Helium

Helium is 'n kleurlose, reuklose, smaaklose chemiese element, een van die edelgasse van die periodieke tabel van elemente, met simbool: He, met een atoomgetal van 2.

Helium se kookpunt en smeltpunt is die laagste van al die elemente; dit bestaan slegs as 'n gas, behalwe by buitengewone toestande. Dit is die element wat die tweede meeste voorkom in die heelal, noemenswaardige hoeveelhede word op aarde slegs in aardgas gevind. Dit word gebruik in kriogeniese toepassings, in diepsee-asemhalingstoerusting, vir die opblaas van ballonne en as 'n beskermende gas vir vele ander doeleindes. Helium is nie-giftig en het geen biologiese newe-effekte.

Geskiedenis 
Helium is die eerste keer in Indië in 1868 deur die Franse sterrekundige Pierre Janssen waargeneem as 'n helder geel lyn in die spektrum van die chromosfeer van die son gedurende 'n sonsverduistering. In dieselfde jaar het die Engelse sterrekundige Norman Lockyer ook 'n onbekende geel lyn in die spektrum van die son opgemerk en tot die gevolgtrekking gekom dat dit veroorsaak word deur 'n element wat onbekend is op Aarde. Hy en die Engelse chemikus, Edward Frankland het die element helios, na die Griekse woord vir die son vernoem.

In 1895 het die Britse chemikus William Ramsay helium geïsoleer deur cleveïet met mineraalsuur te behandel. Lokyer en die Britse fisikus William Crookes het dit as helium geïdentifiseer. In 'n onafhanklike eksperiment in dieselfde jaar is Helium ook deur Sweedse chemici Per Teodor Cleve en Nils Langlet vanuit cleveïet geïsoleer.

In 1905 het die Amerikaanse chemici Hamilton Cady en David McFarland ontdek dat helium vanuit aardgas geskei kan word. In 1907 het Ernest Rutherford en Thomas Royds gedemonstreer dat 'n alfadeeltjie 'n heliumkern is. Helium is vir die eerste keer deur 'n Hollandse fisikus Heike Kamerlingh Onnes in 1908 vervloei deur die gas te verkoel tot onder een grade K. Dit was vir die eerste keer gevries in 1926 deur sy student Willem Hendrik Keesom. In 1938 het die Russiese fisikus Pyotr Leonidovich Kapitsa ontdek dat helium-4 byna geen viskositeit het by temperature naby die absolute nulpunt nie, 'n verskynsel wat as superfluïditeit bekend staan. In 1972 is dieselfde verskynsel opgemerk in helium-3 deur die
Amerikaanse fisici Douglas D. Osheroff, David M. Lee en Robert C. Richardson.

Toestande 
By STD bestaan helium slegs as 'n enkelatomige gas. Dit vries alleen onder baie hoë druk (die variasie in die druk het 'n drastiese invloed op die volume van die vastestof). Onder sy kookpunt van 4,21 Kelvin en bo die lambdapunt 2,1768 Kelvin, bestaan die isotoop helium-4 in 'n normale vloeistofvorm, in 'n toestand wat helium I genoem word. Onder die lambdapunt begin dit ongewone eienskappe toon in 'n toestand wat helium II genoem word. Min is bekend rondom die eienskappe van die isotoop helium-3.

Helium II 
Helium II vertoon eienskappe van twee onderskeibare vloeistowwe, die een 'n normale viskose vloeistof en die ander 'n supervloeier skynbaar sonder enige interne wrywing. Dit vloei maklik en vinnig deur selfs die kleinste kapillêre openinge en in wat die fontein effek genoem word, styg dit oor die rand van 'n houer in 'n dun film wat skynbaar nie beïnvloed word deur swaartekrag nie. Verder is die termiese geleidingsvermoë groter as dié van enige ander bekende stof. Wanneer die stof aan hitte blootgestel word, word die hitte vinnig deur die stof in golwe gelei, 'n verskynsel wat tweede klank genoem word.

Reaksies 
Helium is chemies onreaktief onder normale toestande. Met gloeiende elektronvrystelling of elektronbombardement kan helium egter verbindings met wolfram, jodium, fluoor, swael en fosfor vorm.

Isotope 
Van die agt bekende isotope van helium is slegs helium-3 en helium-4 stabiel.

Die ander is almal radio-aktief, wat vinnig verval na ander chemiese stowwe. Die isotoop helium-4 met die mees algemene voorkoms, word geproduseer vanuit die alfaverval van swaarder radio-aktiewe elemente, met 'n kern wat uit 'n alfadeeltjie bestaan. Dit is 'n ongewoon stabiele kern as gevolg van die feit dat die nukleone gerangskik is in volledig gevulde orbitale. Daar is slegs geringe hoeveelhede helium-3 op aarde en dié word gevorm deur die beta verval van tritium.

Verspreiding 
Helium is die element met die tweede grootste verspreiding in die heelal (na waterstof) en beslaan ongeveer 'n kwart van die massa van die heelal. Dit is gekonsentreer in die sterre waar dit uit waterstof gevorm word deur kernfusie van die proton-proton kettingreaksie en die CNO-siklus. Volgens die Groot Knal-model/teorie van die ontwikkeling van die heelal, is die grootste hoeveelheid helium gevorm in die eerste drie minute na die Groot Knal.

Die konsentrasie van helium in die Aarde se atmosfeer is slegs 1 deel in 200 000, hoofsaaklik as gevolg van die feit dat helium na die ruimte verloor word as gevolg van sy beweginglose karakter en lae massa. Helium wat op aarde in noemenswaardige hoeveelhede voorkom is hoofsaaklik die byprodukte van radio-aktiewe verval. Die vervalprodukte word gevind in minerale wat uraan en torium bevat, onder andere cleveïet, pikblende (uraniniet), carnotiet, monasiet en beriel. Daar is ook klein hoeveelhede helium teenwoordig in minerale bronne, vulkaniese gas en meteoriet yster. Die grootste konsentrasie op die planeet kom voor in aardgas en is die grootste bron van kommersieel beskikbare helium. Die hoofbron is die aardgasvelde van die Amerikaanse deelstate Texas, Oklahoma en Kansas.

Sintese 
Helium kan voorberei word deur litium of boor met hoë snelheid protone te bombardeer.

Gebruike 

Saamgeperste helium verkry uit aardgas is kommersieel beskikbaar.

Helium word vir velerlei doeleindes ingespan:
 Omdat dit ligter as lug is kan lugskepe en ballonne gevul word met helium om hulle te maak dryf. Helium vir gebruik in lugskepe is ideaal aangesien dit nie vlambaar is nie en het 92.64% van die dryfvermoë van die alternatiewe gas waterstof.

 Die stem van 'n mens wat helium ingeasem het, kry tydelik 'n hoë toon as gevolg van die spoed van klank in helium wat byna drie keer hoër is as in lug, wat 'n ooreenstemmende toename in die resonante frekwensie van die larinks tot gevolg het. Dit mag dalk vermaak verskaf maar kan dodelik gevaarlik wees met gekonsentreerde helium.

 Trimix is 'n atmosferiese mengsel van helium, suurstof en stikstof en word gebruik in diepsee-asemhalingsapparaat om die risiko van stikstofnarkose en suurstofvergiftiging teen hoë drukke te voorkom.

 Vanweë sy uitermate lae smeltpunt en kookpunt, word helium as 'n verkoelingsmiddel gebruik in magnetieseresonansiebeelding, kernreaktore, supergeleiermagnete asook in ander kriogeniese toepassings.

 Vanweë sy bewegingslose eienskappe word helium as 'n beskermingsgas gebruik vir die kweek van silikon- en germaniumkristalle, vir titaan- en sirkoonproduksie, vir boogsweiswerk asook vir gaschromatografie.

 Helium word gebruik om vloeibare vuurpylbrandstof saam te pers.

 Helium word in supersoniese windtonnels gebruik.

 Die versterkingsmedium van die helium-neonlaser is 'n mengsel van helium en neon.

Verwysings

Eksterne skakels 

 WebElements: Helium
 EnvironmentalChemistry.com – Helium
 It's Elemental – Helium
 Hoax: Helium Causes Death (CIAC Hoaxbusters) 

Helium