Helium (He)

Heliumgas ist den meisten Kindern bekannt – oder zumindest sind es die auf Volksfesten erhältlichen, mit Helium gefüllten Ballone. Da Helium weniger dicht ist als Luft, fliegen sie davon und verschwinden am Himmel, sobald man sie loslässt. Dieses Prinzip nutzen auch Wetterballone und Zeppeline zum Fliegen.

Mit Helium gefüllte Folienballone

Heliumballone steigen in der Luft, da Helium siebenmal weniger dicht ist als das Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch unserer Atmosphäre. Bild: Veneratio/CanStockPhotos

Ein Edelgas

Helium gehört zur Familie der Edelgase. Bei den Atomen dieser Gruppe von Elementen ist die äusserste Elektronenschale vollständig besetzt. Diese Eigenschaft führt dazu, dass Helium keine Verbindungen eingeht. Es gibt keine Oxide, Chloride oder Sulfate mit Helium, und auch keine bekannten Heliumverbindungen mit anderen Atomen.

Das Gas Helium wurde 1868 vom französischen Astronomen Jules Janssen entdeckt, als er während einer Sonnenfinsternis eine auffällige gelbe Spektrallinie in der Chromosphäre der Sonne bemerkte. Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element der Sterne und auch ein wichtiger Bestandteil der Planeten Jupiter und Saturn. Auf der Erde fand es erst der schottische Chemiker Sir William Ramsay im Jahr 1895, denn Helium macht nur einen geringen Teil der Erdatmosphäre aus (5,3 ml pro m³ Luft). Helium entsteht auf der Erde im Zuge des radioaktiven Zerfalls und sammelt sich in natürlichen Erdgasvorkammen. In Texas, in der Nähe von Amarillo, befindet sich beispielsweise eine unterirdische Lagerstätte von natürlichem Gas, das hauptsächlich aus Methan mit einem 5%-igen Heliumanteil besteht. Lange Zeit war dies die weltweit grösste Beschaffungsquelle für das Gas, inzwischen wurden jedoch andere Heliumablagerungen in Algerien, Katar und in Russland entdeckt.

Verschiedenartige Anwendungen

Taucher

Gasflaschen für Tauchgänge in grosser Tiefe sind mit einer Mischung aus Helium und Sauerstoff gefüllt.
Bild: dcwcreations/CanStockPhotos

Dank seiner extrem geringen Dichte nutzt man Helium nicht nur zum Füllen von Ballonen auf Volksfesten, sondern auch für Ballone und Luftschiffe zur Erforschung der Stratosphäre oder zur Beobachtung aus der Luft.

Helium ist siebenmal leichter als Luft; dennoch ist es nicht das leichteste aller Gase. Wasserstoff (H2) ist noch zweimal leichter. Dennoch nutzt man bevorzugt Helium in Gasballonen, da es nicht brennbar ist, während Wasserstoff hochentzündlich ist.

Man nutzt Helium auch als Tauchgas, gemischt mit Sauerstoff, für Tauchgänge in grössere Tiefen als beim üblichen Sporttauchen (tiefer als 40–50 m). In dieser Tiefe ist der Druck so hoch, dass ein zu hoher Sauerstoffanteil giftig auf den Organismus wirkt und Stickstoff einen Tiefenrausch auslöst.

Ausserdem nutzt man es, um Proben zu kühlen, die bei extrem tiefen Temperaturen untersucht werden sollen. Helium verflüssigt sich erst bei –269°C (4 K) und ist die einzige Flüssigkeit, die unter normalem Druck am absoluten Nullpunkt nicht fest wird.

Suprafluidität – eine einzigartige Eigenschaft

Helium hat eine weitere einzigartige Eigenschaft: Bei  –271°C (2 K) wird es suprafluid. Es steigt die Wände eines offenen Behälters hoch und fliesst aussen wieder herab wie bei einem Siphon. Es läuft auch durch die Poren des Behälters, als wäre dieser durchlöchert. Das nachfolgende Video zeigt dieses Phänomen.

Atmet man Helium ein, verleiht es eine Stimme, die an Comicfiguren erinnert.

Text: Maurice Cosandey und Rédaction SimplyScience.ch

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