Welk materiaal heeft het laagste vriespunt?

Het materiaal met het laagste vriespunt is helium. Onder normale druk bevriest het helemaal niet, zelfs niet bij temperaturen die het absolute nulpunt naderen. De redenen waarom worden opgelegd door de kwantummechanica: de nulpuntsenergie van een heliumsysteem is te groot om te bevriezen. De nulpuntsenergie is de minimale energie die een deeltje of systeem altijd heeft, wat er ook gebeurt. Helium is de enige stof die geen vriespunt heeft onder omgevingsdruk, ongeacht de temperatuur.

Een vriespunt voor helium bestaat alleen onder ten minste 25 atmosfeer en een temperatuur van 1,15 K. Deze omstandigheden zijn in een laboratorium gecreëerd door middel van verdampingskoeling. Het resultaat is een kleurloze, zeer samendrukbare vaste stof die praktisch onzichtbaar is. Vast helium is zo moeilijk te zien dat piepschuimlagen worden gebruikt om te vertellen waar het is. De dichtheid van vast helium zelf is slechts 66 keer groter dan lucht. Ter vergelijking: water is 1000 keer dichter dan lucht.

Helium werd voor het eerst vloeibaar gemaakt in 1908 door de Nederlandse natuurkundige Heike Onnes, die het tot 1 graad Kelvin koelde. Tot zijn verbazing zorgde verdere koeling er niet voor dat het zijn vriespunt bereikte. Het was pas 18 jaar later, in 1926, dat zijn student, Williem Keesom, helium kon stollen door het in een drukkamer te koelen. Tegenwoordig is de vloeibaarmaking van helium een ​​essentiële stap om het uit de aarde te halen en op te slaan.

Vloeibaar helium wordt vaak gebruikt als een cryogeen koelmiddel wanneer vloeibare stikstof niet genoeg is. Het moet onder continu hoge druk en lage temperatuur worden gehouden, anders zet het snel uit en gaat over in een gas. Solid helium heeft geen praktische toepassingen buiten wetenschappelijk onderzoek.

Enkele van de meest ongewone eigenschappen van helium kunnen worden overgehaald bij temperaturen in de buurt van absoluut nul. Bij dergelijke temperaturen gedraagt ​​helium zich als een superfluïde, wat betekent dat het stroomt met nul meetbare viscositeit. Het heeft ook de neiging om omhoog te kruipen in de wanden van een container waarin het zich bevindt.