Helium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Im Universum ist Helium nach Wasserstoff das zweithäufigste Element. Es entstand zum großen Teil kurz nach dem Urknall und entsteht bis heute in Sternen, wenn Wasserstoffkerne zu Heliumkernen verschmelzen. Auf der Erde ist Helium dagegen selten. In der Luft kommt es nur in Spuren vor, etwa fünf Teile auf eine Million. Weil die Atome so leicht sind und die Erdanziehung sie nicht dauerhaft halten kann, entweicht Helium aus der Atmosphäre ins Weltall.

Das Helium, das wir nutzen, stammt aus dem Erdinneren. Dort zerfallen radioaktive Elemente wie Uran und Thorium und senden Alphateilchen aus; ein Alphateilchen ist nichts anderes als ein Heliumkern. Über Jahrmillionen sammelt sich das Gas in Gesteinsschichten und in Erdgaslagerstätten. Einige Erdgasvorkommen, vor allem in den USA, enthalten bis zu mehreren Prozent Helium; andere, etwa in Katar, nur Bruchteile eines Prozents, liefern aber wegen ihrer Größe trotzdem viel Helium. Bei der Aufbereitung des Erdgases wird es abgetrennt: Man kühlt das Gas so stark ab, dass alle anderen Bestandteile flüssig werden, während Helium gasförmig bleibt. Entdeckt wurde Helium 1868, als Astronomen im Spektrum der Sonne eine gelbe Linie fanden, die zu keinem bekannten Element passte. Der Name leitet sich vom griechischen Wort helios für Sonne ab.

Eigenschaften und Reaktionen

Helium ist ein farbloses, geruchloses und ungiftiges Gas. Mit der Elektronenkonfiguration 1s² ist seine einzige Schale voll besetzt. Deshalb hat Helium keinen Grund, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben: Es ist chemisch inert und bildet unter normalen Bedingungen keine Verbindungen. Eine Elektronegativität wird für Helium meist gar nicht angegeben. Helium liegt als einatomiges Gas vor, anders als Wasserstoff, Sauerstoff oder Stickstoff, die Moleküle aus zwei Atomen bilden.

Besonders sind seine Eigenschaften bei tiefen Temperaturen. Helium siedet bei -268,93 °C und hat damit den niedrigsten Siedepunkt aller Stoffe. Unter normalem Druck wird es selbst am absoluten Nullpunkt nicht fest; erst unter hohem Druck erreicht man den Schmelzpunkt von -272,2 °C. Kühlt man flüssiges Helium weiter ab, wird es supraflüssig: Es fließt dann ohne jede innere Reibung, kriecht an Gefäßwänden hoch und leitet Wärme außergewöhnlich gut. Mit einer Dichte von 0,179 g/L ist Helium nach Wasserstoff das leichteste Gas. Sein Atomradius von 31 pm ist der kleinste aller Elemente. Helium steht in Periode 1 und Gruppe 18, bei den Edelgasen, obwohl es nur zwei Valenzelektronen hat; die äußere Schale ist trotzdem voll.

Verwendung in Alltag und Technik

Die bekannteste Anwendung sind mit Helium gefüllte Luftballons und Wetterballons, die aufsteigen, weil Helium leichter als Luft ist. Anders als Wasserstoff brennt Helium nicht und ist deshalb auch für Luftschiffe das Füllgas der Wahl. Diese Anwendungen machen aber nur einen kleinen Teil des Verbrauchs aus.

Der wichtigste Abnehmer ist die Medizintechnik: Die supraleitenden Magnete in Kernspintomographen (MRT) müssen auf wenige Kelvin gekühlt werden, und dafür gibt es keinen Ersatz für flüssiges Helium. Auch die Magnete von Teilchenbeschleunigern wie am CERN werden mit Helium gekühlt. In der Halbleiterindustrie dient Helium als Schutzgas und Kühlmittel bei der Herstellung von Chips und Glasfasern. Beim Schweißen von Aluminium und Edelstahl schirmt es die Schweißnaht von Luftsauerstoff ab. Taucher atmen in großen Tiefen Gemische aus Helium und Sauerstoff, weil Helium anders als Stickstoff keinen Tiefenrausch auslöst. Außerdem wird Helium zur Lecksuche eingesetzt: Die winzigen Atome dringen durch kleinste Undichtigkeiten und lassen sich mit empfindlichen Detektoren nachweisen. Weil Helium nur über geologische Zeiträume nachgebildet wird und aus der Atmosphäre entweicht, gilt es als knappe Ressource. Viele Labore fangen es deshalb auf und verflüssigen es erneut.

Kurz gefragt

Warum fehlt fuer viele Edelgase haeufig ein EN-Wert in Tabellen?

Häufige Fragen