Helium

chemisches Element mit dem Symbol He und der Ordnungszahl 2 / aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Helium (von altgriechisch ἥλιος hélios, deutsch Sonne) ist ein chemisches Element und hat die Ordnungszahl 2. Sein Elementsymbol ist He. Im Periodensystem steht es in der 18. IUPAC-Gruppe, der früheren VIII. Hauptgruppe, und zählt damit zu den Edelgasen. Es ist ein farbloses, geruchloses, geschmacksneutrales und ungiftiges Gas.

Quick facts: Eigenschaften, Allgemein, Atomar[2], Physikal...
Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Helium, He, 2
Elementkategorie Edelgase
Gruppe, Periode, Block 18, 1, s
Aussehen Farbloses Gas
CAS-Nummer

7440-59-7

EG-Nummer 231-168-5
ECHA-InfoCard 100.028.334
ATC-Code

V03AN03

Massenanteil an der Erdhülle 0,004 ppm[1]
Atomar[2]
Atommasse 4,002602(2)[3][4] u
Kovalenter Radius 28 pm
Van-der-Waals-Radius 140 pm
Elektronenkonfiguration 1s2
1. Ionisierungsenergie 24.58738880(15) eV[5]2372.32 kJ/mol[6]
2. Ionisierungsenergie 54.4177650(3) eV[5]5250.51 kJ/mol[6]
Physikalisch[7]
Aggregatzustand gasförmig
Dichte 0,1785 kg·m−3[8]
Magnetismus diamagnetisch ( = −1,1 · 10−9)[9]
Schmelzpunkt 0,95 K (−272,2 °C, bei 2,5 MPa)
Siedepunkt 4,15 K[10] (−269 °C)
Molares Volumen (fest) 21,00 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 0,0840 kJ/mol[10]
Schmelzenthalpie 0,02 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit 970 m·s−1 bei 273,15 K
Spezifische Wärmekapazität 5193 J·kg−1·K−1
Wärmeleitfähigkeit 0,1513 W·m−1·K−1
Chemisch[11]
Oxidationszustände 0
Elektronegativität 5,50 (Allred&Rochow); 4,86 (Mulliken); 5,2 (Durchschnitt);[12]
keine Angaben zur (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
3He 0,000137 % Stabil
4He 99,999863 % Stabil
5He {syn.} 7,618 · 10−22 s n 0,60 4He
6He {syn.} 806,7 ms β 3,508 6Li
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin-
Quanten-
zahl I
γ in
rad·T−1·s−1
Er (1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
3He 1/2 −20,38016 · 107 0,442 152,45
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[8]

Achtung

H- und P-Sätze H: 280
P: 403[8]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Helium bleibt bis zu sehr tiefen Temperaturen gasförmig, erst nahe dem absoluten Nullpunkt wird es flüssig. Es ist die einzige Substanz, die selbst am absoluten Nullpunkt (0 K bzw. −273,15 °C) unter Normaldruck nicht fest wird. Neben Neon ist Helium das einzige Element, für welches selbst unter Extrembedingungen bis jetzt keine Verbindungen nachgewiesen werden konnten, die nicht sofort nach der Bildung zerfallen sind. Helium kommt nur atomar vor. Das häufigste stabile Isotop ist 4He; ein weiteres stabiles Isotop ist das auf der Erde extrem seltene 3He.

Das Verhalten der beiden flüssigen Phasen Helium I und Helium II (rsp. Helium-I und Helium-II) (insbesondere das Phänomen der Suprafluidität) von 4He ist Gegenstand aktueller Forschungen auf dem Gebiet der Quantenmechanik. Flüssiges Helium ist ein unverzichtbares Hilfsmittel zur Erzielung tiefster Temperaturen. Diese sind unter anderem zur Kühlung von Infrarotdetektoren von Weltraumteleskopen und zur Untersuchung von Eigenschaften wie der Supraleitung von Materie bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erforderlich.

Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum und macht etwa ein Viertel der Gesamtmasse der Materie im Universum aus.[13] Nach anerkannter Theorie vereinigten sich rund zehn Sekunden nach dem Urknall Protonen und Neutronen durch Kernfusion zu ersten Atomkernen. Etwa 25 % von deren gesamter Masse sind 4He, 0,001 % Deuterium sowie Spuren von 3He. Somit ist der größte Teil des Heliums schon beim Urknall entstanden. Das später im Inneren von Sternen durch Fusion von Wasserstoff entstandene Helium fusionierte zum größten Teil weiter zu schwereren Elementen.

Auf der Erde wird 4He in Form von Alphateilchen bei dem Alphazerfall verschiedener radioaktiver Elemente wie Uran oder Radium gebildet. Helium entsteht daraus, wenn das Alphateilchen anderen Atomen zwei Elektronen entreißt. Der Großteil des auf der Erde vorhandenen Heliums ist daher nichtstellaren Ursprungs. Das so entstandene Helium sammelt sich in natürlichen Erdgasvorkommen in Konzentrationen bis zu 16 Volumenprozent.[14] Daher kann Helium durch fraktionierte Destillation aus Erdgas gewonnen werden.

Erste Hinweise auf Helium entdeckte 1868 der französische Astronom Jules Janssen bei Untersuchungen des Lichtspektrums der Chromosphäre der Sonne, wobei er die bis dahin unbekannte gelbe Spektrallinie von Helium fand.

Helium findet Anwendungen in der Tieftemperaturtechnik, besonders als Kühlmittel für supraleitende Magneten, in Tiefsee-Atemgeräten, bei der Altersbestimmung von Gesteinen, als Füllgas für Luftballons, als Traggas für Luftschiffe und als Schutzgas für verschiedene industrielle Anwendungen (zum Beispiel beim Metallschutzgasschweißen, als Trägergas bei der Kapillargaschromatographie und bei der Herstellung von Silizium-Wafern). Nach dem Einatmen von Helium verändert sich aufgrund der im Vergleich zu Luft höheren Schallgeschwindigkeit kurzzeitig die Stimme („Micky-Maus-Stimme“).