Helium

Vitenskapelige oppdagelser

De første bevisene for helium ble observert 18. august 1868, da som en lys gul linje med en bølgelengde på 587,49 Nm i kromosfærens spekter. Linjen ble oppdaget av den franske astronomen Jules Janssen under en total solformørkelse i Guntur i India. Opprinnelig var det antatt at det dreide seg om natrium. 20. oktober samme år observerte den engelske astronomen Norman Lockyer en gul linje i solens spektrum. Denne ga han navnet Fraunhoferlinje D₃ fordi den var nær de kjente D₁- og D₂-linjene til natrium. Han konkluderte med at den kom av et grunnstoff på solen som var ukjent på jorden. Lockyer og den engelske kjemikeren Edward Frankland oppkalte grunnstoffet etter det greske ordet for sol, ἥλιος (helios), som ifølge gresk mytologi kjørte solvognen over himmelen.
Den italienske fysikeren Luigi Palmieri oppdaget for første gang helium på jorden i 1882, gjennom D₃-spektrallinjen da han studerte lavaen fra Vesuv.
Den 26. mars 1895 lyktes den skotske kjemikeren William Ramsay å utvinne helium på jorden ved å behandle mineralet cleveitt (en variant av bekblende som inneholder minst 10 % sjeldne jordarter) med mineralsyre. Ramsey så etter argon, men etter å ha separert oksygen og nitrogen fra gassen med svovelsyre, så han en klar gul spektrallinje som stemte med D₃-linjen som var observert tidligere i solens spekter. Denne gassprøven ble indentifisert som helium av Lockyer og den britiske fysikeren William Crookes.
Uavhengig av hverandre samme år klarte kjemikerne Per Teodor Cleve og Abraham Langlet å isolere gassen fra cleveitt i Uppsala i Sverige. Langlet samlet så mye gass at han kunne måle nøyaktig atomvekten til helium. Helium ble også observert før Ramsey oppdaget helium av den amerikanske geokjemikeren William Francis Hillebrand da han analyserte prøver fra uraninitt. Han kunne se noen uvanlige spektrallinjer, men han konkluderte feil med at det var nitrogen han hadde sett. Hillebrand sende et gratulasjons-brev til Ramsey etter han hadde oppdaget hva gassen var.
I årene 1899 og 1900 arbeidet fysikerne Ernest Rutherford og Paul Villard med å separere ulike strålinger til tre forskjellige typer: alfa, beta og gamma. Rutherford hadde en hypotese der han tenkte at alfapartikkelen besto av 2 ladete heliumioner. I 1907 påviste Ernest Rutherford og Thomas Royds, at alfapartikkel er heliumkjerne, ved å stråle partiklene inn i en tynn-vegget, lufttom glassbeholder, for så å undersøke den fangete gassen ved å sende elektriske ladninger gjennom glassbeholderen og studere emisjonspekteret til den nylig fangete gassen. 
Ved å kjøle ned helium til mindre enn 1 kelvin klarte den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes i 1908 å få helium til flytende væske. Han prøvde videre å få helium i fast fase ved å fryse helium ytterligere ned, men klarte det ikke fordi helium ikke har trippelpunkt. En av studentene til Onnes, Willem Hendrik Keesom klarte i 1926 å få 1 cm³ helium i fast form ved å påføre ekstra trykk.
Den russiske fysikeren Pjotr Leonidovitch Kapitsa oppdaget at helium-4 har nesten ingen viskositet nær det absolutte nullpunktet, et fenomen vi i dag kaller superfluid. Dette fenomenet er relatert til Bose-Einstein-kondensasjon. I 1972 ble det samme fenomenet observert med helium-3, men da med temperaturer mye nærmere det absolutte nullpunktet av de amerikanske fysikerne Douglas Dean Osheroff, David Morris Lee og Robert Coleman Richardson.

Utvinning og bruk

Etter en oljeboring i Dexter, Kansas i USA ble det utvunnet en gass som ikke kunne brenne. Kansas statsgeolog,  Erasmus Haworth, tok ut en prøve av gassen fra feltet som han tok med seg til universitetet i Kansas ved Lawrence, der sammen med kjemikeren Hamilton Cady og David McFarland, kunne de konstatere at gassen besto av 72% nitrogen, 15% metan, 1% hydrogen og 12% uidentifisert gass. Videre analyse av gassen viste at 1,84% av gassprøven var helium. Dette viste at til tross for helium er sjelden på jorden så var det store mengder å finne av gassen i undergrunnen på Great Plains i USA.
Dette satte USA i stand til å bli verdensledende leverandør av helium. Tre heliumproduksjonsanlegg ble bygget av United States Navy under første verdenskrig etter forslag fra sir Richard Threlfall, for å bruke en ikke brennbar gass til sperreballonger. Totalt ble det fremstilt 5700 kubikkmeter 92% ren helium i disse produksjonsanleggene mot bare mindre enn 1 kubikkmeter før programmet startet. Noe av denne gassen ble brukt i verdens første heliumfylte luftskip, C-7, som fløy sin jomfrutur fra Hampton Roads i Virginia til Bolling Field i Washington, D.C. den 1. desember 1921.

Isotoper

Naturlig forekommende helium består av 2 stabile isotoper: ³He (0,000137 %) og ⁴He (99,999863 %). I tillegg er 6 ustabile (og dermed radioaktive) isotoper kjent. De mest stabile av disse er ⁶He med halveringstid 806,7 ms og ⁸He med halveringstid 119,0 ms. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 nanosekund.
CAS-nummer: 7440-59-7

Bruk og misbruk

Helium brukes i ballonger fordi det gir god oppdrift. Hydrogen er billigere og gir litt bedre oppdrift enn helium, men på grunn av eksplosjonsfaren er den langt farligere å bruke. Helium er en edelgass og er derfor ikke reaktiv. 
Ved langvarige og/eller dype dykk brukes ofte en gassblanding med oksygen og helium som pustegass. Den lave tettheten gjør at et åndedrag med helium gir en fordreid stemme. Denne «Donald Duck-effekten» har ført til at enkelte bruker gassen til underholdning.  
Å puste inn helium er meget risikabelt. Hvis du puster inn en gass som ikke inneholder oksygen, ventilerer du meget raskt ut det oksygenet som er i lunger og blodbane og oksygenmetningen i blodet faller umiddelbart. Resultatet kan etter svært kort tid bli besvimelse på grunn av oksygenmangel. Hjerterytmen kan også forstyrres og det er ikke alltid at åndedrettet starter igjen av seg selv i slike tilfeller. Hvis det ikke er noen i nærheten som forstår hva som er i ferd med å skje, og umiddelbart setter igang med livredning, kan denne «selskapsleken» fort bli fatal.

Fusjon

Når to hydrogenatomer smeltes sammen ved kjernefysisk fusjon dannes det et heliumatom. Det er dette som skjer på solen. Det er gjort mange forsøk på å lage en fusjonsreaktor på jorden basert på en variant av slik fusjon, men vi er fortsatt på det stadiet at målet er at de skal produsere mer energi enn de bruker. Problemet er at fusjonsprosesser krever ekstreme temperaturer og trykk (slik vi finner i solens kjerne) for å fungere.