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Okt 06

Helium

NMR- Daten

Isotop  3He Natürliche Häufigkeit (%)  1.37*10-4
Spin 1/2 Magnetisches Moment μ/μN -3.685154336
Magnetogyrisches Verhältnis
γ/107rad s-1T-1
 -20.3801587 Frequencerhältnis Ξ/%  76.179437
Standard  He Probenbedingungen  Gas
Empfindlichkeit relativ zu 1H  6.06*10-7 Empfindlichkeit relativ zu 13C  3.56*10-3
Larmor Frequenzen (MHZ) vs. Bruker Feldstärken (Tesla)
7.04925 9.39798 11.7467 14.0954
 228.636  304.815  380.994  457.173
16.4442 17.6185 18.7929 19.9673
 533.352  571.441  609.531  647.620
21.1416 22.3160 23.4904
 685.710  723.799  761.889

Da es keine Heliumverbindungen gibt, dient die 3He- NMR hauptsächlich zur Untersuchung von Absorptionsprozesse als auch von Heliumatomen innerhalb von Fullerenen (Beispiele). So liegt die chemische Verschiebung von Helium in C70 bei -28,8ppm (Quelle: Guan-Wu Wang, Xin-Hao Zhang, Huan Zhan, Qing-Xiang Guo and Yun-Dong Wu; J. Org. Chem., 2003, 68 (17), pp 6732–6738 und dortige Quellen)


Historisches

Entdeckt wurde Helium von Sir William Ramsey, Nils Langet und P.T.Cleve im Jahr 1895. Sie identifizierten das Edelgas als das Element, was beim Auflösen uranhaltiger Mineralien (Cleveit) in Säuren entweicht. Dieses Verhalten wurde schon von dem amerikanische Mineralogen und Chemiker William Francis Hillebrand beobachtet, auch er hatte ein neues Element vermutet, erntete aber nur Hohn und Spott.
Der Name Helium kommt aus dem griechischen und steht für helios – die Sonne. Helium wurde schon 30 Jahre vor seiner Entdeckung im Jahre 1895 durch die Astronomen P.J.C. Janssen und J.N. Lockyer unabhängig voneinander im Spektrum der Sonne nachgewiesen und als Element charakterisiert. Von ihnen bekam es auch den Namen Helium. Und sogar schon 1785 konnte H. Cavendish unbewusst den Edelgasanteil der Luft isolieren, der überwiegend Helium enthält.

Vorkommen

Helium findet man im Erdgas und mit 0,000524 Vol% in der Luft. Auch ist es als Zerfallsprodukt in den Mineralien radioaktiver Elemente enthalten.

Darstellung

Helium wird technisch vor allem aus den amerikanischen Erdgasen (Anteil etwa 1-8% Helium) durch Druckwaschung mit Wasser und Kalkmilch zur Entfernung des Kohlendioxides und anschließender stufenweiser Abkühlung auf -205°C mit 99% Reinheit als verbleibendes Gas gewonnen.

Verwendung

Helium wird als Kühlmittel für supraleitende Magneten eingesetzt. Da es nicht brennbar ist, eignet es sich auch als Füllgas für Luftschiffe. Aber auch als Ersatz von Stickstoff in der Atemluft von Tauchern findet Helium Anwendung, da sich so der Taucherkrankheit entgegenwirken lässt.

Allgemeine Daten

Ordnungszahl: 2 rel. Atommasse: 4,0026 Oxydationszahl: —
Elekronenkonfiguration:
1s2
reagiert nicht mit Luft
reagiert nicht mit Wasser
1.Ionisierungsenergie: 2374 kJ/mol
Elektronenaffinität: 21 kJ/mol Elektronegativität: — Atomradius (quantenchemischer Wert für das freie Atom) in 10-10m: 0,49
kovalenter Radius: — Ionenradius: — elektr. Leitfähigkeit: —
Kristallstruktur: hexagonal Schmelzpunkt: 0,95K Siedepunkt: 4,213K
Dichte: 0,1787 g*cm-3 am Fp Spez. Wärmekapazität:5,193 Jg-1K-1    

weitere Eigenschaften

Helium besitzt eine Reihe interessanter Eigenschaften. So ist Helium das einzigste Element, welches nicht bei Atmosphärendruck ausgefroren werden kann. Dies gelingt erst bei einem Druck von 25,5bar. Bei der Verflüssigung von Helium erhält man das sogenannte Helium I. Kühlt man nun das Helium I bei Atmosphärendruck auf 2,18 Kelvin ab (Lambda- Punkt), so erhält man Helium II. Die Eigenschaften von diesem Helium II sind so aussergewöhnlich, das man diesen Zustand auch als superfluiden Aggregatzustand bezeichnet. Im Zustand der Superfluidität besitzt Helium II eine um 3 Zehnerpotenzen kleiner Viskosität als gasförmiger Wasserstoff. Die Wärmeleitfähigkeit übertrifft die von Kupfer bei Raumtemperatur ebenfalls um 3 Zehnerpotenzen. Durch enge Kapillaren, d.h. Kapillaren mit einem Durchmesser kleiner 1/100’stel Millimeter, fliesst superfluides Helium ohne Reibung hindurch!

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