| Symbool | He |
|---|---|
| Atoomnummer | 2 |
| Atoommassa | 4,0026 u |
| Categorie | Edelgas |
| Groep | 18 |
| Periode | 1 |
| Blok | s-blok |
| Fase bij 20 °C | gas |
| Smeltpunt | −272,2 °C (alleen onder druk, 25 bar) |
| Kookpunt | −268,93 °C |
| Dichtheid | 0,1786 g/L |
| Elektronenconfiguratie | 1s2 |
| Elektronen per schil | 2 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | onbekend |
| Oxidatiegetallen | 0 |
| Ontdekt | 1868 door Pierre Janssen en Norman Lockyer (in het zonnespectrum); William Ramsay isoleerde het in 1895 |
| Engelse naam | Helium |
Eigenschappen van helium
Een heliumatoom heeft een volledig gevulde eerste schil met twee elektronen. Die configuratie is zo stabiel dat helium geen enkele bekende stabiele verbinding vormt onder normale omstandigheden. Het gas is kleurloos, geurloos, niet brandbaar en ongeveer zeven keer lichter dan lucht. Helium kookt bij −268,93 °C en wordt bij normale druk zelfs bij het absolute nulpunt niet vast; daarvoor is een druk van ongeveer 25 atmosfeer nodig. Onder 2,17 K wordt vloeibaar helium-4 superfluïde: het stroomt zonder wrijving, kruipt als een dun laagje omhoog langs de wand van een bakje en lekt door de kleinste poriën. Van helium bestaan twee stabiele isotopen, helium-4 en het zeldzame helium-3. Heliumkernen (twee protonen en twee neutronen) zijn identiek aan de alfadeeltjes die vrijkomen bij radioactief verval. Omdat heliumatomen zo klein zijn, ontsnapt het gas gemakkelijk door rubber en zelfs door sommige metalen.
Naam. De naam komt van het Griekse ‘helios’ (zon), omdat helium eerst werd ontdekt als onbekende gele lijn in het licht van de zon.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Helium staat in periode 1 en groep 18 (edelgassen) van het periodiek systeem, in het s-blok.
Een neutraal atoom heeft 2 protonen in de kern en 2 elektronen, verdeeld over 1 schil: 2. Het periodenummer (1) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: links/ervoor: Waterstof (H, 1); rechts/erna: Lithium (Li, 3); eronder in dezelfde groep: Neon (Ne).
Andere elementen in groep 18: Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon, Oganesson.
Voorkomen
Ongeveer een kwart van de gewone materie in het heelal is helium. Het meeste ontstond kort na de oerknal; daarnaast maken sterren voortdurend helium door kernfusie van waterstof. In de aardatmosfeer zit slechts 5,2 ppm helium, omdat het lichte gas langzaam de ruimte in ontsnapt. Het helium dat wij gebruiken komt uit de aardkorst: het ontstaat bij alfaverval van uranium en thorium en hoopt zich op in aardgasvelden. Sommige velden in de Verenigde Staten, Qatar, Algerije en Rusland bevatten enkele procenten helium. Het wordt uit het aardgas gewonnen door het mengsel sterk af te koelen, zodat de andere gassen condenseren en helium overblijft.
Toepassingen
- Vloeibaar helium koelt de supergeleidende magneten in MRI-scanners, deeltjesversnellers zoals de LHC en NMR-apparatuur.
- Ballonnen, weerballonnen en luchtschepen worden met helium gevuld omdat het licht is en, anders dan waterstof, niet brandt.
- Diepzeeduikers ademen mengsels van helium en zuurstof (heliox of trimix) om stikstofnarcose en duikersziekte te beperken.
- Bij lassen en bij de productie van siliciumchips en glasvezel dient helium als beschermgas dat ongewenste reacties voorkomt.
- Lekdetectie: omdat heliumatomen door de kleinste gaatjes glippen, spoort men er lekken mee op in vacuümsystemen en koelinstallaties.
Veelgestelde vragen
Waarom krijg je een hoge stem van helium?
Geluid gaat in helium bijna drie keer zo snel als in lucht. Je stembanden trillen even snel als anders, maar de resonanties in je mond- en keelholte verschuiven naar hogere frequenties. Daardoor klinkt je stem schel en ‘Donald Duck’-achtig. De toonhoogte van je stembanden zelf verandert nauwelijks.
Raakt helium op?
Helium is een eindige grondstof. Het ontstaat zeer langzaam in de aardkorst en ontsnapt, eenmaal vrijgekomen, uiteindelijk naar de ruimte. De winbare voorraad in aardgasvelden is beperkt, waardoor er regelmatig tekorten en prijspieken zijn. Daarom wordt helium in ziekenhuizen en laboratoria steeds vaker opgevangen en hergebruikt.
Waarom zweeft een heliumballon?
Een liter helium weegt ongeveer 0,18 gram, terwijl een liter lucht ongeveer 1,29 gram weegt. De ballon verplaatst dus lucht die zwaarder is dan zijn eigen inhoud. Het verschil levert een opwaartse kracht op die groter is dan het gewicht van ballon en gas, waardoor hij stijgt.