Was sind die Eigenschaften von Helium?

Helium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 2, dh ein neutrales Heliumatom hat zwei Protonen und zwei Elektronen. Zu den wichtigsten chemischen Eigenschaften von Helium zählen die Atommasse, der Aggregatzustand, der Siede- und Schmelzpunkt sowie die Dichte. Das Element hat eine Atommasse von 4,0026 Gramm pro Mol und ist bei fast allen Temperaturen und Druckbedingungen ein Gas. Die Dichte von Helium beträgt 0,1786 Gramm pro Liter bei 32ºF (0,0ºC) und 101,325 Kilopascal (kPa).

Flüssiges und festes Helium kann nur bei extrem niedrigen Temperaturen und hohem Druck existieren. Eine der ungewöhnlichen Eigenschaften von Helium ist, dass es bei normalen Drücken selbst bei extrem niedrigen Temperaturen nicht als Feststoff oder Flüssigkeit vorliegen kann. Bei einem Druck von ungefähr 360 Pfund pro Quadratzoll (2,5 Megapascal) beträgt der Übergang zwischen Flüssigkeit und Feststoff oder der Schmelzpunkt -458ºF (0,95 Kelvin). Der Siedepunkt beträgt -452 ° F (4,22 Kelvin).

Einige der Eigenschaften von Helium machen es zu einem interessanten und häufigen Studienfach in der Quantenmechanik. Es ist wegen seiner niedrigen Ordnungszahl das zweiteinfachste Atom nach Wasserstoff. Mit mathematischen Verfahren kann das Verhalten der subatomaren Teilchen - Protonen, Elektronen und Neutronen - im Heliumatom analysiert werden. Derartige Methoden können jedoch das Verhalten dieser Partikel nicht mit absoluter Sicherheit bestimmen. Atome mit größeren Ordnungszahlen, die mehr subatomare Teilchen aufweisen, sind quantenmechanisch schwieriger zu bearbeiten.

Helium ist das am wenigsten reaktive aller Elemente. Die nicht reaktiven Eigenschaften von Helium ergeben sich aus der Tatsache, dass es das leichteste der im Allgemeinen nicht reaktiven Edelgase ist. Ein Edelgas hat eine "volle" Elektronenhülle, was bedeutet, dass es bei einer chemischen Reaktion keine Elektronen leicht abgeben oder aufnehmen kann. Der Elektronenaustausch oder das Teilen von Elektronen ist die Basis für die meisten chemischen Reaktionen, sodass die Edelgase dazu neigen, an wenigen chemischen Reaktionen teilzunehmen. Zusätzlich hat Helium nur zwei Elektronen, die überhaupt an einer Reaktion teilnehmen könnten, während alle anderen Edelgase - und in der Tat alle Elemente außer Wasserstoff - mehr haben.

Es gibt viele verschiedene Verwendungsmöglichkeiten für Helium, die sich aus den chemischen Eigenschaften von Helium ergeben - insbesondere seinem geringen Gewicht, seiner Temperatur- und Druckqualität und seiner geringen Reaktivität. Helium ist zum Beispiel erheblich leichter als Luft, daher wird es häufig zum Befüllen von Ballons verwendet, damit diese schweben können, und Luftschiffe wie Luftschiffe, damit sie fliegen können. Flüssiges Helium, das nur bei extremen Drücken und sehr niedrigen Temperaturen existieren kann, wird als Kühlmittel für Supraleiter verwendet, die erst bei sehr niedrigen Temperaturen ihre extrem leitenden Eigenschaften annehmen.