Helium

Synonym

  • Helium [engl.]

Übersicht

Chemie

Allgemeine Eigenschaften

Formelzeichen He
Ordnungszahl 2
Isotope [%] 3He - 0,000137
4He - 99,999863 

Chemische Eigenschaften

Elektronegativität nach Pauling (Oxidationsstufe) k.A.
Elektronenkonfiguration 1s2
Oxidationszahlen k.A.
bevorzugt k.A.

Physikalische Eigenschaften

Mittlere Atommasse [u] 4,002602 ± 2
Dichte [g/dm3] 0,17847
Schmelztemperatur [°C] -271,4
Siedetemperatur [°C] -268,935
Härte [Mohs] k.A.
Atomradius [pm] 128
Ionenradius [pm] (Ladung bzw. Oxidationszahl) k.A.
1. Ionisierungsenergie [kJ/mol] (bei 25 °C) 2379

Sonstige Eigenschaften

  • Helium ist ein bei Zimmertemperatur farb- und geruchloses Gas.
  • Es besitzt die niedrigste Schmelztemperatur aller Elemente.
  • Wie alle anderen Edelgase ist Helium sehr reaktionsträge. Es sind keine natürlichen Heliumverbindungen bekannt.
  • Bei tiefen Temperaturen wandelt sich Helium (Helium I) in eine andere Zustandform (Helium II) um. Helium II ist der beste bekannte Wärmeleiter und besitzt eine 300mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silber. Außerdem fließt es ohne innere Reibung und durchdringt selbst winzigste Öffnungen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Helium II auch als Supraflüssigkeit bezeichnet.

Geschichtliches

  • Während einer totalen Sonnenfinsternis im Jahr 1868 beobachten der französische Astrophysiker Pierre Jules César Janssen in Indien und der englische Astronom Sir Joseph Norman Lockyer in London im Spektrum der Sonne eine Spektrallinie, die auf eine neues Element hinweist.
  • Auf Vorschlag Lockyers erhält das Element den Namen Helium von griechisch hélios ("Sonne").
  • 1894 erstmalige Synthese von Helium als Reinstoff durch den englischen Chemiker Sir William Ramsey. 
    • Ramsey wiederholt einen Versuch von William Francis Hillebrand aus dem Jahre 1890 und leitet Stickstoff aus der Luft über glühendes Magnesium, wobei Magnesiumnitrid entsteht.
    • Aus dem dabei verbliebenen Gasgemisch mehrerer Edelgase kann er durch fraktionierte Destillation schließlich reines Helium gewinnen.

Vorkommen

  • Helium ist mit ca. 7,19 % aller Atome, das zweithäufigste Element im Universum.
  • In der Erdhülle kommt es jedoch nur mit einem Anteil von 0,0000004 % vor. In normaler Luft sind rund 0,00046 % Helium enthalten. In größeren Mengen findet sich das Edelgas auch als radioaktives Zerfallsprodukt im Erdgas und im Erdöl, die bis zu 10 % Helium enthalten können.
  • Viele radioaktive Stoffe senden sogenannte Alphastrahlen aus, die aus zweifach positiv geladenen Heliumkernen bestehen.
  • Heliumatome mit der Massezahl 4 (4He) besitzen 2 Protonen, 2 Elektronen und 2 Neutronen.
  • Natürlich vorkommendes Helium besteht aus einem Gemisch der zwei Isotopen 3He und 4He.

Verwendung

  • Helium dient aufgrund der geringen Dichte zur Füllung von Luftschiffen und Wetterballons.
  • Wie Neon und Argon wird es zur Füllung von Leuchtstoffröhren verwendet.
  • Helium wird als Schutzgas (z.B. beim Schweißen) verwendet, beim Dotieren von Halbleitern benutzt man es als Trägergas.
  • Spezielle Luftgemische mit hohen Heliumanteilen kommen auch beim Tauchen in größeren Tiefen zum Einsatz.

Herstellung

  • Durch Verflüssigung von Erdgas (seltener von Luft) und anschließende fraktionierte Destillation.

Technologie

Verwendung

  • Treibgas

Bemerkungen

  • Helium wird u.a. als Treibgas z.B. in Sahnedosen und bei sauerstoffempfindlichen Lebensmitteln eingesetzt.

E-Nummer

  • E 939

Toxikologische Bewertung

  • Unbedenklich
 

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