Lexikon: Helium

 

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Helium (von altgriech. ἥλιος (hélios)= , da Helium erstmals aufgrund seiner Spektrallinien auf der Sonne nachgewiesen wurde) ist ein chemisches Element im der Elemente mit dem Symbol He und der Ordnungszahl 2.

Eigenschaften
- Helium
Ne  
 
 
1s2
4
2
He
Allgemein
Name, Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol, Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl Helium, He, 2
Serie
Gruppe, Periode des Periodensystems|Periode, Block des Periodensystems|Block 18 (VIIIA), Periode-1-Element|1, p-Block|p
Aussehen farblos
Massenanteil an der Erdhülle 4 · 10-7 %
Atomar
4,002602
(berechnet) pm
Kovalenter Radius 32 pm
van der Waals-Radius 140 pm
s2
pro 2
Oxidationszustände () 0 (-)
1. 2372,3 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 5250,5 kJ/mol
Physikalisch
() gasförmig
hexagonal
Dichte () kg/m3, (-)
K (-272,20 °Grad Celsius|C)
unter Druck
4,22 K (-268,93 °C)
Molares Volumen m3/mol
kJ/mol
0,021 kJ/mol
-
m/s
1007 m/s bei 293,15 K
Verschiedenes
-
Spezifische Wärmekapazität J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit -
W/(m · K)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE mega|MElektronenvolt|eV ZP
3He 0,000137 % He ist Stabiles Isotop|stabil mit 1
4He 99,999863 % He ist stabil mit 2 Neutronen
5He {syn.} 7,618 · 10-22 s n 0,60 4He
6He {syn.} 806,7 ms β- 3,508 Li
7He {syn.} 2,857 · 10-21 s n 0,60 6He
8He {syn.} 119 ms β- und Neutronen-Emission|n ? Li
NMR-Eigenschaften
3He
1/2
gamma T
Empfindlichkeit 0,44
T MHertz (Einheit)|Hz
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheitensystem|SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Eigenschaften

Bild: Atom.png

Helium ist ein Edelgas, das heißt dieses Gas ist Chemie|chemisch sehr Reaktion|reaktionsträge. Ein Helium wiegt bei normalen Druck (Physik)|Druck und bei einer von 20 °C nur 200 Gramm|g. Die normale ist dagegen sieben mal so schwer. Unter 2,18 K wird Helium Superfluidität|superfluid, das heißt, es fließt ohne Strömungswiderstand, was eine sehr hohe mit sich bringt. Die Superfluidität ist vergleichbar mit der Supraleitfähigkeit bestimmter e und Legierungen. Unter Normaldruck wird Helium niemals fest, es gefriert nur unter Druck.

Vorkommen

Im des Sonnenlichts wurden die Spektrallinien des Heliums entdeckt und damit sein Vorkommen in der Sonne bewiesen. Es kommt auch in geringen Mengen in der sowie in und (0,4 %) vor. Helium entsteht im Erdinneres|Erdinneren beim Radioaktivität|radioaktiven Zerfall schwerer Elemente wie oder Thorium, wobei Helium-Kerne als Alphateilchen ausgesandt werden.

Mond-Gestein ist reich an 3He.

Gewinnung und Darstellung

Erdgas mit einem Heliumanteil von bis zu 7 % ist der größte und wirtschaftlich wichtigste Heliumlieferant. Die größten Vorkommen befinden sich in den USA, Algerien und der GUS, wobei grosse Mengen in den völlig unzugänglichen Gebieten Sibiriens liegen. Kleinere Vorkommen gibt es zudem in Polen, Indien, China sowie in Erdgasfeldern zwischen Indonesien und Australien. In einer alten Erdgasquelle (Cliffside field/Amarillo, TX) lagert derzeit (2004) etwa das 10fache des Weltjahresbedarfs an Helium. Diese ehemals strategische Reserve der amerikanischen Regierung muss jedoch innerhalb der nächsten Jahre an die Privatwirtschaft abverkauft werden (Helium Privatization Act der Clinton Administration 1996)

Das 3He kann nur aus Kernreaktionen gewonnen werden und ist daher sehr teuer. Es entsteht beispielsweise beim Betazerfall von Tritium:

{}^3 H \rightarrow (12{,}5~\textrm{Jahre}) \rightarrow {}^3 He + \beta

Tritium wiederum kann durch Neutronenbeschuss von Lithium in einem Kernreaktor gewonnen werden:

{}^6 Li + n \ \rightarrow \ {}^3 H + {}^4 He

Verwendung

Bei der Schweißen#Schutzgasschweißen|Schweißtechnik wird Helium in Reinform oder als Zumischung als Inertgas eingesetzt, um die Schweißstelle vor zu schützen. Zudem lässt sich bei Einsatz von Helium die Einbrenntiefe und die Schweissgeschwindigkeit steigern sowie die Bildung von Spritzern verringern, was insbesondere bei Roboterschweissungen und bei der Verarbeitung von Aluminium und rostfreien Stählen zum Einsatz kommt.

Helium-gemische (80:20) dienen für Asthma|Asthmatiker als Beatmungsgas - die Viskosität des Gasgemisches ist wesentlich geringer als die von Luft und es lässt sich daher leichter atmen.

Beim kommerziellen Taucher|Tauchen wird der in der Atemluft enthaltene Stickstoff ganz oder teilweise durch Helium ersetzt, weil es weniger narkotisch ist und so den sogenannten Tiefenrausch verhindert.

Da Helium etwa fünf mal leichter als Luft ist, dient es auch als Traggas für Gasballon|Ballone oder Luftschiffe. Durch sein inertes Verhalten und seine Unbrennbarkeit hat es das Traggas weitgehend verdrängt.

Technisch wird verflüssigtes Helium (die Isotope 4He und 3He) als Kühlmittel zum Erreichen tiefer en (etwa 1 bis 4 ) eingesetzt (siehe dazu: Kryostat). Mit 4He lassen sich durch Verdampfungskühlen Temperaturen bis etwa 1 K erreichen. Das Isotop 3He erlaubt den Einsatz als Kühlmittel bis etwa 1 mK. Gerade beim Einsatz von Supraleitung|supraleitenden Magnet|Magneten dient Helium als Kühlmittel, damit die Supraleiter vom Typ I unter der Sprungtemperatur bleiben. Praktische Anwendungen sind hier die Kernspintomographie (MRT), die Magnetoenzephalographie (MEG) in der Medizintechnik sowie die Magnetresonanzspektroskopie (NMR) in der Forschung.

Ebenso kann komprimiertes Heliumgas wegen seiner hohen Wärmekapazität als Kühlmittel eingesetzt werden, insbesondere dort, wo ein besonders inertes Kühlmittel benötigt wird. Als Beispiel sei der Thorium-Hochtemperaturreaktor (kurz THTR) genannt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist hier die Herstellung von optischen Glasfasern in heliumgekühlten Falltürmen.

Bei Vakuumanlagen wird Helium als Lecksuchgas eingesetzt indem die Vakuumapparatur mit einer Pumpe evakuiert wird und ein Massenspektrometer hinter die Pumpe gehängt wird. Wird nun die Apparatur mit Helium angeblasen, meldet das Massenspektrometer den Heliumeintritt in die Apparatur sofort. Diese Eigenschaft wird unter anderem auch bei der Lecksuche in Chemieanlagen und bei der Fertigung von Wärmetauschern für Klimaanlagen benutzt.

Helium wird in der Raketentechnik eingesetzt, um bei pumpgeförderten Flüssigtreibstoffraketen den verbrauchten Treibstoff zu ersetzen, damit die dünnwandigen Treibstofftanks der Raketen nicht implodieren, wenn der Treibstoff von den Treibstoffpumpen der Triebwerke aus den Tanks gesaugt wird. Bei Druckgas geförderten Flüssigtreibstoffraketen drückt Helium den Treibstoff in die Triebwerke.

Helium wird ferner auch in zwei Lasertypen eingesetzt: Dem Helium-Neon-Laser und dem Helium-Cadmium-Laser.

Reinsthelium dient zudem als Trägergas in der Gaschromatographie (Analytik).

Geschichte

Der Astronom Pierre Janssen entdeckte Helium erstmals während einer im Jahr 1868 auf Grund des Spektrums der SonnenKorona|korona. Danach schlugen die Astronomen Joseph Norman Lockyer und Edward Frankland den Name Helium für das Element vor. 1895 fanden unabhängig voneinander William Ramsay sowie die schwedischen Chemiker Per Theodor Cleve und Nicolas Langlet Helium in dem Uran-Mineral Cleveit. Ernest Rutherford, Thomas Royds und Hans Geiger (Physiker)|Hans Geiger (nach ihm wurde der Geigerzähler benannt) zeigten 1907, dass Alpha-Teilchen Helium-Kerne sind.

Kurioses

Nach dem Einatmen von Helium ändert sich die eigene Stimme dramatisch (Mickymaus). Ursache dafür ist die gegenüber Luft deutlich höhere Schallgeschwindigkeit im Helium.

Weblinks

Siehe auch: , Wikipedia:WikiProjekt_Elemente|WikiProjekt Elemente


Kategorie:Chemisches Element Kategorie:EdelgasKategorie:Periode-1-Element Kategorie:Tauchen

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