Atoms (Electron Configurations). In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
- Periodic Variations in Element Properties. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
- Atomic Weight of Helium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
- Radiation Basics. U.S. Environmental Protection Agency, 2026.
- Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
- Alpha Particle RMS Charge Radius. NIST, CODATA 2022.
- 2026 NFL Rulebook. National Football League, 2026.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.