Pin
Send
Share
Send


Helium (chemisch symbool Hij, atoomnummer 2) is een ondergeschikte component van de atmosfeer van de aarde, maar het is het tweede meest voorkomende element in het universum en het tweede lichtste van alle bekende elementen. Het is een kleurloos, reukloos, smaakloos, niet-toxisch en bijna inert gas dat aan het hoofd staat van de reeks edelgassen in het periodiek systeem. De kook- en smeltpunten zijn de laagste onder de elementen en extreme omstandigheden zijn nodig om het om te zetten in vloeibare en vaste vormen. Extreme omstandigheden zijn ook nodig om het kleine handvol heliumverbindingen te maken, die allemaal onstabiel zijn bij normale temperaturen en drukken.

In het huidige universum wordt bijna alle nieuwe helium gecreëerd als gevolg van de kernfusie van waterstof in sterren. Op aarde wordt het geproduceerd door het radioactieve verval van veel zwaardere elementen. Na de oprichting zit een deel ervan vast met aardgas, in concentraties tot 7 volumeprocent.

Het is algemeen bekend dat helium wordt gebruikt voor het verschaffen van lift voor ballonnen en luchtschepen. Bovendien wordt het gebruikt als een component in diepzee ademhalingssystemen, als koelmiddel voor supergeleidende magneten en als een beschermend gas voor vele industriële processen zoals booglassen en groeiende siliciumwafels. Onderzoekers gebruiken helium om materialen te bestuderen bij zeer lage temperaturen, in een veld genaamd cryogenicsen in helium datering van radioactieve rotsen en mineralen. Het inademen van een klein volume van het gas verandert tijdelijk de toonkwaliteit en toonhoogte van iemands stem. Het kan echter gevaarlijk zijn als het teveel wordt gedaan.

Overvloed in de natuur

Helium is het tweede meest voorkomende element in het bekende universum, na waterstof, en vormt 23 procent van de elementaire massa van het universum. Het is geconcentreerd in sterren, waar het wordt gevormd door twee sets kernfusiereacties: één met de "proton-protonkettingreactie" en de andere met de "koolstof-stikstof-zuurstofcyclus". Volgens het Big Bang-model van de vroege ontwikkeling van het universum werd de overgrote meerderheid van helium gevormd tussen één en drie minuten na de Big Bang, in een stadium dat bekend staat als de Big Bang-nucleosynthese. Op basis van deze theorie dient de overvloed aan helium als een test voor kosmologische modellen.

In de atmosfeer van de aarde is de concentratie helium per volume slechts 5,2 delen per miljoen, voornamelijk omdat het meeste helium in de atmosfeer van de aarde ontsnapt naar de ruimte vanwege zijn inertie en lage massa. In de heterosfeer van de aarde (een deel van de bovenste atmosfeer) zijn helium en andere lichtere gassen de meest voorkomende elementen.

Bijna alle helium op aarde is een gevolg van radioactief verval. Het vervalproduct wordt aangetroffen in mineralen van uranium en thorium, waaronder cleveites, pitchblende, carnotite, monazite en beryl. Deze mineralen stoten alfadeeltjes uit, die bestaan ​​uit heliumkernen (He2+), waaraan elektronen zich gemakkelijk hechten. Op deze manier wordt naar schatting 3,4 liter helium per jaar per kubieke kilometer van de aardkorst gegenereerd.

De concentratie helium in de aardkorst is 8 delen per miljard; in zeewater is dit slechts 4 delen per biljoen. Er zijn ook kleine hoeveelheden in minerale bronnen, vulkanisch gas en meteoorijzer. De grootste heliumconcentraties op onze planeet zijn in aardgas, waarvan het meeste commerciële helium is afgeleid.

Wetenschappelijke ontdekkingen

Pierre Janssen (1824-1907), een Franse astronoom, was de eerste die bewijs van een voorheen onbekend element (helium) in de zon detecteerde.

Op 18 augustus 1868, tijdens een totale zonsverduistering in Guntur, India, observeerde de Franse astronoom Pierre Janssen een felgele lijn met een golflengte van 587,49 nanometer (nm) in het spectrum van de chromosfeer van de zon. Deze lijn was het eerste bewijs dat de Zon een voorheen onbekend element bevatte, maar Janssen werd belachelijk gemaakt omdat er geen element in een hemellichaam was ontdekt voordat het op aarde werd gevonden. Op 20 oktober van hetzelfde jaar zag de Engelse astronoom Norman Lockyer een gele lijn met dezelfde golflengte in het zonnespectrum. Hij noemde het de D3 lijn (Fraunhofer lijn), want het was in de buurt van de bekende D1 en d2 lijnen van natrium. Hij concludeerde dat het werd veroorzaakt door een element in de zon onbekend op aarde. Hij en de Engelse scheikundige Edward Frankland noemden het element met het Griekse woord voor de zon, ἥλιος (Helios).

Op 26 maart 1895 isoleerde de Britse chemicus William Ramsay helium op aarde door de minerale cleveite te behandelen met minerale zuren. Ramsay zocht argon, maar nadat hij stikstof en zuurstof had gescheiden van het gas dat vrijkwam door zwavelzuur, zag hij een felgele lijn die overeenkwam met de D3 lijn waargenomen in het spectrum van de zon ... Deze monsters werden geïdentificeerd als helium door Lockyer en Britse fysicus William Crookes. In datzelfde jaar isoleerden chemici Per Teodor Cleve en Abraham Langlet in Uppsala, Zweden, onafhankelijk helium van cleveite. Ze verzamelden voldoende van het gas om het atoomgewicht nauwkeurig te bepalen.1

In 1907 toonden Ernest Rutherford en Thomas Royds aan dat een alfadeeltje (uitgestoten door radioactieve materialen) een heliumkern is. In 1908 was de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes de eerste die helium vloeibaar maakte door het gas tot onder 1 Kelvin (K) te koelen. Hij probeerde het vast te maken door de temperatuur verder te verlagen, maar hij faalde omdat helium geen "drievoudige" temperatuur heeft waarbij de vaste, vloeibare en gasfasen in evenwicht met elkaar zijn. Zijn student, Willem Hendrik Keesom, was de eerste die helium stolde in 1926 door het aan een druk van 25 atmosfeer te onderwerpen.

In 1938 ontdekte de Russische natuurkundige Pyotr Leonidovich Kapitsa dat helium-4 bijna geen viscositeit heeft bij temperaturen in de buurt van absoluut nul, een fenomeen dat nu superfluïditeit wordt genoemd. In 1972 werd hetzelfde fenomeen waargenomen met helium-3, door de Amerikaanse fysici Douglas D. Osheroff, David M. Lee en Robert C. Richardson.

Opvallende kenmerken

Gas- en plasmafasen

In het periodiek systeem staat helium aan het hoofd van de reeks edelgassen in groep 18 (voormalige groep 8A) en wordt het in periode 1 geplaatst, samen met waterstof. In tegenstelling tot waterstof is helium uiterst inert en is het het minst reactieve lid van de edelgassen. Dientengevolge is het monatomisch (bestaat uit enkele atomen van He) onder vrijwel alle omstandigheden.

De kook- en smeltpunten van helium zijn de laagste van alle elementen. Om deze reden bestaat helium als een gas behalve onder extreme omstandigheden. Gasvormig helium is kleurloos, reukloos, smaakloos en niet giftig. Het is minder oplosbaar in water dan enig ander bekend gas en de diffusiesnelheid door vaste stoffen is driemaal die van lucht en ongeveer 65 procent die van waterstof. De brekingsindex van helium (verhouding van lichtsnelheid in helium tot die in vacuüm) is dichter bij eenheid dan enig ander gas.

De thermische geleidbaarheid van Helium (vermogen om warmte te geleiden) is groter dan die van enig gas behalve waterstof, en de specifieke warmte (hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 kilogram helium met 1 K te verhogen) is ongewoon hoog. Bij normale temperaturen wordt helium warm wanneer het zich vrij kan uitbreiden; maar onder ongeveer 40 K (Kelvin) koelt het af tijdens vrije expansie. Als het eenmaal onder deze temperatuur is afgekoeld, kan helium vloeibaar worden gemaakt door expansiekoeling.

Helium is een elektrische isolator tenzij geïoniseerd. Net als bij de andere edelgassen heeft het metastabiele energieniveaus waardoor het geïoniseerd kan blijven in een elektrische ontlading wanneer de spanning onder zijn ionisatiepotentiaal wordt gehouden (dat wil zeggen, onder de energie die nodig is om het He-atoom van een elektron te strippen).

Helium reageert chemisch niet onder alle normale omstandigheden. Extreme omstandigheden zijn nodig om het kleine handvol heliumverbindingen te maken, die allemaal onstabiel zijn bij standaard temperatuur en druk (0 ° C en 100 kilopascal druk).

Helium kan bijvoorbeeld onstabiele verbindingen vormen met wolfraam, jodium, fluor, zwavel en fosfor wanneer het wordt blootgesteld aan een elektrische glimontlading, door elektronenbombardement, of anders een plasma is. HeNe, HgHe10WHe2en de moleculaire ionen Hij2+, Hij2++HeH+en HeD+ zijn op deze manier gemaakt. Deze techniek heeft ook de productie van de neutrale moleculen He mogelijk gemaakt2 en HgHe.

Helium wordt in het hele universum meestal in een plasma-toestand aangetroffen waarvan de eigenschappen nogal verschillen van die van moleculair helium. Als plasma zijn de elektronen en protonen van helium niet aan elkaar gebonden, wat resulteert in een zeer hoge elektrische geleidbaarheid, zelfs wanneer het gas slechts gedeeltelijk geïoniseerd is. De geladen deeltjes worden sterk beïnvloed door magnetische en elektrische velden. Bijvoorbeeld, in de zonnewind, samen met geïoniseerde waterstof, werken ze samen met de magnetosfeer van de aarde die aanleiding geeft tot het aurora-fenomeen ("noorderlicht").

Vaste en vloeibare fasen

In tegenstelling tot elk ander element stolt helium niet en blijft het bij normale drukken een vloeistof tot absoluut nul (0 K). Vast helium vereist een temperatuur van 1-1,5 K (ongeveer −272 ° C of −457 ° F) en ongeveer 26 standaard atmosferen (2,6 MPa) druk. Het is vaak moeilijk om vast van vloeibaar helium te onderscheiden omdat de twee fasen bijna dezelfde brekingsindex hebben. De solide vorm is kleurloos en bijna onzichtbaar; het heeft een kristallijne structuur met een scherp smeltpunt; en het is zeer samendrukbaar - ongeveer 50 keer meer samendrukbaar dan water.

Helium-4 (de meest voorkomende isotoop van helium) heeft twee verschillende vloeibare toestanden, helium I en helium II, afhankelijk van de temperatuur. Het gedrag van deze twee toestanden is belangrijk voor onderzoekers die kwantummechanica bestuderen (met name het fenomeen superfluïditeit) en onderzoekers die supergeleiding en andere eigenschappen van materie bestuderen bij temperaturen in de buurt van 0 K.

Helium zeg ik

Onder zijn kookpunt van 4,21 K en boven een temperatuur van 2,11768 K (het "lambda-punt" voor helium genoemd), bestaat de isotoop van helium-4 in een normale, kleurloze vloeibare toestand, genaamd helium ik. Net als andere cryogene vloeistoffen kookt helium I wanneer er warmte aan wordt toegevoegd. Het trekt ook samen wanneer zijn temperatuur wordt verlaagd tot het het lambda-punt bereikt, wanneer het stopt met koken en plotseling uitzet. De expansiesnelheid daalt onder het lambda-punt tot ongeveer 1 K is bereikt; op welk punt de expansie volledig stopt en helium begint ik opnieuw te samentrekken.

Helium I heeft een gasachtige brekingsindex van 1.026, waardoor het oppervlak zo moeilijk te zien is dat drijvers van piepschuim vaak worden gebruikt om te laten zien waar het oppervlak is. Deze kleurloze vloeistof heeft een zeer lage viscositeit en een dichtheid een achtste die van water, wat slechts een vierde is van de waarde die wordt verwacht van de klassieke fysica. Kwantummechanica is nodig om deze eigenschap uit te leggen. Om deze reden worden beide soorten vloeibaar helium genoemd kwantumvloeistoffen, wat betekent dat ze atomaire eigenschappen op een macroscopische schaal vertonen.

Helium II staat

Onder het lambda-punt begint vloeibaar helium zeer ongebruikelijke kenmerken te vertonen, in een toestand genaamd helium II. Helium II kan niet worden gekookt omdat het een hoge warmtegeleiding heeft (hoge warmtegeleiding). In plaats daarvan verdampt deze vloeistof, wanneer deze wordt verwarmd, direct om gas te vormen.

Helium II "kruipt" langs oppervlakken om zijn eigen niveau te vinden - na een korte tijd zullen de niveaus in de twee containers gelijk worden. De Rollin-film bedekt ook het interieur van de grotere container; als het niet verzegeld was, zou de helium II eruit kruipen en ontsnappen.

Helium II is een superfluïde, een kwantummechanische materietoestand met vreemde eigenschappen. Bijvoorbeeld wanneer het door zelfs haarvaten van 10 stroomt-7 tot 10-8 m breedte, het heeft geen meetbare viscositeit. Toen echter metingen werden uitgevoerd tussen twee bewegende schijven, werd een viscositeit waargenomen die vergelijkbaar was met die van gasvormig helium.

Helium II vertoont ook een "kruipend" effect. Wanneer een oppervlak voorbij het niveau van helium II reikt, beweegt het helium II langs het oppervlak, schijnbaar tegen de zwaartekracht in. Helium II zal ontsnappen uit een vat dat niet is afgesloten door langs de zijkanten te kruipen totdat het een warmer gebied bereikt, waar het verdampt. Het beweegt in een film met een dikte van 30 nm, ongeacht het oppervlaktemateriaal. Deze film wordt een "Rollin-film" genoemd, vernoemd naar B. V. Rollin, die deze eigenschap voor het eerst kenmerkte. Als gevolg van dit kruipgedrag en het vermogen van helium II om snel door kleine openingen te lekken, is het erg moeilijk om vloeibaar helium op te sluiten. Tenzij de container zorgvuldig is gebouwd, kruipt de helium II langs de oppervlakken en door kleppen totdat het een warmere plek bereikt en vervolgens verdampt.

In de fontein effectis een kamer geconstrueerd die is verbonden met een reservoir van helium II door een gesinterde schijf waardoor gemakkelijk superfluïde helium lekt maar waardoor niet-superfluïde helium niet kan passeren. Als de binnenkant van de container wordt verwarmd, verandert het superfluïde helium in niet-superfluïde helium. Superfluïdum helium lekt erdoor en verhoogt de druk, waardoor vloeistof uit de container fonteint.

De thermische geleidbaarheid van helium II is groter dan die van elke andere bekende stof, een miljoen keer die van helium I en enkele honderden keren die van koper. Dit komt omdat warmtegeleiding plaatsvindt door een uitzonderlijk kwantummechanisch mechanisme. Wanneer warmte wordt geïntroduceerd, beweegt deze door helium II in de vorm van golven, met 20 meter per seconde bij 1,8 K, in een fenomeen genaamd tweede geluid.

De isotoop helium-3 heeft ook een superfluïde fase, maar alleen bij veel lagere temperaturen. Hierdoor is minder bekend over dergelijke eigenschappen van helium-3.

Isotopes

Hoewel er acht bekende isotopen van helium zijn, zijn alleen helium-3 en helium-4 stabiel. De kern van helium-3 bevat twee protonen en een neutron, terwijl die van helium-4 twee protonen en twee neutronen bevat.

In de atmosfeer van de aarde is er één He-3-atoom voor elke miljoen He-4. Helium is echter ongebruikelijk in die zin dat de isotopen overvloed sterk varieert, afhankelijk van de oorsprong. In het interstellaire medium is het aandeel van He-3 ongeveer honderd keer hoger. Rotsen uit de aardkorst hebben isotoopverhoudingen die maar liefst een factor 10 variëren; dit wordt in de geologie gebruikt om de oorsprong van dergelijke rotsen te bestuderen.

De meest voorkomende isotoop, helium-4, wordt op aarde geproduceerd door alfa-verval van zwaardere radioactieve elementen; de alfadeeltjes die tevoorschijn komen zijn volledig geïoniseerde kernen van helium-4. De helium-4-kern, bestaande uit twee protonen en twee neutronen, is ongewoon stabiel. Het werd in enorme hoeveelheden gevormd tijdens Big Bang-nucleosynthese (hierboven vermeld).

Gelijke mengsels van vloeibaar helium-3 en helium-4 van minder dan 0,8 K zullen scheiden in twee niet-mengbare fasen (twee fasen die niet mengen) vanwege hun ongelijkheid (in termen van kwantumstatistieken). Verdunningskoelkasten profiteren van de onmengbaarheid van deze twee isotopen om temperaturen van enkele millikelvin te bereiken.

Er is slechts een kleine hoeveelheid helium-3 op aarde aanwezig, voornamelijk aanwezig sinds de vorming van de aarde, hoewel sommige op aarde vallen opgesloten in kosmisch stof. Spoorhoeveelheden worden ook geproduceerd door het beta-verval van tritium. In sterren is helium-3 echter overvloediger, als een product van kernfusie. Extraplanetair materiaal, zoals maan en asteroïde regoliet (los materiaal dat massief gesteente bedekt), heeft sporen van helium-3 die worden gebombardeerd door zonnewinden.

De verschillende vormingsprocessen van de twee stabiele isotopen van helium produceren de verschillende isotopenovervloed. Deze verschillende isotoop-overvloed kan worden gebruikt om de oorsprong van rotsen en de samenstelling van de aardmantel te onderzoeken.

Het is mogelijk om exotische heliumisotopen te produceren die snel in andere stoffen vervallen. De kortstlevende isotoop is helium-5, met een halfwaardetijd van 7,6 x 10−22 tweede. Helium-6 vervalt door het uitzenden van een bèta-deeltje en heeft een halfwaardetijd van 0,8 seconde. Helium-7 straalt ook een bèta-deeltje uit, evenals een gammastraal. Helium-7 en helium-8 zijn "hyperfragmenten" die ontstaan ​​bij bepaalde nucleaire reacties.

Historische productie en gebruik

Na een olieboringsoperatie in 1903 in Dexter, Kansas, produceerde een gasgeiser die niet zou branden, de staatsgeoloog Erasmus Haworth uit Kansas verzamelde monsters van het ontsnappende gas en bracht deze terug naar de Universiteit van Kansas in Lawrence. Daar ontdekte hij met behulp van chemici Hamilton Cady en David McFarland dat het gas, qua volume, 72 procent stikstof, 15 procent methaan (onvoldoende om het gas brandbaar te maken), 1 procent waterstof en 12 procent van een niet-identificeerbaar gas bevatte .2 Na verdere analyse ontdekten Cady en McFarland dat 1,84 procent van het gasmonster helium was.3 Helium was verre van zeldzaam, maar was in grote hoeveelheden aanwezig onder de Amerikaanse Great Plains, beschikbaar voor extractie uit aardgas.

Dit bracht de Verenigde Staten in een uitstekende positie om 's werelds toonaangevende leverancier van helium te worden. Op suggestie van Sir Richard Threlfall sponsorde de Amerikaanse marine drie kleine experimentele heliumproductie-installaties tijdens de Eerste Wereldoorlog. Het doel was spervuurballonnen te voorzien van het niet-brandbare hefgas. In het programma werd in totaal 200.000 kubieke voet (5.700 m³) van 92 procent helium geproduceerd, hoewel eerder slechts enkele kubieke voet (minder dan 100 liter) van het gas was verkregen. Een deel van dit gas werd gebruikt in 's werelds eerste met helium gevulde luchtschip, de C-7 van de Amerikaanse marine, die op 7 december 1921 zijn eerste reis maakte van Hampton Roads, Virginia naar Bolling Field in Washington D.C.

Hoewel het extractieproces, waarbij gebruik werd gemaakt van vloeibaar gas bij lage temperatuur, niet tijdig werd ontwikkeld om significant te zijn tijdens de Eerste Wereldoorlog, ging de productie door. Helium werd voornamelijk gebruikt als hefgas in lichter dan luchtvaartuigen. Dit gebruik verhoogde de vraag tijdens de Tweede Wereldoorlog, evenals de eisen voor afgeschermd booglassen. Helium was ook van vitaal belang in het Manhattan-project dat de atoombom produceerde.

In 1925 richtte de Amerikaanse regering het National Helium Reserve op in Amarillo, Texas, met als doel het leveren van militaire luchtschepen in oorlogstijd en commerciële luchtschepen in vredestijd. Het gebruik van Helium na de Tweede Wereldoorlog was onderdrukt, maar de reserve werd in de jaren 1950 uitgebreid om te zorgen voor een toevoer van vloeibaar helium als koelmiddel bij het maken van zuurstof / waterstofraketbrandstof (onder andere toepassingen) tijdens de Space Race en de Koude Oorlog. Het gebruik van helium in de Verenigde Staten in 1965 was meer dan acht keer het piekverbruik in oorlogstijd.

Na de "Helium Acts Amendments of 1960" (Public Law 86-777) regelde het Amerikaanse Bureau of Mines vijf particuliere fabrieken om helium uit aardgas terug te winnen. Voor deze behoud van helium programma bouwde het Bureau een 425-mijl pijpleiding vanuit Bushton, Kansas, om die fabrieken te verbinden met het gedeeltelijk uitgeputte Cliffside gasveld van de overheid nabij Amarillo, Texas. Dit helium-stikstofmengsel werd geïnjecteerd en opgeslagen in het Cliffside-gasveld totdat het nodig was, toen het vervolgens verder werd gezuiverd.

Tegen 1995 was een miljard kubieke meter van het gas verzameld en had de reserve een schuld van US $ 1,4 miljard, wat het Congres van de Verenigde Staten in 1996 ertoe bracht de reserve af te bouwen.4 De resulterende "Helium Privatisation Act of 1996" (Public Law 104-273) gaf het Amerikaanse ministerie van Binnenlandse Zaken opdracht om de reserve tegen 2005 te liquideren.

Helium geproduceerd vóór 1945 was ongeveer 98 procent zuiver (2 procent stikstof), wat voldoende was voor luchtschepen. In 1945 werd een kleine hoeveelheid van 99,9 procent helium geproduceerd voor lasdoeleinden. Tegen 1949 waren commerciële hoeveelheden klasse A 99,995 procent helium beschikbaar.

Gedurende vele jaren produceerden de Verenigde Staten meer dan 90 procent van commercieel bruikbaar helium in de wereld. Vanaf 2004 werd jaarlijks meer dan 140 miljoen kubieke meter helium geproduceerd, met 85 procent van de productie uit de Verenigde Staten, 10 procent uit Algerije en het grootste deel van de rest uit Rusland en Polen. De belangrijkste bronnen ter wereld zijn de aardgasbronnen in de Amerikaanse staten Texas, Oklahoma en Kansas.

Aangezien helium een ​​lager kookpunt heeft dan enig ander element, kan het uit aardgas worden geëxtraheerd door bijna alle andere elementen in het mengsel vloeibaar te maken, bij lage temperatuur en hoge druk. Het resulterende ruwe heliumgas wordt gezuiverd door opeenvolgende blootstellingen aan lage temperaturen, waardoor bijna alle resterende stikstof en andere gassen uit het mengsel neerslaan. Geactiveerde houtskool wordt gebruikt als laatste zuiveringsstap, meestal resulterend in 99,995 procent zuiver helium. De belangrijkste onzuiverheid in dergelijk helium is neon.

Huidige applicaties

Vanwege zijn lage dichtheid is helium het gas bij uitstek om luchtschepen zoals deze USGS-blimp te vullen.

Helium wordt gebruikt voor vele doeleinden die profiteren van zijn unieke eigenschappen, zoals zijn laag kookpunt, lage dichtheid, lage oplosbaarheid, hoge thermische geleidbaarheid en inertie. Een aantal van deze toepassingen worden hieronder vermeld.

  • Omdat helium lichter is dan lucht, worden luchtschepen en ballonnen opgeblazen met helium voor lift. In luchtschepen heeft helium de voorkeur boven waterstof, want het is niet brandbaar en heeft 92,64 procent van het hefvermogen van waterstof.
  • Gezien zijn inertheid en lage oplosbaarheid in water, is helium een ​​component van luchtmengsels die worden gebruikt in diepzee ademhalingssystemen om het hogedrukrisico van stikstofnarcose, decompressieziekte en zuurstoftoxiciteit te verminderen. Voor deze ademhalingssystemen kan helium worden gemengd met (a) zuurstof en stikstof ("Trimix"), (b) alleen zuurstof ("Heliox"), of (c) waterstof en zuurstof ("Hydreliox").
  • De extreem lage smelt- en kookpunten van helium maken het ideaal voor gebruik als koelmiddel bij beeldvorming met magnetische resonantie, supergeleidende magneten en cryogenica. Vloeibaar helium wordt gebruikt om supergeleiding in sommige gewone metalen (zoals lood) te produceren, waardoor een volledig vrije stroom van elektronen in het metaal mogelijk wordt.
  • Omdat helium inert is, wordt het gebruikt als een beschermend gas in groeiende silicium- en germaniumkristallen, bij de productie van titanium en zirkonium, bij gaschromatografie en bij het bieden van een atmosfeer die geschikt is voor het beschermen van historische documenten. De inertie maakt het ook bruikbaar in supersonische windtunnels.
  • Op basis van zijn inertie en hoge thermische geleidbaarheid, wordt helium gebruikt als koelmiddel in sommige kernreactoren (zoals kiezelbedreactoren) en bij booglassen.
  • In rocketry wordt helium gebruikt als ullage-medium om brandstof en oxidatiemiddelen in opslagtanks te verplaatsen en waterstof en zuurstof te condenseren om raketbrandstof te maken. Het wordt ook gebruikt om brandstof en oxidatiemiddel uit grondondersteuningsapparatuur te zuiveren voorafgaand aan lancering en om vloeibare waterstof in ruimtevoertuigen voor te koelen.
  • Omdat het diffundeert door vaste stoffen met een snelheid die driemaal die van lucht is, is helium nuttig voor het detecteren van lekken in hoogvacuümapparatuur en hogedrukcontainers.

Voorzorgsmaatregelen

De stem van een persoon die helium heeft ingeademd, klinkt tijdelijk hoog en lijkt op die van de stripfiguren Alvin en de eekhoorns (hoewel hun stemmen werden geproduceerd door de toonhoogte van normale stemmen te verschuiven). Dit komt omdat de geluidssnelheid in helium bijna drie keer zo hoog is als in lucht. Hoewel dit effect amusant kan zijn, kan het gevaarlijk zijn als het te veel wordt gedaan, omdat het helium zuurstof verplaatst dat nodig is voor normale ademhaling. Bewusteloosheid, hersenbeschadiging en zelfs verstikking gevolgd door de dood kunnen in extreme gevallen resulteren. Ook kan typisch commercieel helium ongezonde verontreinigingen bevatten. Als helium rechtstreeks vanuit onder druk staande cilinders wordt ingeademd, kan het hoge debiet longweefsel fataal scheuren.

Hoewel neutraal helium bij standaardcondities niet-toxisch is, kan een mengsel van hoge druk van helium en zuurstof (Heliox) leiden tot het zenuwstelsel met hoge druk. Een klein deel stikstof kan het probleem verlichten.

Containers van heliumgas van 5 tot 10 K moeten worden behandeld alsof ze vloeistof bevatten. Dit komt door de snelle en grote toenames in druk en volume die optreden wanneer heliumgas bij die temperatuur wordt opgewarmd tot kamertemperatuur.

Referenties

Specifieke referenties worden aangegeven door opmerkingen in de artikelbron

  • De encyclopedie van de chemische elementen, uitgegeven door Cifford A. Hampel, inzending "Helium" door L. W. Brandt (New York; Reinhold Book Corporation; 1968; pagina's 256-267) Cataloguskaartnummer van de Library of Congress: 68-29938
  • Emsley, John. De bouwstenen van de natuur: een AZ-gids voor de elementen. Oxford: Oxford University Press, 2001. Pagina's 175-179. ISBN 0-19-850340-7
  • Los Alamos National Laboratory (LANL.gov): Periodic Table, "Helium" (bekeken 10 oktober 2002; 25 maart 2005; 31 mei 2006)
  • Guide to the Elements: Revised Edition, door Albert Stwertka (New York; Oxford University Press; 1998; pagina's 22-24) ISBN 0-19-512708-0
  • The Elements: Third Edition, door John Emsley (New York; Oxford University Press; 1998; pagina's 94-95) ISBN 0-19-855818-X
  • United States Geological Survey (usgs.gov): Mineral Information for Helium (PDF) (bekeken 31 maart 2005; 31 mei 2006)
  • Isotopische samenstelling en overvloed van interstellair neutraal helium op basis van directe metingen, Zastenker G.N. et al., 1, gepubliceerd in Astrophysics, april 2002, vol. 45, nee. 2, pp. 131-142 (12) (bekeken 31 mei 2006)
  • Dynamische en thermodynamische eigenschappen van vast helium in de verminderde benadering van alle buren van de zelf-consistente fononentheorie, C. Malinowska-Adamska, P. Sŀoma, J. Tomaszewski, physica status solidi (b), deel 240, nummer 1, pagina's 55-67; Online gepubliceerd: 19 september 2003 (bekeken 31 mei 2006)
  • Het Two Fluid-model van Superfluid Helium, S. Yuan, Yutopian Online (bekeken 4 april 2005; 31 mei 2006)
  • Rollin-filmsnelheden in vloeibaar helium, Henry A. Fairbank en C. T. Lane, Phys. Rev. 76, 1209-1211 (1949), uit het online archief (bekeken 31 mei 2006)
  • Inleiding tot vloeibaar helium, in het NASA Goddard Space Flight Center (bekeken 4 april 2005)
  • Testen van vacuüm versus helium in een zonnetelescoop, Engvold, O .; Dunn, R. B .; Smartt, R. N .; Livingston, W. C… Applied Optics, vol. 22, 1 januari 1983, p. 10-12. (bekeken abstract op 31 mei 2006)
  • Bureau of Mines (1967). Mineralenjaarboek minerale brandstoffen Jaar 1965, Deel II (1967). U. S. Government Printing Office.
  • Helium: fundamentele modellen, Don L. Anderson, G. R. Foulger & Anders Meibom (bekeken 5 april 2005; 31 mei 2006)
  • Hogedruk zenuw syndroom, Diving Medicine Online (bekeken 1 juni 2006)
Tafel
  • Nuclides and Isotopes Fourteenth Edition: Chart of the Nuclides, General Electric Company, 1989
  • WebElements.com en EnvironmentalChemistry.com volgens de richtlijnen op WikiProject Elements van Wikipedia (bekeken 10 oktober 2002)

Notes

  • Opmerking 1: Emsley, De bouwstenen van de natuur, p. 177
  • Opmerking 2: Emsley, De bouwstenen van de natuur, p. 179
  • Opmerking 3: American Chemical Society (2004). De ontdekking van Helium in aardgas URL toegankelijk op 19-05-2006.
  • Opmerking 4: Emsley, De bouwstenen van de natuur, p. 179

Externe links

Alle links zijn op 14 december 2017 opgehaald.

  • WebElements: Helium
  • Het is elementair - Helium
  • Foto's en toepassingen van Helium
  • Helium (aan de Technische Universiteit van Helsinki; omvat fasediagrammen voor druk en temperatuur voor helium-3 en helium-4)

Pin
Send
Share
Send