Helium He

Entdeckung

Helium ist insofern ungewöhnlich, als es auf der Sonne gefunden wurde, bevor man es auf der Erde entdeckte. Während der Sonnenfinsternis vom 18. August 1868 beobachtete der französische Astronom Jules Janssen eine hellgelbe Linie im Spektrum der Sonnenprotuberanzen. Später im selben Jahr untersuchte der englische Astronom Norman Lockyer dieselbe Linie und folgerte, dass sie von keinem bekannten Element stammen konnte. Gemeinsam mit dem Chemiker Edward Frankland schlug er ein neues Sonnenelement vor.

Fast drei Jahrzehnte lang blieben viele Chemiker skeptisch. Dann behandelte der schottische Chemiker William Ramsay 1895 das Uranmineral Cleveit mit Säure und fing ein Gas auf, dessen Spektrum dieselbe gelbe Linie zeigte. Per Teodor Cleve und Nils Abraham Langlet in Schweden isolierten es etwa zur gleichen Zeit unabhängig davon und bestimmten sein Atomgewicht.

1903 wurden in Kansas große Heliummengen im Erdgas entdeckt, wodurch aus einer Laborkuriosität ein industrieller Rohstoff wurde. Heike Kamerlingh Onnes verflüssigte Helium erstmals 1908, und die extreme Kälte, die es lieferte, führte ihn 1911 zur Entdeckung der Supraleitung.

Herkunft des Namens

Der Name leitet sich vom griechischen helios ab, das „Sonne“ bedeutet, weil das Element zuerst im Sonnenlicht nachgewiesen wurde. Die Endung „-ium“ wird normalerweise für Metalle verwendet; Lockyer wählte sie, weil er annahm, das neue Element sei ein Metall. Das Symbol He besteht aus den ersten beiden Buchstaben des Namens.

Wichtigste Verwendungen

• Kryotechnik: Flüssiges Helium kühlt die supraleitenden Magnete von MRT-Geräten, NMR-Spektrometern und Teilchenbeschleunigern.
• Traggas: Es füllt Wetter-, Forschungs- und Partyballons und hat in Luftschiffen den Wasserstoff ersetzt, weil es nicht brennen kann.
• Atemgemische: Tiefseetaucher nutzen Helium-Sauerstoff-Gemische, um den Tiefenrausch durch Stickstoff zu vermeiden.
• Fertigung: Es liefert eine inerte Schutzatmosphäre beim Schweißen und bei der Züchtung von Siliciumkristallen und dient zur Lecksuche, weil seine kleinen Atome durch winzigste Spalten schlüpfen.
• Raumfahrt und Wissenschaft: Es setzt Raketentreibstofftanks unter Druck und kühlt empfindliche Detektoren.

Isotope

Helium besitzt zwei stabile Isotope. Helium-4 macht fast das gesamte natürliche Helium aus; sein Kern ist identisch mit dem Alphateilchen, das beim radioaktiven Zerfall ausgesandt wird, und der größte Teil des Heliums in der Erdkruste ist über Milliarden Jahre auf diese Weise entstanden. Helium-3 ist auf der Erde äußerst selten, etwa ein Atom pro Million in aus Luft gewonnenem Helium. Es wird in Neutronendetektoren und in Mischungskryostaten verwendet, die Temperaturen von nur wenigen Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt erreichen. Ein großer Teil des weltweiten Helium-3 stammt aus dem Zerfall von Tritium.

Im Alltag

Helium ist ungiftig, verdrängt aber Sauerstoff; wer es direkt aus einer Flasche einatmet, kann das Bewusstsein verlieren, und auch das Einatmen aus Ballons für den Mickymaus-Stimmen-Trick ist nicht ohne Risiko. Die Stimme verändert sich, weil sich Schall in Helium viel schneller ausbreitet als in Luft, wodurch sich die Resonanzen des Vokaltrakts verschieben.

Auf der Erde ist Helium eine endliche Ressource. Einmal freigesetzt, ist es leicht genug, um aus der Atmosphäre ins All zu entweichen. Es wird daher aus bestimmten Erdgasfeldern gewonnen und wo immer möglich recycelt.