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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 Helium und Helium 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.

Isotop

Natürliche
Häufigkeit
[%]

Atommasse

Halbwertszeit T1/2

3He

0,000 14

3,016 03

stabil

4He

99,999 86

4,002 60

stabil

 

Helium 2: Chemische Eigenschaften.

relative Atommasse (12C = 12,000 0)

4,002 6

Dichte [g cm-3] (gasförmig, bei 273 K)

0,001 785

Molvolumen (4 K)

32,07

Wertigkeit

0

 

Helium 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

Siedetemperatur (0,125 mbar) [K]

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

spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9kg-1m3]

-5,9

 

Helium 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

Termsymbol

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

Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]

0,007

 

 

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