Wasserstoff  Neon Lithium  
Helium                                              2He
engl. helium, griech. hélios ("Sonne")
 
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relat. Atommasse  
Ordnungszahl  
Schmelzpunkt  
Siedepunkt   
Oxidationszahlen  
Dichte   
Elektronegativität  
Elektronenkonfig. 
natürl. Häufigkeit  
 
   
   
   
4,002602    
   
-272,2 °C (Druck)    
-268,93 °C    
--    
0,1785 g/l    
keine Angaben    
1s²  
He-3: 0,000134%  
He-4: 99,999866%  
 
   
   
 
 
     

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27 sek
Helium ist wesentlich leichter als Luft. Was wird mit der mit Helium gefüllten Seifenblase passieren?
    
  GHS-Piktogramm  
  Achtung
Gefahren (H-Sätze)  
  
H 280 
  
 
CAS-Nummer 
  
7440-59-7 
   
 
 
  
Eigenschaften     
Helium ist bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas. Es ist nach Wasserstoff das chemische Element mit der geringsten Dichte und besitzt die niedrigste Schmelztemperatur aller Elemente. Helium kann unter Normaldruck nicht in den festen Zustand überführt werden. Dies gelingt nur unter hohem Druck in der Nähe des absoluten Nullpunkts von -273,15°C. Bei der Gasentladung leuchtet Helium rosa mit leichtem Gelbstich.  
 
 
Helium in einer Gasentladungsröhre
  
Helium leuchtet bei der Gasentladung rosa.
 
  
Wie alle anderen Edelgase (Neon, Argon, Krypton, Xenon) ist Helium sehr reaktionsträge, es ist das "edelste" unter diesen. Selbst das aggressive Fluor reagiert nicht mit Helium. Daher sind in der Natur keine Heliumverbindungen bekannt. Im Jahre 1992 gelang es in den USA, unter einem Druck von 77000 Atmosphären die Helium-Stickstoff-Verbindung He(N2)11 herzustellen. Bei Normaldruck zerfällt diese Verbindung jedoch sofort wieder. Lit [7]  Die Reaktionsträgheit des Edelgases kann mit dem atomaren Aufbau eines Heliumatoms begründet werden. Die Valenzschale, das s-Orbital, ist mit zwei Elektronen voll besetzt. Aufgrund der Nähe zum Atomkern sind diese sehr stark an das Atom gebunden.  Bei sehr tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt bei -273,15°C wandelt sich Helium in eine Supraflüssigkeit um. Dieses sogenannte "Helium II" ist der beste bekannte Wärmeleiter und besitzt eine 300mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silber. Außerdem fließt es ohne innere Reibung und durchdringt selbst winzigste Öffnungen.  
  
 
Mickeymouse-Effekt

 
 
In normaler Luft bewegt sich der Schall mit einer Geschwindigkeit von etwa 330 Metern pro Sekunde, in Heliumgas mit doppelter Geschwindigkeit. Dies erklärt teilweise den Mickey-Mouse-Effekt, wenn man Helium einatmet. 
 Film erhältlich auf >DVD
  
Physiologie 
Helium gilt als ungiftig, daher wird es im Gemisch mit Sauerstoff als Gas für Taucher oder in der Medizin eingesetzt. Trotzdem wird vor dem Einatmen von reinem Helium gewarnt, da es erstickend wirkt. Es ist auch zu beachten, dass das technische Gas aus den üblichen Gasflaschen mit anderen Gasen verunreinigt sein kann. 
 
Vorkommen   
Häufigkeit   sehr selten

Helium-Atome sind nach den Wasserstoff-Atomen mit etwa neun Prozent Anteil am zweithäufigsten im Universum vertreten.
In der Sonne entsteht das Element durch Kernverschmelzungsprozesse von Wasserstoff-Atomen. In der Erdhülle kommt Helium nur mit einem geringen Massenanteil von 0,0000004% vor. Diese vergleichsweise geringe Zahl kommt durch die geringe Masse der Helium-Atome und durch die fehlenden Heliumverbindungen zustande. Die durchschnittliche Heliumkonzentration in der Luft beträgt etwa fünf ppm. In größeren Mengen findet sich das Edelgas als radioaktives Zerfallsprodukt im Erdgas und im Erdöl.

      
Partielle Sonnenfinsternis
Partielle Sonnenfinsternis
Der französische Astronom Jules Janssen reiste 1868 zur totalen Sonnenfinsternis nach Indien. Im Sonnenspektrum beobachtete er eine neue Spektrallinie, die auf ein neues Element hinwies.
   

Helium-Atome des Isotops He-4 besitzen zwei Protonen, zwei Elektronen und zwei Neutronen. Das natürliche Helium besteht aus einem Gemisch von zwei verschiedenen Isotopen. Mit einem Anteil von 0,00014% kommt das Isotop He-3, das pro Atom nur ein Neutron besitzt, relativ selten vor. Bestimmte, radioaktive Stoffe, die Alphastrahler, senden Teilchen aus, welche aus Helium-Kernen bestehen. Diese sind zweifach positiv geladen, es fehlen ihnen zwei Elektronen.


Anteil der Edelgase in der Luft in Vol.-%
 
Argon 0,9340
Neon 0,001818
Helium 0,0005240
Krypton 0,000114
Xenon 0,0000087
Radon 6 x 10-18
 
Argon ist das häufigste Edelgas in der Luft, gefolgt von Neon und Helium.  Lit [5]

  
Geschichtliches
Der französische Astronom Jules Janssen (1824-1907) reiste 1868 zur totalen Sonnenfinsternis nach Indien. Dabei beobachtete er im Spektrum der Sonne eine Spektrallinie, die auf ein neues Element hinwies. Die Entdeckung wurde zunächst sehr skeptisch aufgenommen. Der englische Astronom Sir Joseph Norman Lockyer (1836-1920) bestätigte aber im gleichen Jahr die Entdeckung. Lockyer schlug den Namen Helium in Anlehnung an das griechische Wort hélios für Sonne vor. 1882 wies der italienische Vulkanologe Luigi Palmeri (1807-1896) das Element erstmals auf der Erde nach. Bei einer Spektralanalyse der Lava aus dem Vesuv fand er das Element. Dem englischen Chemiker Sir William Ramsey (1852-1916) gelang 1894 als erster die Herstellung von Helium aus dem Uranerz Cleveit, einer Varietät der Pechblende. Ramsey leitete auch Stickstoff aus der Luft über glühendes Magnesium, wobei Magnesiumnitrid entstand. Dabei blieb eine Gasmischung übrig, die mehrere Edelgase enthielt. Durch eine fraktionierte Destillation isolierte er daraus Helium. 1905 fand man bei Ölbohrungen in Kansas bis zu zwölf Volumenprozent Helium im Erdgas. Somit stand der großtechnischen Gewinnung nichts mehr im Weg.
  
 
Die Entdeckung des Heliums

Janssen   Lockyer   Ramsey
 
Jules Janssen (links) ist der eigentliche Entdecker des Heliums. Sir Joseph Norman Lockyer (Mitte) bestätigte die Entdeckung experimentell und vergab den Namen. Sir William Ramsey (rechts) stellte als erster reines Helium her.
 
  
Herstellung  
Die Herstellung von Helium erfolgt hauptsächlich aus Erdgas. Manche Erdgase enthalten einen Anteil von bis zu zwölf Prozent Helium. Bei mehr als 0,3 Prozent gelten sie bereits als heliumreich. Die USA als Hauptproduzent stellen etwa vier Fünftel des Heliums auf dem Weltmarkt her. Allerdings werden die Ressourcen mit der Erschöpfung des Erdgases zur Neige gehen. Das Erdgas wird zunächst mit Ethylenglycol getrocknet und dann in eine Trennanlage geleitet. Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxid werden absorbiert, dann erfolgt eine Verflüssigung mit der Abtrennung des Methans und des Stickstoffs durch fraktionierte Destillation. Das Restgas wird nochmals mit Hilfe von Absorptionsmitteln gereinigt, und man erhält Helium mit hoher Reinheit. Zum Transport wird das Helium verflüssigt, da das flüssige Helium auf relativ kleinem Raum transportiert werden kann. In erdgasarmen Gegenden erhält man Helium auch durch die fraktionierte Destillation von verflüssigter Luft nach dem Lindeverfahren.  
  
Verwendung
Helium dient aufgrund der geringen Dichte zur Füllung von Luftschiffen und Wetterballons und ersetzt seit längerer Zeit den brennbaren Wasserstoff. Wie Neon und Argon wird es zur Füllung von Leuchtstoffröhren verwendet. Helium wird auch beim Schweißen als Schutzgas verwendet.  
  
  
Schutzgasschweißen mit Helium

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Das Wolfram-Inertgas-Schweißen ist eine spezielle Form des Schutzgasschweißens. Der erzeugte Lichtbogen wird durch ein Schutzgas vor der Atmosphäre abgeschirmt.
 
 
Tiefseetaucher benutzen ein Gemisch aus Helium mit Stickstoff und Sauerstoff. Helium besitzt den Vorteil, dass es bei hohem Partialdruck in großen Wassertiefen eine geringere Narkosewirkung aufweist als Stickstoff. Beim Tauchen mit gewöhnlicher Druckluft, einem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch, kann ab 30 Metern Tiefe ein Tiefenrausch auftreten. Dieser narkotische, rauschähnliche Zustand ist lebensgefährlich für jeden Taucher.  
  
Beim Tauchen mit Heliumgemischen in einer Tiefe von mehreren hundert Metern kann es zum "Heliumzittern" kommen (High Pressure Nervous Syndrome, HPNS). Hierbei verursacht das Helium eine Störung im zentralen Nervensystem. Bei einem so hohen Druck wirkt auch Sauerstoff toxisch. In speziellen Atemgasgemischen mit Sauerstoff, Stickstoff und Helium für Tiefseetaucher wie Trimix ist der Sauerstoffanteil daher leicht reduziert. Die gefürchtete Taucherkrankheit kommt beim Tauchen mit Helium übrigens ebenfalls vor, wenn man zu schnell auftaucht und durch die schnelle Druckentlastung die im Blut gelösten Gase plötzlich in das Körpergewebe ausperlen. Eine Helium-Sauerstoff-Mischung wird in der Medizin für Asthmatiker eingesetzt. Diese Mischung strömt besser durch enge Poren als eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff.  
  
Helium ist in der Lebensmittelindustrie als Zusatzstoff E939 zugelassen und dient dort als Treibgas oder als Gas für Verpackungen. Beim Dotieren von Halbleitern benutzt man es als Trägergas. Flüssiges Helium eignet sich als Kühlmittel. In bestimmten Lasern wird ein Helium-Neon-Gemisch oder ein Gemisch aus Helium mit Cadmiumdampf verwendet.
 
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