Helium

    Aus WISSEN-digital.de

    chemisches Element der ersten Periode und der achten Hauptgruppe des Periodensystems. Helium gehört zu den Edelgasen.

    Isotope

    Die wichtigsten Isotope dieses Elements sind zwei natürliche Isotope, die beide stabil sind. Am häufigsten ist das Isotop mit der Massenzahl 4, dessen Anteil bei 99,99986 Prozent liegt, gefolgt von He-3 mit 0,00014 Prozent. Dieses zweite Isotop stand jedoch erst seit den Atomwaffenversuchen der 1950er Jahre in nennenswerten Mengen zur Verfügung. Es entsteht als Produkt des beta-Zerfalls von Tritium. Erwähnenswert sind noch zwei instabile Isotopen, He-6 und He-8, die beide Beta-Minus-Strahlung aussenden und eine Halbwertszeit von 808,1 bzw. 122 Millisekunden aufweisen.

    Eigenschaften

    Helium kommt unter Normalbedingungen, d.h. bei einer Temperatur von 20 °C und einem Druck von 1 013 hPa, nur elementar vor. Es ist ein farb- und geruchloses, einatomiges Gas, das brennbar ist. Es ist das am schwersten zu verflüssigende Gas, da es erst unter -269 °C in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Die Eigenschaften des Heliums werden wie die aller Edelgase durch die abgeschlossene Valenzelektronenschale bestimmt. Diese Edelgasschale ist sehr stabil. Dies wird durch die ungewöhnlich hohen Ionisierungsenergien deutlich, d.h. es muss sehr viel Energie aufgebracht werden, um Heliumatome in Ionenform zu bringen. Von Helium sind keine stabilen Verbindungen bekannt. Nur unter Laborbedingungen konnten Verbindungen wie zum Beispiel Heliumdifluorid untersucht werden.

    Von besonderem Interesse ist die Tatsache, dass flüssiges Helium in zwei Modifikationen existiert: Verhält sich Helium I wie eine normale Flüssigkeit, so ist Helium II suprafluid und suprawärmeleitend. Dies bedeutet, dass Helium II Wärme zehnmillionenmal so gut leitet wie Helium I (1000-mal besser als Silber) und seine Flüssigkeitsviskosität praktisch null ist. Helium II hat darüber hinaus die Fähigkeit, alle festen Oberflächen mit einem dünnen Film zu überziehen. Diese Schicht ist nur wenige 100 Atome dick. Diese Phänomene werden auf Quanteneffekte zurückgeführt, jedoch sind sie noch nicht vollständig geklärt.

    Das Element Helium hat außerdem die Fähigkeit, die verschiedensten Materialien zu durchdringen. So diffundiert es durch Kunststoffe und Gummi, aber auch durch die meisten Glassorten. Helium ist wie alle Edelgase für Organismen nicht essenziell.

    Vorkommen

    Im Weltall ist Helium mit 7,19 Prozent nach Wasserstoff das zweithäufigste Element. Es entsteht in Sonnen durch Kernverschmelzungsprozesse von Wasserstoff unter Freisetzung von Energie. Die von radioaktiven Stoffen ausgesandten Alphateilchen bestehen aus zweifach positiv geladenen Heliumkernen, die etwa 20 Prozent der primären kosmischen Strahlen bilden. Auf der Erde ist das Element Helium nur ein Spurengas. Das ursprünglich vorhandene Helium ging verloren, da es von der Erdgravitation nicht zurückgehalten wurde. Terrestrisches Helium ist somit das Ergebnis natürlicher radioaktiver Zerfallsprozesse. Die Erdatmosphäre wird zu ungefähr einem Prozent von Edelgasen gebildet. In 100 Litern Luft befinden sich ca. 0,5 Milliliter Helium. Helium ist Bestandteil von manchen Erdgasen (zwischen 0,5 und 9 Prozent) und kommt in Uranmineralien vor.

    Verwendung

    Die Weltproduktion für Helium liegt bei etwa 4 500 Tonnen jährlich. Es wird im Wesentlichen aus Luft gewonnen. Helium wird wie andere Edelgase als Füllgas für Leuchtstoffröhren verwendet. Helium-Neon-Gemische werden in Gas-Lasern eingesetzt. In Luftschiffen und Wetterballons ersetzt es seit langem das brennbare Wasserstoffgas, ist aber deutlich teurer. Darüber hinaus wird es beim Tiefseetauchen als "Taucherluft" in einem Verhältnis von 80 Vol. Prozent Helium und 20 Vol. Prozent Sauerstoff verwendet. Flüssiges Helium spielt mit der tiefsten Siedetemperatur aller Elemente eine wichtige Rolle in der Forschung und der Kältetechnik.

    Namensgebung und Geschichte

    Helium wurde wegen seines Vorkommens auf der Sonne nach der griechischen Bezeichnung für unser Zentralgestirn (Sonne = helios) benannt. Entdeckt wurde Helium 1868 durch Lockyer. Helium sendet beim radioaktiven Zerfall Alphastrahlen aus.

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