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Helium      He 

griech. hélios "Sonne"

 Atommasse:

 Ordnungszahl:

 Aufbau des Atoms:

 Schmelzpunkt:

 Siedepunkt:

 Dichte:

 Elektronegativität:

 Atomradius:

 Isotope:

 4,002602 u

 2

 2 Protonen - 2 Elektronen - 2 Neutronen

 -271 Grad Celsius

 -268 Grad Celsius

 0,17847 g/l

 nicht anwendbar

 128 pm

 3He, 4He

 

Eigenschaften:

Helium ist ein farb- und geruchsloses Gas. Es ist das zweit leichteste Element nach Wasserstoff. Helium gehört im Periodensystem der Elemente zur 8. Hauptgruppe, den Edelgasen. Helium bleibt sehr lange gasförmig. Es wird erst bei Temperaturen unter - 270 Grad Celsius flüssig. Helium ist somit das kälteste herstellbare Flüssiggas. Bei sehr tiefen Temperaturen wandelt sich Helium (I) in Helium II um. Helium II ist der beste bisher bekannte Wärmeleiter. Helium kommt selbst durch kleinste Öffnungen. Aus diesem Grund wird Helium II auch als Supraleiterflüssigkeit bezeichnet. Günstig hierbei ist das Helium das reaktionsträgste aller Elemente ist. Seine Atome schließen sich nicht zu Molekülen zusammen, sondern bleiben atomar. Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum.

Bild: Ein Teslatronmagnet wird mit flüssigem Helium befüllt.

 

 

Vorkommen:

Heliumatome sind mit 7,2 % die am zweithäufigsten Atome im Weltall. In Erdöl befinden sich größere Mengen an Helium. Es können bis zu 10 % enthalten sein. Des weiteren entsteht Helium in der Sonne, beim Verschmelzen von Wasserstoffatomen.

Bild: Die Sonne produziert das meiste Helium im Weltall

Bildquelle: NASA Weltraumforschung

 

Von vielen radioaktiven Stoffen werden Alphastrahlen ausgesendet, die aus zweifach positiv geladenen Heliumkernen bestehen. Natürlich vorkommendes Helium besteht aus einem Gemisch aus Helium 3 und Helium 4. Das Helium was im Labor verwendet wird besteht aber immer zu über 99,99 % aus Helium 4, das 2 Protonen, 2 Neutronen und 2 Elektronen besitzt.

 

 

Herstellung:

Die Herstellung von Helium im Labor wird kaum möglich sein, da Helium nicht in Verbindungen vorkommt, aus denen man es austreiben könnte. Daher benutzt man im Labor Druckgasflaschen, in denen sich komprimiertes Helium befindet

Industriell wird Helium durch Verflüssigung von Erdgas und der anschließenden fraktionierten Destillation hergestellt. Steht kein Erdgas zur Verfügung wird das Helium durch Verflüssigung der uns umgebenen Luft hergestellt. Diese Methode ist aber kostenintensiver, da die Ausbeute nur sehr gering ist.

 

 

Geschichte:

Erstmals wurde Helium beim Messen des Spektrums der Sonne entdeckt. Diese Beobachtung geht auf den französischen Astronom Pierre Janssen zurück, der diese Boabachtungen während einer totalen Sonnenfinsternis in Indien am 18. August 1868 machte. Das Janssen dabei ein neues Element aus dem Weltall entdeckte wollte ihm zunächst keiner glauben, da noch nie ein Element aus dem Weltall entdeckt wurde, ohne vorher den Nachweis auf Erden zu machen. Am 20. Oktober desselben Jahres bestätigte der Engländer Norman Lockyer, dass die neue Spektrallinie, nahe der vom Natrium tatsächlich im Sonnenspektrum vorhanden sei. Er nannte die Spektrallinie D3-Linie.

 

 

 

Bild: Das Spektrum der Sonne

 

 

 

 

 

Luigi Palmieri gelang es 1882, durch die Spektralanalyse von Vesuv-Lava erstmals das Element Helium auf der Erde nachzuweisen.

 

 

 

 

Der britische Chemiker William Ramsay gewann am 26. März 1895 das Element Helium, indem er das Uran-Mineral Cleverit mit Mineralsäure versetzte und das dabei austretende Gas isolierte. Eigentlich war er auf der Suche nach Argon, konnte jedoch das selbe Spektrum beobachten, nachdem er Stickstoff und Sauerstoff von dem isolierten Gas getrennt hatte.

 

 

 

 

 

Bild: Sir William Ramsay

 

 

 

 

Dieselbe Entdeckung machten fast gleichzeitig der britische Physiker William Crookes und der schwedische Chemiker Per Theodor Cleve und Nicolas Langlet in Uppsala in Schweden. Die Chemiker sammelten ausreichende Mengen des Gases, um dessen Atommasse ermitteln zu können. Kurze Zeit später wurde bei eine Ölbohrung ein Kansas eine Erdgasquelle gefunden, deren Erdgas 12 % des unbekannten Gases enthielt. Die amerikanischen Chemiker Hamilton Cady und David McFarland fanden heraus, dass es sich bei dem unbekannten Gas um Helium handelte. Die publizierten eine Meldung, dass Helium aus Erdgas gewonnen werden kann.

 

 

 

 

 

 

Bilder: William Crookes und Per Theodor Cleve

 

 

 

Die erste Verflüssigung des Heliums gelang 1908 dem niederländischen Physiker Heike Kamerlingh Onnes. Dieses machte er, indem er das Helium unter 1 k abkühlte. Onnes beschrieb zum ersten Mal, dem heute nach ihm benannten "Onnes-Effekt". Die erste Verfestigung wurde 1926 von Onnes´ Student Willem Hendrik Keesom durchgeführt.

 

 

 

Verwendung:

Helium findet heute Verwendung als Füllgas von Luftschiffen. Früher wurde der hochentzündliche Wasserstoff verwendet. Seit der großen Katastrophe in Lakehurst mit der "Hindenburg" ist es aber verboten bemannte Luftschiffe mit Wasserstoff zu füllen. Helium wird auch wie Neon und Argon bzw. Xenon wird als Füllung für Leuchtstoffröhren verwendet, wobei das nur einen kleinen Anteil der Verwendungsmöglichkeiten von Helium ausmacht. Seit ein paar Jahren wird Helium im "Tauchergas" verwendet. Die Mischung besteht zu 21 % aus Sauerstoff und zu 79 % aus Helium. Dieses hat den Vorteil die durch schnellen Druckverlust auftretende Taucherkrankheit zu vermeiden, weil sich Helium so gut wie nicht im Blutkreislauf löst. Im Gegensatz dazu kann sich Stickstoff ohne weiteres in kleinen Mengen in der Blutlaufbahn lösen, und dadurch die Gefahr der Taucherkrankheit um ein Vielfaches erhöhen.

 

Bild: Helium wird als Füllgas für Luftballons verwendet

 

In den Handel kommt Helium in grauen Gasflaschen mit kastanienbrauner Flaschenschulter.

 

 

Copyright:  Christian Firneis  -  www.chemische-experimente.com