Techniklexikon

Helium

Edelgase Chemie, Physikalische Chemie, He, Element der Hauptgruppe VIII des Periodensystems, den Edelgasen (gr. helios = Gott der Sonne; Helium wurde erstmals aufgrund seiner Spektrallinien im Sonnenspektrum auf der Sonne entdeckt), Ordnungszahl 2. Es wurde 1895 von W. Ramsay beim Auflösen uranhaltiger Mineralien entdeckt und charakterisiert. Helium entsteht beim radioaktiven a-Zerfall von  und  und kommt in der Luft und im Erdgas vor. Helium besitzt die Elektronenkonfiguration 1s² und besteht aus zwei Isotopen (³He, ⁴He). Es besitzt den niedrigsten Schmelz- und Siedepunkt aller bekannten Gase. Helium kann bei Atmosphärendruck nicht ausgefroren werden, da seine Nullpunktsenergie beim Übergang vom flüssigen zum festen Zustand stärker zunimmt als die Energie, die aufgrund der Anziehungskräfte in einem Kristallgitter freigesetzt wird. Das flüssige Helium I geht beim Abkühlen unter 2,18 K bei 1 atm (l-Punkt) in den supraflüssigen Zustand des Heliums II über. In diesem Zustand ist seine Viskosität um den Faktor 10³ kleiner als die von gasförmigem Wasserstoff und seine Wärmeleitfähigkeit um den Faktor 10³ grösser als die von Kupfer bei Raumtemperatur. Durch enge Kapillaren (Durchmesser < 10^-2 mm) strömt es ohne Reibung. Da Helium in verdünntem Zustand die Zustandsgleichung idealer Gase erfüllt, wird es als Füllgas in Gasthermometern verwendet. In der Tieftemperaturtechnik wird Helium zur Abkühlung von Elektromagneten unter die Sprungtemperatur (Supraleitfähigkeit) sowie in der Hochtemperaturreaktortechnik als Kühlmittel eingesetzt.

 

Helium 1: Wichtige Isotope.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Isotop	Natürliche Häufigkeit [%]	Atommasse	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Halbwertszeit T1/2
3He	0,000 14	3,016 03	stabil
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4He	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 99,999 86	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4,002 60	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> stabil

 

Helium 2: Chemische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> relative Atommasse (12C = 12,000 0)	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4,002 6
Dichte [g cm-3] (gasförmig, bei 273 K)	0,001 785
Molvolumen (4 K)	32,07
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Wertigkeit	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0

 

Helium 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Siedetemperatur (0,125 mbar) [K]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4,216
Schmelztemperatur (unter Druck) [K]	0,95
Siedeenthalpie [kJ mol-1]	0,082
Schmelzenthalpie [kJ mol-1]	0,021
kritische Temperatur [K]	5,91
kritischer Druck [kPa]	227
kritisches Volumen [cm3mol-1]	57,3
Wärmeleitfähigkeit (300 K) [W m-1K-1]	0,152
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9kg-1m3]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> -5,9

 

Helium 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Termsymbol	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 1S0
1. Ionisierungsenergie [eV]	24,588
2. Ionisierungsenergie [eV]	54,418
Elektronenaffinität (berechnet) [eV]	0,075
effektive Kernladung (Slater)	1,70
magnetisches Moment [mB]	0
Van-der-Waals-Radius [nm]	0,122
Atomradius [nm]	0,128
Kernspin (3He)	1/2
kernmagnetisches Moment (3He) [mK]	-2,127 62
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0,007