Tilbage til grundstoflisten
 |
Jules Cesar Janssen fik det første bevis for helium. Diagram af et heliumatom. Der er kun to elektroner i kredsløb om heliums kerne. Heliumballoner er lettere end luft. |
Helium
| Atomnummer: | 2 | Atomisk radius: | 140 pm (Van der Waals) |
| Atomsymbol: | He | Smeltepunkt: | -272.2 °C |
| Atomvægt: | 4.003 | Skoldningspunkt: | -268.93 °C |
| Elektronkonfiguration: | 1s2 | Oxidationstilstande: | 0 |
Historie
Fra det græske ord helios, solen. Janssen fik det første bevis for helium under solformørkelsen i 1868, da han opdagede en ny linje i solspektret. Lockyer og Frankland foreslog navnet helium for det nye grundstof. I 1895 opdagede Ramsay helium i uranmineralet cleveit, mens det uafhængigt af hinanden blev opdaget i cleveit af de svenske kemikere Cleve og Langlet på omtrent samme tid. Rutherford og Royds påviste i 1907, at alfapartikler er heliumkerner.
Kilder
Helium er, bortset fra brint, det hyppigst forekommende grundstof i universet. Helium udvindes af naturgas. Faktisk indeholder al naturgas i det mindste spormængder af helium.
Det er blevet påvist spektroskopisk i stor mængde, især i de varmere stjerner, og det er en vigtig komponent i både proton-proton-reaktionen og kulstofkredsløbet, som forklarer solens og stjernernes energi.
Heliumindholdet i atmosfæren er ca. 1 del ud af 200.000. Selv om det findes i forskellige radioaktive mineraler som et henfaldsprodukt, hentes hovedparten af den frie verdens forsyning fra brønde i Texas, Oklahoma og Kansas. Uden for USA var de eneste kendte heliumudvindingsanlæg, i 1984, i Østeuropa (Polen), Sovjetunionen og nogle få i Indien.
Egenskaber
Helium har det laveste smeltepunkt af alle grundstoffer og er meget anvendt i kryogen forskning, fordi dets kogepunkt er tæt på det absolutte nulpunkt. Desuden er grundstoffet afgørende i studiet af superledningsevne.
Med flydende helium er det lykkedes Kurti, kolleger og andre at opnå temperaturer på nogle få mikrokelvin ved adiabatisk afmagnetisering af kobberkerner.
Helium har andre ejendommelige egenskaber: Det er den eneste væske, der ikke kan størkne ved at sænke temperaturen. Det forbliver flydende ned til det absolutte nulpunkt ved almindelige tryk, men vil let størkne ved at øge trykket. Fast 3He og 4He er usædvanlige, idet begge kan ændres i volumen med mere end 30 % ved at påføre tryk.
Heliumgassens specifikke varme er usædvanlig høj. Tætheden af heliumdamp ved det normale kogepunkt er også meget høj, og dampen ekspanderer kraftigt, når den opvarmes til stuetemperatur. Beholdere fyldt med heliumgas ved 5 til 10 K bør behandles som om de indeholdt flydende helium på grund af den store trykforøgelse som følge af opvarmning af gassen til stuetemperatur.
Selv om helium normalt har en 0-valens, synes det at have en svag tendens til at kombinere sig med visse andre grundstoffer. Metoder til fremstilling af heliumdifluorid er blevet undersøgt, og arter som HeNe og de molekylære ioner He+ og He++ er blevet undersøgt.
Isotoper
Syv isotoper af helium er kendt: Flydende helium (He-4) findes i to former: He-4I og He-4II, med et skarpt overgangspunkt ved 2.174K. He-4I (over denne temperatur) er en normal væske, men He-4II (under denne temperatur) ligner ikke noget andet kendt stof. Det udvider sig ved afkøling, dets ledningsevne for varme er enorm, og hverken dets varmeledning eller viskositet adlyder normale regler.
Anvendelse
- som inert gasskjold til lysbuesvejsning;
- som beskyttelsesgas ved dyrkning af silicium- og germaniumkrystaller og fremstilling af titan og zirconium;
- som kølemedie til atomreaktorer og
- som gas til supersoniske vindtunneler.
En blanding af helium og ilt anvendes som kunstig atmosfære for dykkere og andre, der arbejder under tryk. Der anvendes forskellige forhold mellem He og O2 til forskellige dybder, hvor dykkere arbejder.
Helium anvendes i vid udstrækning til påfyldning af balloner, da det er en meget sikrere gas end brint. En af de seneste største anvendelser af helium har været til trykning af raketter med flydende brændstof. En Saturn-booster, som den type, der blev brugt på Apollo-månemissionerne, krævede omkring 13 millioner ft3 helium til en affyring, plus mere til kontrol.
Brug af flydende helium i magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) fortsætter med at stige, efterhånden som lægevidenskaben accepterer og udvikler nye anvendelsesmuligheder for udstyret. Dette udstyr har elimineret en del behov for udforskende kirurgi ved at stille præcise diagnoser for patienterne. En anden medicinsk anvendelse anvender MRE til at afgøre (ved hjælp af blodanalyse), om en patient har nogen form for kræft.
Helium bruges også til at reklamere på luftskibe for forskellige virksomheder, herunder Goodyear. Flåden og luftvåbnet er ved at udvikle andre løftegasanvendelser til at opdage lavtflyvende krydsermissiler. Desuden bruger Drug Enforcement Agency radarudstyrede luftskibe til at opdage narkosmuglere langs USA’s grænser. Desuden bruger NASA i øjeblikket heliumfyldte balloner til at udtage prøver af atmosfæren i Antarktis for at finde ud af, hvad der nedbryder ozonlaget.