Terug naar lijst van elementen
 |
Jules Cesar Janssen verkreeg de eerste bewijzen van helium. Schema van een heliumatoom. Er zijn slechts twee elektronen die om de kern van helium draaien. Heliumballonnen zijn lichter dan lucht. |
Helium
| Atoomnummer: | 2 | Atomaire Straal: | 140 pm (Van der Waals) |
| Atomisch Symbool: | He | Smeltpunt: | -272.2 °C |
| Atomair Gewicht: | 4.003 | kookpunt: | -268.93 °C |
| Elektronenconfiguratie: | 1s2 | Oxidatietoestanden: | 0 |
Geschiedenis
Van het Griekse woord helios, de zon. Janssen verkreeg het eerste bewijs van helium tijdens de zonsverduistering van 1868 toen hij een nieuwe lijn in het zonnespectrum ontdekte. Lockyer en Frankland stelden de naam helium voor het nieuwe element voor. In 1895 ontdekte Ramsay helium in het uraniummineraal cleveiet, terwijl het in ongeveer dezelfde tijd onafhankelijk werd ontdekt in cleveiet door de Zweedse chemici Cleve en Langlet. Rutherford en Royds toonden in 1907 aan dat alfadeeltjes heliumkernen zijn.
Bronnen
Op waterstof na is helium het meest voorkomende element dat in het heelal voorkomt. Helium wordt gewonnen uit aardgas. In feite bevat al het aardgas tenminste sporen van helium.
Het is spectroscopisch in grote overvloed waargenomen, vooral in de hetere sterren, en het is een belangrijk bestanddeel in zowel de proton-protonreactie als de koolstofcyclus, die de energie van de zon en de sterren leveren.
Het heliumgehalte van de atmosfeer is ongeveer 1 deel op 200.000. Hoewel het als vervalproduct in verschillende radioactieve mineralen voorkomt, wordt het grootste deel van de voorraad in de Vrije Wereld verkregen uit putten in Texas, Oklahoma en Kansas. Buiten de Verenigde Staten waren de enige bekende heliumwinningsfabrieken in 1984 in Oost-Europa (Polen), de USSR, en een paar in India.
Eigenschappen
Helium heeft het laagste smeltpunt van alle elementen en wordt veel gebruikt in cryogeen onderzoek omdat het kookpunt dicht bij het absolute nulpunt ligt. Ook is het element van vitaal belang voor de studie van supergeleiding.
Met vloeibaar helium zijn Kurti, medewerkers en anderen erin geslaagd temperaturen van enkele microkelvins te bereiken door adiabatische demagnetisatie van koperkernen.
Helium heeft nog andere eigenaardige eigenschappen: Het is de enige vloeistof die niet kan worden gestold door de temperatuur te verlagen. Het blijft vloeibaar tot het absolute nulpunt bij gewone druk, maar zal gemakkelijk stollen bij verhoging van de druk. Vast 3He en 4He zijn ongewoon in die zin, dat beide door het uitoefenen van druk meer dan 30% in volume kunnen worden veranderd.
De soortelijke warmte van heliumgas is ongewoon hoog. De dichtheid van heliumdamp bij het normale kookpunt is ook zeer hoog, en de damp zet sterk uit bij verhitting tot kamertemperatuur. Containers gevuld met heliumgas bij 5 tot 10 K moeten worden behandeld alsof zij vloeibaar helium bevatten, vanwege de grote drukverhoging als gevolg van het opwarmen van het gas tot kamertemperatuur.
Hoewel helium normaliter een valentie 0 heeft, schijnt het een zwakke neiging te hebben om zich met bepaalde andere elementen te verbinden. De middelen om heliumdifluoride te bereiden zijn bestudeerd, en soorten zoals HeNe en de moleculaire ionen He+ en He++ zijn onderzocht.
Isotopen
Er zijn zeven isotopen van helium bekend: Vloeibaar helium (He-4) bestaat in twee vormen: He-4I en He-4II, met een scherp overgangspunt bij 2.174K. He-4I (boven deze temperatuur) is een normale vloeistof, maar He-4II (eronder) is anders dan enige andere bekende stof. Het zet uit bij afkoeling, zijn warmtegeleidingsvermogen is enorm, en noch zijn warmtegeleiding noch zijn viscositeit gehoorzamen aan normale regels.
Gebruikt
- als inert gasschild voor booglassen;
- een beschermend gas bij het groeien van silicium- en germaniumkristallen en het produceren van titanium en zirkonium;
- als koelmiddel voor kernreactoren, en
- als gas voor supersonische windtunnels.
Een mengsel van helium en zuurstof wordt gebruikt als kunstmatige atmosfeer voor duikers en anderen die onder druk werken. Verschillende verhoudingen He en O2 worden gebruikt voor verschillende dieptes waarop duikers werken.
Helium wordt op grote schaal gebruikt voor het vullen van ballonnen, omdat het een veel veiliger gas is dan waterstof. Een van de meest recente toepassingen van helium is het onder druk houden van raketten met vloeibare brandstof. Een Saturnus booster, van het type dat bij de Apollo maanmissies werd gebruikt, had ongeveer 13 miljoen ft3 helium nodig voor een lancering, plus nog meer voor controles.
Helium wordt steeds meer gebruikt bij magnetische resonantie beeldvorming (MRI), naarmate de medische wereld nieuwe toepassingen voor de apparatuur accepteert en ontwikkelt. Deze apparatuur heeft de noodzaak van kijkoperaties gedeeltelijk weggenomen door nauwkeurige diagnoses bij patiënten te stellen. Een andere medische toepassing gebruikt MRE om (door bloedanalyse) vast te stellen of een patiënt enige vorm van kanker heeft.
Helium wordt ook gebruikt om reclame te maken op blimps voor verschillende bedrijven, waaronder Goodyear. Andere hefgastoepassingen worden ontwikkeld door de marine en de luchtmacht om laagvliegende kruisraketten op te sporen. Bovendien gebruikt de Drug Enforcement Agency met radar uitgeruste blimps om drugssmokkelaars langs de grenzen van de Verenigde Staten op te sporen. Bovendien gebruikt de NASA momenteel met helium gevulde ballonnen om de atmosfeer op Antarctica te bemonsteren om te bepalen wat de ozonlaag aantast.