Helium
Från Rilpedia
|
|||||||||||||||||||||||||
| Allmänt | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Namn, kemiskt tecken, nummer | helium, He, 2 | ||||||||||||||||||||||||
| Ämnesklass | ädelgaser | ||||||||||||||||||||||||
| Grupp, period, block | 18, 1, s | ||||||||||||||||||||||||
| Densitet | 0,1785 kg/m3 (273 K) | ||||||||||||||||||||||||
| Utseende | I gasform färglös |
||||||||||||||||||||||||
| Atomens egenskaper | |||||||||||||||||||||||||
| Atommassa | 4,002602 u | ||||||||||||||||||||||||
| Atomradie (beräknad) | inga data (31) pm | ||||||||||||||||||||||||
| Kovalent radie | 32 pm | ||||||||||||||||||||||||
| van der Waalsradie | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Elektronkonfiguration | 1s2 | ||||||||||||||||||||||||
| e− per skal | 2 | ||||||||||||||||||||||||
| Oxidationstillstånd (oxid) | 0 (okänd) | ||||||||||||||||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||
| Ämnets fysiska egenskaper | |||||||||||||||||||||||||
| Aggregationstillstånd | gas | ||||||||||||||||||||||||
| Magnetiska egenskaper | icke magnetisk | ||||||||||||||||||||||||
| Smältpunkt | 0,95 K (−272 °C) | ||||||||||||||||||||||||
| Kokpunkt | 4,22 K (-269 °C) | ||||||||||||||||||||||||
| Molvolym | 21,0 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Ångbildningsvärme | 0,0845 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Smältvärme | 5,23 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Ljudhastighet | 970 m/s vid 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||
| Diverse | |||||||||||||||||||||||||
| Värmekapacitet | 5 193 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||
| Värmeledningsförmåga | 0,152 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||
| 1a jonisationspotential | 2372,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 2a jonisationspotential | 5250,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Mest stabila isotoper | |||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
| SI-enheter & STP används om ej annat angivits | |||||||||||||||||||||||||
Helium är grundämne nummer två i det periodiska systemet, en färglös och luktlös ädelgas. Helium har den lägsta kokpunkten av alla grundämnen, och endast vid höga tryck kan helium fås att övergå i fast form. I naturen förekommer helium som obundna atomer som inte reagerar alls med andra ämnen. På grund av heliumatomernas ringa storlek och ovilja att reagera med andra atomer, tenderar gasen att långsamt sippra ut ur lagringsbehållare.
Den radioaktiva alfastrålningen (α-strålning) består av elektronlösa 4He-kärnor som vid atomsönderfallet bryts loss från den radioaktiva atomkärnan. α-strålning kan lätt skärmas av på grund av kärnornas elektriska laddning.
Innehåll |
Historia
1868 upptäckte fransmannen Pierre Janssen spektrallinjer i solens spektrum, som inte tillhörde något känt atomslag, varför engelsmannen Norman Lockyer antog att de kom från ett hittills okänt grundämne som sedan han och den engelske astronomen Edward Frankland kallade helium (efter grekiska ἥλιος [hêlios] - Solen). År 1895 framställde den engelske kemisten William Ramsay helium genom att lösa ett uranhaltigt mineral i syra, vilket identifierades av Lockyer och Frankland som helium och samma år detekterade den tyske fysikern Heinrich Kayser spektrallinjer från helium i en ädelgasblandning framställd ur luft. Samma år framställde engelsmannen N.A. Langley och oberoende de svenska kemisterna Per Teodor Cleve och Abraham Langlet helium med exakt samma metod.
Helium var den sista av gaserna som man lyckades överföra i vätskeform. Det såg till och med ut som om helium kanske var den enda egentliga gasen, dvs okondenserbar till skillnad från ångor enligt gammal definition. Genom att utnyttja den temperatursänkning som erhålls när en komprimerad gas utveccklar arbete i en detander(dekompressor) lyckades holländaren Heike Kamerlingh Onnes år 1908 få helium att undan för undan, med hjälp av välkonstruerade värmeväxlare kallna alltmer och till slut kondensera. Just detta renderade honom 1913 års nobelpris.
Med kokande helium som köldmedium kunde exempelvis metallernas resistivitet vid mycket låga temperaturer studeras. Av speciellt intresse var förstås dåtidens resistansnormal kvicksilver (som via destillation enkelt kunde renas i varje laboratorium som behövde en noggrann normal för exempelvis elektrisk spänning). Kamerlingh Onnes fann år 1911 att resistiviteten hos just kvicksilver vid 4,2 K, dvs helt nära heliums kokpunkt vid normalt atmosfärstryck, försvann på ett abrupt och helt oväntat sätt (se supraledning).
Framställning
Helium framställs ur heliumrik naturgas som främst finns i USA. Man framställer det genom fraktionerad destillation av naturgasen. Heliumet har troligen bildats genom alfastrålning från jordens kärna, alfastrålningen värmer också upp jordens inre kärna så den håller sig flytande. I takt med naturgasens användning som bränsle, utan något som helst avseende vid dess stora värde som råvara för heliumutvinning, går världens heliumtillgångar i snabb takt förlorade. USA:s heliumreserv beräknas exempelvis ta slut före år 2016.[1]
Användning och risker
Det berömda fenomenet Kalle Anka-röst, som människor får när de inandas det ogiftiga heliumet, beror på att ljudets hastighet är högre i helium än i luft. Inandning av en tyngre ädelgas, som Xenon, skulle ha motsatt effekt på rösten.
Observera att det är mycket riskabelt att andas in ren helium från ballonger. Andas man in en gas utan syrgas, försvinner syret som finns i lungorna och blodet. Resultatet kan bli att man efter mycket kort tid svimmar på grund av syrebrist. Innträffar det är de inte säkert att andningen startar av sig själv igen. Finns det ingen i närheten som förstår vad som hänt kan en ”sällskapslek” med ”Kalle Anka prat” sluta mycket olyckligt med dödsfall. Man skall aldrig andas in gas som inte innehåller syre.
Helium används bland annat för gasballonger, som ersättare för vätgas, som medför eldfara och explosionsrisk i motsats till helium, och kväve vid dykning (för att minska kvävenarkosen), i belysningsteknik och i metallurgi för att hindra oönskade kemiska reaktioner.
Helium är det näst vanligaste ämnet i universum, endast väte är vanligare. Det nybildas genom fusion av väte i solen och andra stjärnor, men en stor andel av universums helium tros ha bildats vid Big Bang.
Isotopen 4He i vätskeform blir supraflytande vid temperaturen 2,17 K (-271,0 °C), vilket bland annat innebär att viskositeten sjunker kraftigt, och vätskan beter sig mycket egendomligt, bland annat rinner den uppför kanter på kärl och attraheras mot värmekällor.
Helium används som förpackningsgas i livsmedel och har E-nummer E 939. Används även inom svetsindustrin eftersom det är en inert gas (dvs. den brinner inte, och skyddar, om den utledes över svetsskarven, syrets i luften skadliga oxidering på smältan). Vanligt använt inom metallisk laserskärning.
Helium har i luft (jordens atmosvär) en lyftkraft på ca 0,0108996108 N/liter eller 0,00110994 kg/liter det innebär att en människa på 80kg behöver ca 72100 heliumbalonger, med volymen 1 liter styck, för att lyfta från marken.
Säkerhet
Neutralt helium vid normala förhållanden är inte giftig, spelar ingen biologisk roll och hittas i mycket små mängder i människans blod. Om tillräckligt mycket helium andas in, kan syret som behövs för normal andning ersättas, och kvävning kan inträffa. Säkerhetsfrågorna för helium med en låg temperatur liknar dem för flytande kväve. Dess extremt låga temperatur kan resultera i köldskador, vilka blir allvarligare med sprej än vid kontakt med vätska. I det senare fallet bildas ett så kallat Leidenfrost-skikt mot huden, som tillfälligt hindrar direktkontakten. Vidare kan omvandlingen från vätska till gas orsaka explosioner, om inte någon tryckkammare är installerad.
Kontainrar med helium i gasform vid runt -265°C ska hanteras som om de skulle innehålla flytande helium, på grund av den snabba och betydande värmeutvidgningen som uppstår, när helium i gasform under -265°C värms till rumstemperatur.
Se även
Noter
