He

Helium

atomnummer: 2
gruppe: 18
periode: 1
atomvekt: 4,002602

I mennesket
0 mg

I jordskorpen
0,01 ppm

I havet
0,0072 µg/liter

På solen
23,00 %

Mer anvendelig en du tror

Helium er den første edelgassen i periodesystemet og har to elektroner i det eneste og dermed det ytterste elektronskallet. Edelgassene karakteriseres ved at deres ytre elektronskall er fylt. Det er det som gjør at disse grunnstoffene er temmelig stabile og bare i liten grad reagerer med andre grunnstoffer, og helium er det minst reaktive av dem alle. Men selv om dette grunnstoffet er lite reaktivt, er det faktisk temmelig anvendelig og viktigere enn de fleste vil tro.

Flytende helium

Visste du at...

det vil flyte mer helium II gjennom et kapillarrør i løpet av noen sekunder enn det ville komme helium I gjennom samme rør i løpet av flere uker.

[Illustrasjon: Harald Fjeld]

Helium-II kan flyte oppover
kanten langs et glass
Illustrasjon: Harald Fjeld

Helium er en gass ved romtemperatur, og må kjøles temmelig mye ned før den omdannes til en væske. Kokepunktet til vanlig helium er så lavt som -268.9 ° C, eller 4.2 K. Ved videre avkjøling dannes en fast modifikasjon ved -272.15 ° C, og i det lille tempetaturintervallet mellom smeltepunktet og kokepunktet skjer det fantastiske ting.

Væsken som dannes ved 4.2 K kalles Helium-I og oppfører seg som væsker flest. Men ved videre avkjøling dannes (ved ca 2.2 K) det en ny væskemodifikasjon som kalles Helim-II, og dette er en væske som oppfører seg rart. Flyteegenskapene til væsker beskrives ved det som kalles viskositet. Sirup har mye høyere viskositet enn vann, og er selvsagt langt seigere og dermed vanskeligere å helle ut av ett glass. Og helium-I har viskositet omtrent som vann.

Men tenk deg en væske hvor viskositetet er veldig liten eller til og med null. En slik væske kalles superfluid; det finnes ingen motstand i væsken. Så dette blir analogt til at et stoff som ikke viser motstand mot å lede elektrisitet kalles en superleder. Rører du i superfluiden Helium-II så bare fortsetter virvelene i væsken etter at du har sluttet å røre! Og det er ikke lett å finne en beholder som klarer å holde på helium i denne tilstanden, for det kryper ut gjennom de minste sprekker i beholderen du prøver å bruke.

Helium-II flyter dessuten oppover! Heller du Helium-II i et glass vil det etter hvert krype oppover glassets innside før det forsvinner ut av glasset.

Navn

Helium er oppkalt etter Helios, den Greske solguden.

Historie

Grunnstoffet ble første gang oppdaget av den franske astronomen Pierre-Jules-Cesar Janssen da han studerte solen ved hjelp av et spektrometer. Alle grunnstoffer gir opphav til et spektrum av fargede linjer (sett gjennom et prisme) når de varmes opp.

Janssen oppdaget i 1868 en linje i spektret fra sola som han ikke kunne forklare. En gul linje. Den britiske astronomen Sir J. N. Lockyer gjorde den samme observasjonen og konkluderte med at det var et grunnstoff som var vanlig på sola, men ikke på jorda. Han ga grunnstoffet navnet helium, etter Helios, den Greske solguden.

Mange vitenskapsmenn tvilte på at dette grunnstoffet virkelig fantes, men likevel var det mange som prøvde å påvise det. Det skulle gå 27 år før den Skotske kjemikeren Sir William Ramsay kunne påvise grunnstoffet. Han løste uranmineralet, clevitt, i syre og samlet opp gassene som ble produsert.

To svenske kjemikere Cleve og Langlet påviste helium omtrent samtidig. Helium er det eneste grunnstoffet som er identifisert i rommet før det er funnet på jorda.

Forekomst

Helium er det nest vanligste grunnstoffet i Universet, nest etter hydrogen. Utrolig nok utgjør disse to grunnstoffene så mye som 98 % av alle grunnstoffene i Universet.

Men det aller meste av dette heliumet finnes utenfor jorda og vår atmosære. Helium er, som hydrogen, for lett til å bli holdt tilbake av jordens gravitasjonsfelt, så størstedelen av jordens opprinnelige helium har forsvunnet ut. Likevel, du puster inn helium hver eneste gang du trekker pusten. Luften vi puster inn inneholder nemlig omlag 0.0005 % helium.

[Illustrasjon]

Det er stor forskjell på hvilke grunnstoffer det finnes mest av i Universet og i jordskorpa – heldigvis!

I verdensrommet er helium konsentrert i stjerner, inklusive i vår egen sol. Grunnstoffet dannes ved at hydrogenatomer fusjonerer, og det er dette som får stjernene til å skinne.

På jorda er nesten alt helium fanget i undergrunnen. Grunnstoffet dannes når radioaktive/ustabile grunnstoffer i forskjellige mineraler brytes ned. Helium dannes for eksempel når uran dekomponerer, og noe av dette heliumet pipler ut igjennom mikrosprekker i bergartene og forsvinner ut i atmosfæren, mens andre deler forblir fanget i bergartene. Totalt er det langt mere helium fanget under jordas overflate enn frigitt og tilstede i atmosfæren.

Fremstilling

Mesteparten av heliumet som produseres, kommer fra gassbrønner i USA. Helium er fanget i porøse bergarter som fungerer som lagre for olje og naturgass, og naturgass er i dag hovedkilden til helium. Edelgassen separeres relativt enkelt fra metan og andre gasser i naturgassen. Siden helium har et så lavt kokepunkt, er det enkleste å avkjøle den totale gassblandingen. Etter hvert kondenserer den ene gassen etter den andre, og tilslutt er det bare helium som er igjen som gass. Da kan den pumpes av.

Kunne hindret Hindenburg-katastofen

[Wikimedia Commons]

Hindenburg brenner
Wikimedia Commons

Det 245 meter lange luftskipet Hindenburg gjennomførte 10 turer over Atlanterhavet før det tok fyr under landing i New Jersey i 1937.

På 37 sekunder var hydrogenet som fikk luftskipet til å sveve brent opp. 13 passasjerer og 22 besetningsmedlemmer døde i denne ulykken som så enkelt kunne vært unngått. Alle viste at hydrogen er lett antennelig og dermed utgjorde en risiko. De som designet det store luftskipet planla selvsagt at ballongen skulle fylles med heliumgass.

Helium er noe tyngre enn hydrogen, men den ulempen overgås av fordelen ved at helium er lite reaktivt. Men depresjonen ga vanskelige tider for selskapet som eide Hindenburg, og de lot seg derfor sponse av det sterke tyske nasjonalsosialistiske partiet som vokste frem - nazistene med andre ord. Hindenburg var til og med merket med det forhatte hakekorset. Problemet for eieren av luftskipet var at heliumsproduksjonen var dominert av USA og den nasjonen var bekymret over Adolf Hitlers fremmarsj. De nektet å selge helium til tyskerne. Dermed måtte de nøye seg med hydrogen, og resultatet kjenner vi så alt for godt.

Hydrogenbomben

Mens atombomber er basert på energien som frigis når atomer splittes, får hydrogenbomben sin energi ved at to lettere hydrogenkjerner fusjonerer og danner en større kjerne, helium.

Massen av heliumkjernen er noe mindre enn den samlede massen til de to hydrogenkjernene, og dermed frigis masse energi. Massen som forsvinner omdannes til energi, E = mc2. Den første hydrogenbomben som ble sprengt på Marshalløyene var flere hundre ganger sterkere enn atombomben som ble sluppet over Hiroshima i slutten av annen verdenskrig. Den ødela en helt øy.

I miljøet

Helium dannes ved radioaktivt henfall og er også α-partikler. Som radioaktivt henfall stoppes α-partikkelen ganske raskt, og da helium er en ureaktiv edelgass utgjør den ikke noen fare i miljøet.

MR-scannere kjøles med flytende helium

Magnetisk resonans (MR) er et svært viktig medisinsk diagnoseverktøy som har reddet liv siden rundt 1980. Sentralt for denne teknikken er kjempesterke magneter; disse må til for å produsere de detaljerte bildene som kan påvise hjernesvulster, beininfeksjoner og annet.

Magnetfeltet er helt essensielt og det må være sterkt, og da er det nødvendig at vi kjøler ned magnetene kraftig. Helium som kan produseres i væskeform ved 4.2 K er helt ideell til formålet!

Dette er en så viktig teknikk i dagens medisin at det er grunn til å være bekymret for fremtiden. Hva gjør vi når dagens heliumforekomster er brukt opp? Hydrogen er selvsagt et alternativ, men sikkerhetsmessigt er det ikke ideelt.

Heliumballonger

[Foto: colourbox]

Foto: colourbox

Heliumballonger kjenner vi til fra 17 mai og annen offentlig moro. Men hvorfor er ikke ballongene laget av gummi som andre ballonger? Jo, gummiballonger har bittesmå porer som gjør at heliumatomene relativt lett unnslipper.

Ballongene vi bruker i dag er derfor laget av nylon som er belagt med aluminium. Her finner vi ikke de samme porene og dermed holder ballongene seg oppblåst mye lengre.

Donald stemme

Donald-stemmen vi får etter å ha pustet inn helium kjenner vi alle. Men hvorfor får heliumet den effekten?

Vanlig luft har langt større tetthet enn helium. Derfor er lydens hastighet i helium langt større enn i vanlig luft, nesten tre ganger så stor, og det er det som gir effekten på stemmen.

Helium er ikke giftig, men inhalering må gjøres med største omhu uansett. Dette er nemlig slett ikke ufarlig. Dersom kroppen ikke får det oksygenet den trenger kan du besvime eller til og med kveles.

Helium-II

[Illustrasjon: Harald Fjeld]

Helium-II kan flyte oppover kanten langs et glass
Illustrasjon: Harald Fjeld

Under det såkalte λ-punktet ved 2,1768 K omdannes vanlig helium (helium-I) til helium-II. Helium-II har mange merkelige egenskaper:

• Dets termiske ledningsevne er større enn for alle andre stoffer, og det er for eksempel flere hundre ganger mer varmeledende enn kobber.

• Det kan ikke koke, men går direkte fra fast stoff til gass.

• Det er superflytende; lar man en skål flyte på helium-II, vil helium-II flyte opp over kanten og fylle skålen, og det vil flyte mer helium-II gjennom et kapillarrør i løpet av noen sekunder enn det ville komme helium-I gjennom samme rør i løpet av flere uker.

Helium lyser hvitt

[Foto: Phillip Slawinski]

Helium sender ut hvitt lys
hvis gassen bombarderes med elektroner.
Foto: Phillip Slawinski

Når du sender en elektrisk strøm gjennom edelgassene så kan disse gassene sende ut lys. Lyset er et resultat av kollisjoner mellom atomene i gassen og elektronene.

Når strøm sendes gjennom et lysrør med neon blir lyset rødt. De andre edelgassene gir andre farger; xenon gir blått lys, argon gir fiolett lys, mens helium gir et hvittoransje lys.

Dykkegass

Skal du dykke dypt, trenger du profesjonelt dykkeutstyr, og da er beholdere med komprimert luft påkrevd. Når du dykker utsettes kroppen for et stort trykk fra vannmassene omkring deg, og dette er en påkjenning for kroppen og spesielt for lungene. Dermed er motkrefter nødvendig for at lungene ikke skal kollapse. Problemet er at gassmolekylene i den medbrakte gassen du puster inn og som skal virke som en motkraft, kan løse seg i blodet. Ekstra nitrogen kan gi nitrogen-narkose som gjør at dykkerne mister kontroll. De kan føle seg fulle, og de kan til og med få panikk og kaste dykkemasken. For mye oksygen i blodet er heller ikke bra og fungerer som en gift for kroppen. Hva er da alternativet? Jo, det er helium. For i motsetning til nitrogen og oksygen vil ikke helium løses i blodet i særlig grad, selv ved høye trykk.

Forfatter:  Svein Stølen

Finn nabogrunnstoff

     
  He  
F Ne  

Vis alt om helium

Helium er en edelgass.
Les om edelgassene.

Helium i periodesystemet

Visste du at...

Tc

Technetiumisotopen 99mTc er den mest brukte radionukliden til medisinske undersøkelser, både i Norge og resten av verden?

Les mer om technetium

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter