wetenschappers hebben al enige tijd begrepen dat de meest voorkomende elementen in het heelal eenvoudige gassen zoals waterstof en helium zijn. Deze vormen het overgrote deel van de waarneembare massa, waarbij alle zwaardere elementen samen (en met een brede marge) worden overschaduwd. En tussen de twee is helium het op één na lichtste en op één na meest voorkomende element, dat aanwezig is in ongeveer 24% van de waarneembare elementaire massa van het universum.waar we helium vaak zien als het hilarische gas dat vreemde dingen doet met je stem en ballonnen laat zweven, is het eigenlijk een cruciaal onderdeel van ons bestaan. Helium is niet alleen een belangrijk bestanddeel van sterren, maar ook een belangrijk bestanddeel van gasreuzen. Dit is deels te wijten aan de zeer hoge nucleaire bindende energie, plus het feit dat wordt geproduceerd door zowel kernfusie en radioactief verval. En toch weten wetenschappers pas sinds het einde van de 19e eeuw dat het bestaat.het eerste bewijs van helium werd op 18 augustus 1868 verkregen door de Franse astronoom Jules Janssen. In Guntur, India, observeerde Janssen een zonsverduistering door een prisma, waarna hij een felgele spectraallijn (op 587,49 nanometer) zag uitgaan van de chromosfeer van de zon. Op dat moment dacht hij dat het natrium was, omdat het dicht bij de D1 en D2 fraunhoferlijnen lag.op 20 oktober van datzelfde jaar observeerde de Engelse astronoom Norman Lockyer een gele lijn in het zonnespectrum (die hij de D3 Fraunhoferlijn noemde) die volgens hem veroorzaakt werd door een onbekend element in de zon. Lockyer en de Engelse scheikundige Edward Frankland noemden het element helios, naar het Griekse woord voor de zon.

kenmerken:

Helium is het op één na eenvoudigste atoom als het gaat om zijn atoommodel, na waterstof. Het bestaat uit een kern van twee protonen en neutronen, en twee elektronen in atomaire banen. De meest voorkomende vorm is helium-4, waarvan wordt aangenomen dat het product van Big Bang nucleosynthese. Deze gebeurtenis, die 10 seconden tot 20 minuten na de oerknal duurde, werd gekenmerkt door de productie van andere kernen dan de lichtste isotoop van waterstof (waterstof-1. die een enkel proton en kern heeft).

deze gebeurtenis wordt verondersteld het grootste deel van helium-4 te hebben geproduceerd, samen met kleine hoeveelheden van de waterstof -, helium-en lithiumisotopen. Alle andere zwaardere elementen werden veel later gemaakt, als gevolg van Stellaire nucleosynthese. Grote hoeveelheden nieuw helium worden de hele tijd gecreëerd door dit zelfde proces, waarbij de hitte en druk in de kern van sterren waterstofatomen doen fuseren.

de kern van het helium-4-atoom is identiek aan een alfa-deeltje, twee gebonden protonen en neutronen die worden geproduceerd in het proces van alfa-verval (waarbij een element vervalt, massa vrijmaakt en iets anders wordt). De inertheid van helium is te wijten aan de stabiliteit en lage energie van zijn elektronwolk staat, waar al zijn elektronen volledig bezetten 1s orbitalen in paren, geen bezit impulsmoment en elk annuleert elkaars intrinsieke spin.

Deze stabiliteit is ook verantwoordelijk voor het gebrek aan interactie van heliumatomen met elkaar, wat leidt tot een van de laagste smelt-en kookpunten van alle elementen.

gebruiksgeschiedenis:

sinds enige tijd bestaat helium alleen in de zon. Echter, in 1882 ontdekte de Italiaanse natuurkundige Luigi Palmieri helium op aarde bij het analyseren van lava van de Vesuvius na de uitbarsting in dat jaar. En in 1895, tijdens het zoeken naar argon, slaagde de Schotse chemicus Sir William Ramsay erin helium te isoleren door een monster van cleveite te behandelen met minerale zuren. Na het behandelen van het element met zwavelzuur, merkte hij dezelfde D3-absorptielijn op.Ramsey stuurde monsters van het gas naar Sir William Crookes en Sir Norman Lockyer, die bevestigden dat het helium was. Het werd in hetzelfde jaar onafhankelijk van cleveite geïsoleerd door chemici Per Teodor Cleve en Abraham Langlet in Uppsala, Zweden, die het atoomgewicht nauwkeurig konden bepalen. In de loop van de volgende jaren leverden soortgelijke experimenten dezelfde resultaten op.in de daaropvolgende jaren werden verschillende interessante eigenschappen van helium ontdekt. In 1907 toonden Ernest Rutherford en Thomas Royds aan dat een alfa-deeltje eigenlijk een heliumkern is. In 1908 werd helium voor het eerst vloeibaar gemaakt door de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes door het gas te koelen tot minder dan één kelvin. Het element werd uiteindelijk in 1926 gestold door zijn student Willem Hendrik Keesom, die het element onderwierp aan 25 drukatmosferen.

Helium was een van de eerste elementen die superfluïditeit vertoonden. In 1938 ontdekte de Russische natuurkundige Pjotr Leonidovitsj Kapitsa dat helium-4 bijna geen viscositeit heeft bij temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt (superfluïditeit). In 1972 werd hetzelfde fenomeen waargenomen in helium-3 door de Amerikaanse natuurkundigen Douglas D. Osheroff, David M. Lee en Robert C. Richardson.

Modern gebruik:

tegenwoordig wordt heliumgas gebruikt in een breed scala van industriële, commerciële en recreatieve toepassingen. De meest bekende is misschien wel vlucht, waar heliumgas (lichter dan lucht) van nature zorgt voor drijfvermogen voor luchtschepen en ballonnen. In vergelijking met waterstof, dat ook in luchtschepen werd gebruikt, heeft helium het extra voordeel brandbaar en brandvertragend te zijn.

vanwege zijn unieke eigenschappen – waaronder een laag kookpunt, lage dichtheid, lage oplosbaarheid, hoge thermische geleidbaarheid en inertheid – wordt helium gebruikt voor een breed scala aan wetenschappelijke en medische toepassingen. Het grootste gebruik is in cryogene toepassingen, waar vloeibaar-helium fungeert als koelmiddel voor supergeleidende magneten in MRI-scanners en spectrometers.

een ander gebruik is in raketten, waar helium wordt gebruikt als buffer om brandstof en oxidatiemiddelen in opslagtanks te verplaatsen. Het wordt ook gebruikt om waterstof en zuurstof te condenseren tot raketbrandstof en vloeibare waterstof voor te koelen in ruimtevoertuigen. De Large Hadron Collider bij CERN is ook afhankelijk van vloeibaar helium om een constante temperatuur van 1,9 kelvin te handhaven.dankzij de extreem lage brekingsindex en de manier waarop helium de verstorende effecten van temperatuurschommelingen vermindert, wordt helium ook gebruikt in zonnetelescopen, gaschromatografie en in “heliumdatering” – d.w.z. het bepalen van de leeftijd van gesteenten die radioactieve stoffen bevatten (zoals uranium en thorium). Naast zijn inertheid, zijn thermische eigenschappen, hoge geluidssnelheid en de hoge waarde van de warmtecapaciteit rantsoen, wordt het ook gebruikt in supersonische windtunnels en aerodynamische testfaciliteiten. Het wordt ook gebruikt in booglassen en voor industriële lekdetectie.