Helium
Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
| Egenskaber | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Helium er et grundstof, der i det periodiske system har atomnummner 2 og indleder gruppen af ædelgasser. Det er lugt- smags- og farveløst og ikke giftigt. Stoffets smelte- og kogepunkter er blandt de laveste og det eksisterer derfor kun på gasform, undtagen under ekstreme forhold. Ekstreme forhold er også nødvendige for at skabe de få kemiske forbindelser, hvori helium indgår. Heliums mest almindelige isotop helium-4 har to neutroner i sin kerne, mens den mere sjældne helium-3 kun har én. De to flydende tilstande af helium-4, helium I og helium II, har egenskaber, der er vigtige for forskning i kvantemekanik (specielt superfluiditet) og forskning i effekter ved temperaturer nær det absolutte nulpunkt (eksempelvis superledning).
I 1868 detekterede den franske astronom Pierre Janssen, som den første, helium som en ukendt gul spektrallinje i lyset fra en solformørkelse. Siden da er helium fundet i naturgasfelter i flere lande, men især i USA, der er langt den største leverandør af gassen. Helium anvendes ved dykning, til at køle superledende magneter, til heliumdatering, til at puste balloner op, til at løfte luftskibe og som en beskyttende gas i industrielle sammenhænge. En mindre seriøs anvendelse består i at indånde små mængder af gassen for at ændre ens stemme.
Helium er det mest almindelige og næstletteste grundstof i det kendte univers og menes at være et af de stoffer, der blev skabt i big bang. I det moderne univers bliver næsten alt nyt helium skabt ved kernefusion af brint i stjerner. På jorden er helium sjældent, og næsten alt det der forekommer er skabt ved radioaktivt henfald af langt tungere kerner (alfapartikler er heliumkerner, se nedenfor).
[redigér] Historie
Bevis for heliums eksistens blev, af den franske astronom Pierre Janssen, observeret første gang 18. august 1868, som en klar gul linje (med en bølgelængde på 587,49 nm) i et spektrum fra solens kromosfære, under en total solformørkelse i Guntur, Indien. Linjen antoges i første omgang at stamme fra natrium. Den 20. oktober samme år observerede den engelske astronom Norman Lockyer en gul linje i solens spektrum som han kaldte D3, idet den lå nær linjerne D1 og D2 fra natriums spektrum. Lockyer konkluderede at linjen stammede fra et på jorden ukendt stof i solen. Han og den engelske kemiker Edward Frankland navngav stoffet efter det græske ord for solen, helios.
Den 26. marts 1895 lykkedes det den britiske kemiker William Ramsay at isolere helium på jorden, ved at behandle mineralet cleveit med mineralsyrer. Ramsay ledte efter argon, men efter at have separeret ilt og nitrogen fra den frigivne gas, opdagede han en klar gul linje, der matchede D3-linjen fra solen. Prøverne blev identiiceret som helium af Lockyer og fysikeren William Crookes. Uafhængigt heraf, lykkedes det samme år kemikerne Per Teodor Cleve og Abraham Langlet i Uppsala, Sverige at isolere nok helium fra cleveit til at bestemme stoffets atomvægt. Før Ramsays opdagelse, lykkedes det faktisk den amerikanske geokemiker William Francis Hillebrand at isolere helium fra mineralet uranit, men han fejlfortolkede de observerede linjer som stammende fra nitrogen.
I 1907 demonstrerede Ernest Rutherford og Thomas Royds at alfapartikler er heliumkerner, ved at lade dem trænge gennem den tynde glasvæg i et lufttømt rør, for derefter at udsætte indholdet af røret for en elektrisk udladning og studere linjerne fra det udsendte lys. I 1908 lykkedes det den hollandske fysiker Heike Kamerlingh Onnes , som den første, at skabe flydende helium ved at nedkøle gassen til under en kelvin. Han forsøgte forgæves at nå stoffets faste form, ved at sænke temperaturen yderligere. Den faste form blev første gang opnået i 1926 af Willem Hendrik Keesom, en af Onnes studerende, ved at udsætte helium for 25 atmosfæres tryk.
I 1938 opdagede den russiske fysiker Pyotr Leonidovich Kapitsa at helium-4 (der er en boson) næsten ingen viskositet har nær det absolutte nulpunkt. Fænomenet relaterer til Bose-Einstein-kondensering. I 1972 blev det samme fænomen observeret for helium-3, men ved langt lavere temperaturer. I helium-3 menes fænomenet at skyldes dannelsen af bosoniske par af de fermioniske helium-3-atomer, ligesom dannelsen af Cooper-par af elektroner fører til superledning.
[redigér] Alfapartikler
Heliumkerner forekommer også som atomkerner uden elektroner (He2+). Sådan en fri heliumkerne kaldes også en alfapartikel. Den fremkommer når et radioaktivt atom går i stykker (fission). F.eks. kan Uran fissioneres til et thorium-atom, med en heliumkerne (alfa-partikel) i overskud. .
