Helium

Helium (von griech. hélios (Sonne)) ist ein chemisches Element.

Eigenschaften

Wasserstoff - Helium   He Ne       Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Helium, He, 2
Serie	Edelgase
Gruppe, Periode, Block	18 (VIIIA), 1, p
Dichte, Mohshärte	0.1785 kg/m3, k.A.
Aussehen	farblos
Atomar
Atomgewicht	4.002602 amu
Atomradius (berechnet)	k.A. (31) pm
Kovalenter Radius	32 pm
van der Waals-Radius	140 pm
Elektronenkonfiguration	1s2
e- 's pro Energieniveau	2
Oxidationszustände (Oxid)	0 (k.A.)
Kristallstruktur	hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand (Magnetismus)	gasförmig
Schmelzpunkt	0.95 K (-272.20°C)
Siedepunkt	4.22 K (-268.93°C)
Molares Volumen	21.0 ×10-3 m3/mol
Verdampfungswärme	0.0845 kJ/mol
Schmelzwärme	5.23 kJ/mol
Dampfdruck	k.A.
Schallgeschwindigkeit	970 m/s bei 293.15 K
Verschiedenes
Elektronegativität	k.A. (Pauling-Skala)
Spezifische Wärmekapazität	5193 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit	k.A.
Wärmeleitfähigkeit	0.152 W/(m*K)
1. Ionisierungsenergie	2372.3 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	5250.5 kJ/mol
Stabilste Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 3He 0.000137% He ist stabil mit 1 Neutronen 4He 99.999863% He ist stabil mit 2 Neutronen 6He {syn.} 806.7 ms β- 3.508 6Li
NMR-Eigenschaften
3He Kernspin 1/2 gamma 2.038e8 rad/T Empfindlichkeit 0.44 Larmorfrequenz bei B="4".7T 152 MHz
SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt, sofern nicht anders angegeben.

Helium wurde im Spektrum des Sonnenlichts entdeckt. Es kommt aber auch in geringen Mengen in der Erdatmosphäre, sowie in Erdgas vor. Helium entsteht im Erdinneren beim radioaktiven Zerfall schwerer Elemente wie Uran oder Thorium, wobei Helium-Kerne als Alphateilchen ausgesendet werden.

Technisch wird verflüssigtes Helium als Kühlmittel zum Erreichen tiefer Temperaturen (ca. 1 bis 4 Kelvin) eingesetzt. Unter 2,18 K wird Helium superfluid, das heißt, es fließt ohne Strömungswiderstand, was eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit mit sich bringt. Die Superfluidität ist vergleichbar der Supraleitfähigkeit bestimmter Metalle und Legierungen.

Beim Schmelzpunkt von Helium muss man etwas vorsichtig sein: Unter Normaldruck wird Helium niemals fest, es gefriert nur unter Druck. Siehe dazu auch den Link: http://www.unifr.ch/physics/frap/

Komprimiertes Heliumgas kann wegen seiner hohen Wärmekapazität ebenfalls als Kühlmittel eingesetzt werden, insbesondere dort, wo ein besonders inertes Kühlmittel benötigt wird. Als Beispiel sei der Thorium-Hochtemperaturreaktor (kurz THTR) genannt.

Das Isotop ³He kann nur aus Kernreaktionen gewonnen werden, und ist deswegen sehr teuer. Beispielsweise entsteht es beim Betazerfall von Tritium. Tritium entsteht wiederum durch Neutronenbeschuss von ⁶Li im Kernreaktor. Wie ⁴He dient auch ³He als Kühlmittel in Kryostaten.