Wikipedia

Helium: Forskelle mellem versioner

Gennemse historikken interaktivt
← Gå til forrige forskelGå til næste forskel →
Content deleted Content added
VisueltWikitekst
m Gendannelse til seneste version ved Metalindustrien, fjerner ændringer fra 212.112.153.238 (diskussion | bidrag)
Tag: Tilbagerulning
Mine venner har ødelagt det hele, skulle have brugt det til sklole har i en kopi
Tags: Erstattet blanking Visuel redigering
Linje 1:
{{Infoboks grundstof
|navn = Helium
|symbol = He
|radioaktivt =
| billede = Helium-glow.jpg
| udseende =
| udseende uden billede = lilla (farveløs)
| andresymboler =
| atomnr = 2
| serie = Ædelgas
| gruppe = 19 (18)
| periode = 1
| blok = s
| CAS-nummer = 7440-59-7
| pubchem =
| E-nummer = E-939
|atomare = nej (ja)
| masse = 4,002602 u
| atomRadius = (31) pm
| kovalent radius = 28 pm
| VdW-radius = 140 pm
| eKonfig = 1s²
| eSkaller = 2
|kemiske = ja
| oxtrin = 0
| elektroneg = 2,2 ([[Pauling-Skala]])
|fysiske = ja
| tilstand = Gas
| krystalstruktur = tætteste hexagonal kuglepakning (hcp)
| massefylde = 0,1785 kg·m<sup>−3</sup>
| massefylde-væske =
| massefylde-gas =
| smeltepkt = (efter 2,5 MPa) 0,95 K (−272,2&nbsp;°C)
| kogepkt = 4,22 K (−268,93&nbsp;°C)
| kritiskpkt = 5.19 K, 0.227 MPa
| smeltevarme = 0,02 kJ/mol
| fordampningsvarme = 0,083 kJ/mol
| varmekapacitet = 5193 J/(kg · K)
| varmeledning =
| varmeudvidelse =
| resistivitet =
| magnetegenskaber = [[Diamagnetisk|Diamagnetisme]]
|mekaniske =
| youngsmodul =
| forskydmodul =
| kompresmodul =
| poissons =
| hårdhed-mohs =
| hårdhed-vickers =
| hårdhed-brinell =
|sikkerhed =
| R-sætninger =
| S-sætninger =
| fare1 =
| fare2 =
| fare3 =
| fare4 =
}}
'''Helium''' (af det [[Græsk (sprog)|græske]] ord for [[Solen]]; ἥλιος, ''helios'') er det [[2 (tal)|2]]. [[grundstof]] i det [[periodiske system]], og har det [[Kemisk symbol|kemiske symbol]] '''He'''. Under normale [[Tryk (fysik)|tryk]]- og [[temperatur]]forhold optræder denne [[ædelgas]] som en farveløs, lugt- og smagsfri, enatomig, inaktiv og ugiftig [[gas]]art. Heliums [[kogepunkt|koge-]] og [[smeltepunkt]]er er de laveste blandt grundstofferne, og kun under ekstreme betingelser (højt tryk og lav temperatur) kan stoffet optræde som andet end en gas.
 
Helium blev opdaget i [[1868]] af den [[Frankrig|franske]] [[astronom]] [[Pierre Janssen]], som under en [[solformørkelse]] observerede en hidtil ukendt gul [[spektrallinje]] i [[lys]]et fra [[Solen]]s [[kromosfære]]. I [[1903]] blev der fundet store reserver af helium i [[naturgasfelt]]er i [[USA]], som nu er langt den største leverandør af denne gas. Stoffet anvendes som [[kølemiddel]] til blandt andet [[Superledning|superledende]] [[magnet]]er, i åndedrætsudstyr til [[dykning]], som opdriftsgas i [[ballon]]er og [[luftskib]]e, og som beskyttelsesgas til mange industrielle formål (for eksempel [[lysbuesvejsning]] og fremstilling af [[silicium]]skiver til halvlederindustrien).
 
En anden, mindre seriøs anvendelse er at indånde en lille dosis helium, hvorefter ens stemme for en kort stund lyder markant anderledes. Indånding af helium frarådes imidlertid på det stærkeste, fordi indånding af en gas uden, eller med lidt oxygen, vil gøre, at oxygenmætningen i blodet falder dramatisk, og man kan risikere besvimelse og hjertestop, med mulig fatalt resultat. ADVARSEL! Helium i "industriel" kvalitet, for eksempel fra heliumballoner, kan også indeholde andre gasser der er knap så harmløse som helium.
 
Helium er det næst-letteste grundstof, og det næst-hyppigste (efter [[brint]]) i det observerbare [[univers]]. Helium er et af nogle få grundstoffer man mener blev skabt "sammen med" Universet i det såkaldte [[Big Bang]], men siden da er der også skabt "nyt" helium ved [[fusion]] af brint i det indre af [[stjerne]]r ([[stjerne-nukleosyntese]]). På [[Jorden]] er helium relativt sjældent, men skabes løbende i naturen ved [[alfa-henfald]] af visse [[Radioaktivitet|radioaktive]] grundstoffer; [[Alfapartikel|alfapartikler]] er blot et andet "navn" for helium-[[atomkerne]]r. Denne naturlige helium "fanges" i de samme hulrum hvor man finder naturgas, somme tider i [[Stofmængdekoncentration|koncentration]]er op til syv [[procent]], målt på [[rumfang]]. Herfra udvindes det ved [[fraktionsdestillation]] ved lave temperaturer.
 
Universets første molekyle, heliumhydrid HeH, er konstateret i en [[stjernetåge]].<ref>[https://www.sciencemag.org/news/2019/04/astronomers-have-spotted-universe-s-first-molecule Astronomers have spotted the universe’s first molecule. Science 2019]</ref>
 
== Bemærkelsesværdige kendetegn ==
=== Gas- og plasmaformer ===
Under så godt som alle forhold er helium det mindst kemisk reaktive af samtlige stoffer. De meget lette heliumatomer giver stoffet større [[varmeledning]]sevne, [[varmefylde]] og [[Lydens hastighed|lydhastighed]] end alle andre grundstoffer, med undtalgelse af brint. Af samme grund er heliums evne til at [[Diffusion|diffundere]] igennem [[Fast stof|faste stoffer]] tre gange større end for [[atmosfærisk luft]], og omkring 65 procent af brints diffusionsevne.<ref name="Encyc 261">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', edited by Cifford A. Hampel, "Helium" entry by L. W. Brandt (New York; Reinhold Book Corporation; 1968; page 261) Library of Congress Catalog Card Number: 68-29938</ref>
 
Helium er mindre [[Opløselighed|opløseligt]] i [[vand]] end alle andre kendte gasser<ref>{{cite journal |url = http://www.lenntech.com/elements-and-water/helium-and-water.htm |title = Helium (He) and water |publisher = Lenntech |accessdate = 2008-07-23}}</ref>, og har det laveste [[brydningsindeks]] (tæt på 1) af alle gasser{{kilde mangler|dato=Uge 36, 2009}}. Ved normale "stuetemperaturer" har helium en negativ [[Joule-Thomson-koefficient]], hvilket vil sige at gassen bliver varmere når den "får lov" til at ekspandere uhindret. Først ved temperaurer under den såkaldte [[Joule-Thomson-inversionstemperatur]] (som for helium er mellem 32 og 50[[Kelvin|K]] ved 1 [[Atmosfære (enhed)|atmosfæres]] tryk) afkøles gassen ved uhindret ekspansion<ref name="ECE"/> Når helium først er nedkølet til under denne grænse, kan det bringes på flydende form ved ekspansionskøling.
[[Fil:HeTube.jpg|thumb|left|Helium-udladningsrør formet som det [[kemisk symbol|kemiske symbol]] for helium]]
 
Overalt i Universet finder man hovedsageligt helium i form af [[plasma]], som opfører sig ganske anderledes end atomar, gasformig helium: I plasmatilstanden er [[elektron]]er og atomkerner ikke længere bundet til hinanden, hvilket gør plasmaet stærkt [[Elektrisk leder|elektrisk ledende]], også når stoffet kun er delvis ioniseret. Plasmaets [[Elektrisk ladning|elektrisk ladede]] bestanddele påvirkes modsat almindelig heliumgas af [[Magnetisme|magnetiske]] og [[Elektricitet|elektriske]] felter: [[Solvind]]en, som består af brint- og helium-plasma, vekselvirker med Jordens [[magnetosfære]] og skaber derved [[Birkeland-strøm]]me og [[polarlys]].
 
=== Fast og flydende helium ===
{{Hovedartikel|Flydende helium}}
Helium kan kun bringes på fast form under stort tryk (26 atmosfære) og temperaturer nær det [[Absolut nulpunkt|absolutte nulpunkt]]<ref name="nbb"/>: I denne tilstand optræder helium som en farveløs, næsten usynlig substans, som kan komprimeres: I laboratorier er det lykkedes at "mase" denne "frosne" helium sammen til 30% under prøvens oprindelige rumfang<ref name="LANL.gov">{{cite web |publisher = Los Alamos National Laboratory (LANL.gov): |title = Periodic Table: Helium |url = http://periodic.lanl.gov/elements/2.html |accessdate = 2008-07-23}}</ref>. Med et [[kompressibilitetsmodul]] af størrelsesordenen 5·10<sup>7</sup> [[Pascal (enhed)|Pa]]<ref>{{cite journal |author = C. Malinowska-Adamska, P. Soma, J. Tomaszewski |title = Dynamic and thermodynamic properties of solid helium in the reduced all-neighbours approximation of the self-consistent phonon theory |journal = physica status solidi (b) |volume = 240 |issue = 1 |pages = 55–67 |doi = 10.1002/pssb.200301871 |year = 2003}}</ref> overgår det vands kompressibilitet 50 gange.
 
Helium er det eneste grundstof der ikke kan bringes på fast stof ved normalt tryk; selv ved det absolutte nulpunkt forbliver helium flydende ved normalt atmosfærisk tryk. Dette er en direkte konsekvens af [[kvantemekanik]]ken; heliumatomets [[nulpunktsenergi]] er for høj til at "fryse"; ved 1K kræves et tryk på omkring 25 atmosfære (2.5&nbsp;MPa)<ref>{{cite web |date = 2005-10-05 |url = https://web.archive.org/web/20081105093749/http://www.phys.ualberta.ca/~therman/lowtemp/projects1.htm |title = Solid Helium |publisher = Department of Physics [[University of Alberta]]}}</ref>. Ofte er det svært at få øje på eventuel helium-"is" hvis det udfældes af flydende helium, fordi flydende og fast helium har næsten samme brydningsindeks. Det faste helium har et veldefineret smeltepunkt, og en krystallinsk struktur.
 
Fast helium har en [[massefylde]] på 0.214&nbsp;±0.006&nbsp;g/ml (1.15&nbsp;K, 66&nbsp;atm), og en [[isotermisk kompressibilitet]] (ved 66 atmosfæres tryk og 1,5&nbsp;K temperaturforskel mellem det frosne helium og den omgivende luft) på 0.0031&nbsp;±0.0008/atm. Dertil har man opdaget at der ikke er forskel i massefylden ved henholdsvis 1.8&nbsp;K og 1.5&nbsp;K; det tyder på at fast helium ved det absolutte nulpunkt og 25&nbsp;atmosfæres tryk (det laveste tryk fast helium kan eksistere ved) må have en massefylde på 0.187&nbsp;±0.009&nbsp;g/ml.<ref>{{cite journal |author = D. G. Henshaw |title = Structure of Solid Helium by Neutron Diffraction |journal = Physical Review Letters |volume = 109 |issue = 2 |pages = 328–330 |doi = 10.1103/PhysRev.109.328 |year = 1958}}</ref>
 
==== Helium I ====
Ved temperaturer under kogepunktet på 4,22 K, og over det såkaldte [[lambdapunkt]] ved 2,1768K optræder [[isotop]]en helium-4 som en almindelig, farveløs væske, der kaldes ''helium I''.<ref name="ECE"/><!-- side 262 og 263 -->: Som andre kryogene væsker begynder helium-I at koge når det varmes op. Og det trækker sig sammen når temperaturen sænkes – indtil føromtalte lambdapunkt nås: Her holder væsken op med at koge, og begynder i stedet pludselig at udvide sig. Udvidelses-takten falder gradvist med temperaturen, og ved cirka 1 K begynder væsken atter at trække sig sammen.
 
Det flydende helium I har et meget lavt brydningsindeks på 1,026; det er ellers kun gasarter der har så lave brydningsindicer. Modsat hvad man kender fra vand og andre mere "dagligdags" væsker [[Refraktion|"brydes"]] lyset næsten ikke i flydende helium I, så denne væske er næsten helt usynlig! Af den grund bruger man ofte at lade små stykker [[Flamingo (materiale)|flamingo-plast]] flyde rundt på heliumet som en synlig markering af væskeoverfladen.<ref name="Encyc Chem Elem">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 262</ref> Helium-I har en meget lav [[viskositet]], og en massefylde på blot en ottendedel af vands; fire gange mindre end hvad man skulle forvente ifølge den [[Klassisk fysik|klassiske fysik]].<ref name="Encyc Chem Elem"/> Først med [[Kvantemekanik]]ken kunne man forklare denne egenskab, og af den grund omtales både helium-I og -II (se nedenfor) som ''kvantevæsker'': Sådanne væsker udviser atomare egenskaber på en makroskopisk skala. formentlig fordi stoffets lave kogepunkt forhindre tilfældige termodynamiske bevægelser ([[varme]]) i at maskere eller "overdøve" de atomare egenskaber.<ref name="Encyc Chem Elem"/>
 
==== Helium II ====
Ved temperaturer under lambdapunktet antager flydende helium en tilstand, kaldet ''helium II'', hvor stoffet udviser nogle ganske usædvanlige egenskaber. På grund af stoffets høje [[varmeledningsevne]] koger det ikke på normal vis når det varmes op; væsken [[Fordampning|fordamper]] bare direkte fra overfladen, uden de bobler og bevægelser man normalt ser i kogende væsker. Isotopen helium-3 kan desuden antage en [[superflydende]] tilstand, men kun ved meget lave temperaturer; af den grund ved man ikke meget om disse egenskaber for helium-3-isotopens vedkommende.<ref name="ECE"/>
[[Fil:helium-II-creep.svg|thumb|right|200px|Helium II "kryber" op og ned ad lodrette beholdervægge for at udligne niveauforskelle i væsken; efter nogen tid står væsken lige højt i den lille "skål" i midten og i beholderen der omgiver den. Denne såkaldte [[Rollin-film]] dækker også indersiden af den ydre beholder; hvis beholderen ikke var tæt, ville helium II "kravle ud" gennem utætheden.<ref name="ECE"/><!-- side 263 -->]]
 
Helium II er [[superflydende]]; en særlig kvantemekanisk tilstand som stoffet kan indtage, hvorunder det udviser sære egenskaber: For eksempel kan det "sive" igennem sprækker helt ned mellem 0,1 og 0,01 [[mikrometer]] helt uden målelig viskositet ("modstand").<ref name="nbb"/> Til gengæld, da man målte viskositeten for helium II mellem to roterende skiver, registreredes en viskositet svarende til gasformig helium. De aktuelle teorier forsøger at forklare dette med den såkaldte ''to-væske-model'' for helium II, hvor en del af væsken befinder sig under lambdapunktet i en [[grundtilstand]], og udviser helt præcist nul viskositet, mens resten af væsken ligger over lambdapunktet i en exciteret tilstand, og udviser mere "normale" væske-egenskaber.<ref>{{cite web |author = Yuan, Sidney. |url = http://www.yutopian.com/Yuan/TFM.html |title = The Two Fluid Model of Superfluid Helium (He II, Superfluidity). |publisher = Yutiopian.com. |accessdate = 2008-07-23}}</ref>
 
Helium II har en særlig evne til at "krybe" langs overflader; hvis helium II-væsken møder en overflade der strækker sig længere end væsken, dannes en 30 [[nanometer]] tyk "film" af væske (uanset hvilket materiale overfladen er lavet af), som bevæger sig langs overfladen. Denne væskefilm kan endda "kravle op" ad lodrette flader, og hvis den finder en åbning i beholderen, forlader væsken beholderen ad den vej. Denne væskefilm kaldes for [[Rollin-film]], opkaldt efter Bernard V. Rollin, som var den første der beskrev denne sære egenskab.<ref name="Encyc 263">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 263</ref><ref>{{cite journal |doi = 10.1103/PhysRev.76.1209 |title = Rollin Film Rates in Liquid Helium |journal = Physical Review |volume = 76 |issue = 8 |pages = 1209–1211 |date = oktober 1949 |author = Fairbank H.A.; Lane C.T.}}</ref><ref>{{cite journal |doi = 10.1016/S0031-8914(39)80013-1 |title = On the “film” phenomenon of liquid helium II |journal = Physica |volume = 6 |issue = 2 |pages = 219–230 |date = 1949 |author = B.V. Rollin and F. Simon}}</ref> Helium II's evne til at "krybe" og trænge igennem ganske smalle sprækker gør det svært at "holde" på stoffet; det stiller særlige krav til de anvendte beholdere hvis ikke heliumet skal sive ud og fordampe.
 
Ligesom man kan lave bølger i overfladen af vand der står i et tyndt lag i et flad fad eller lignende, kan man lave overfladebølger i den Rollin-film som helium II danner, men hvor bølgerne i vand-"filmen" styres af [[tyngdekraft]]en, er det [[Van der Waals-kraft|Van der Waals-kræfter]] der står bag tilsvarende bølger i en Rollin-film af helium II.<ref>{{cite web |author = Ellis, Fred M. |url = http://fellis.web.wesleyan.edu/research/thrdsnd.html |title = Third sounds |publisher = Wesleyan Quantum Fluids Laboratory |accessdate = 2008-07-23}}</ref> Disse bølger omtales som den ''tredje lyd''.<ref>{{cite journal |doi = 10.1103/PhysRev.188.370 |title = Hydrodynamics and Third Sound in Thin He II Films |journal = Physical Review |volume = 188 |issue = 1 |pages = 370–384 |date = oktober 1949 |author = D. Bergman}}</ref>
 
Et andet specielt fænomen ved det superflydende helium II er den såkaldte ''fontæne-effekt'', hvor en beholder står i forbindelse med et reservoir af helium&nbsp;II gennem en porøs barriere: Det superflydende helium II trænger let gennem barrierens porer, mens ikke-superflydende helium holdes tilbage. Hvis beholderens indre varmes op, skifter det superflydende helium tilstand og mister dets superflydende egenskab. Men da der stadig trænger superflydende helium ind, stiger trykket og presser helium-væsken ud af beholderen i en fontæne.<ref>{{cite web |author=Warner, Brent|url=https://web.archive.org/web/20050924053710/http://cryowwwebber.gsfc.nasa.gov/introduction/liquid_helium.html |title=Introduction to Liquid Helium |publisher=NASA|accessdate=2007-01-05 |archiveurl=http://web.archive.org/web/20050901062951/http://cryowwwebber.gsfc.nasa.gov/introduction/liquid_helium.html |archivedate=2005-09-01}}</ref>
 
Helium II overgår alle andre kendte stoffer i varmeledning; det er en million gange bedre varmeleder end helium I, og flere hundrede gange bedre end [[kobber]].<ref name="ECE"/><!-- side 263 --> Det skyldes at heliumet leder varme ved en særlig kvantemekanisk proces: Hvor de fleste gode varmeledere normalt har et [[valensbånd]] af frie [[elektron]]er der står for varmetransporten, har helium slet ikke sådan et valensbånd. Her sker varmeoverførslen i stedet på en måde der minder om [[lydbølger]] i [[luft]]; når man tilfører varme til helium II, udbreder temperaturstigningen (ved 1,8 K) sig med 20&nbsp;meter i sekundet, i et bølgefænomen der kaldes for den ''[[anden lyd]]''.<ref name="Encyc 263"/>
 
== Tekniske anvendelser ==
[[Fil:Goodyear-blimp.jpg|thumb|right|Helium er den foretrukne gasart til [[luftskib]]e som dette fra virksomheden [[Goodyear Tire and Rubber Company|Goodyear]], frem for især [[brint]], på grund af gassens lave massefylde og manglende evne til at brænde.]]
Helium bruges til en lang række formål. Flydende helium leveres kommercielt i særlige varmeisolerende "termokander" kaldet dewar-kar der rummer op til 1000 [[liter]], eller i store ISO-beholdere med nominelle kapaciteter op til 11.000 [[US gallon]]s. Mindre mængder gasformig helium fås i cylindriske trykbeholdere med indtil 300 standard-kubikfod, eller fra tankvogne der kan rumme op til 180.000 standard-kubikfod.
 
=== Helium som bæregas ===
Da helium er "lettere", dvs. har en lavere massefylde end luft, bruges det til at fylde [[luftskib]]e og [[ballon]]er for at få dem til at stige til vejrs. Selv om Brint har en endnu lavere massefylde, foretrækker man alligevel helium, da denne gas modsat brint hverken er brændbar eller giftig.<ref name="stwertka"/>
 
=== Helium som åndingsgas ===
Ved [[dykning]] på store dybde indånder dykkerne ofte specielle luftblandinger som [[Trimix (åndingsgas)|trimix]], [[heliox]] og [[heliair]], der indeholder helium som "stedfortræder" for det [[kvælstof]] der ved det høje tryk ellers ville føre til [[nitrogennarkose]].<ref>{{cite journal |last1=Fowler |first1=B |last2=Ackles |first2=KN |last3=Porlier |first3=G |date=1985 |title=Effects of inert gas narcosis on behavior--a critical review |journal=Undersea Biomedical Research Journal |pmid=4082343 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/3019 |accessdate=2008-06-27}}</ref><ref name=thomas>{{cite journal |last=Thomas |first=JR |year=1976 |month= |title=Reversal of nitrogen narcosis in rats by helium pressure |journal=Undersea Biomed Res. |volume=3 |issue=3 |pages=249–59 |pmid=969027 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/969027 |accessdate=2008-06-27}}</ref> Ved dybder på mere end 150 [[meter]] bruger man en ilt-helium-blanding tilsat små mængder brint for at modvirke HPNS ([[high pressure nervous syndrome]]) <ref>{{cite journal |last1=Rostain |first1=J. C. |last2=Gardette-Chauffour |first2=M. C. |last3=Lemaire |first3= C. |last4=Naquet | first4=R. |title=Effects of a H2-He-O2 mixture on the HPNS up to 450 msw. |journal=Undersea Biomed. Res. |volume=15 |issue=4 |pages=257–70 |date=1988 |issn=0093-5387 |oclc=2068005 |pmid=3212843 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/2487 |accessdate=2008-06-24 }}</ref>. Ved disse dyber har man opdaget, at heliumets lave massefylde letter vejrtrækningen betydeligt.<ref>{{cite journal| last1 = Butcher| first1 = Scott J.| last2 = Jones |first2 = Richard L. |last3 = Mayne |first3 = Jonathan R. |last4 =Hartley |first4= Timothy C. |last5 =Petersen |first5 = Stewart R. | title = Impaired exercise ventilatory mechanics with the self-contained breathing apparatus are improved with heliox| journal = European Journal of Applied Physiology| volume = 101| issue = 6| pages = 659(11)| publisher = Springer| location = Netherlands| date = december 2007| doi = http://dx.doi.org/10.1007/s00421-007-0541-5| accessdate = }}</ref>
 
=== Helium som kølemiddel ===
Flydende helium bruges til at nedkøle visse [[metal]]ler til de ekstremt lave temperaturer der fremkalder [[superledning]] i disse metaller: Det udnyttes bl.a. i de [[superledende magnet]]er der bruges i f.eks. [[MRI]]-scannere. I [[CERN]]s [[Large Hadron Collider]] bruges 96 tons flydende helium til at holde superledende magneter ved en temperatur af 1,9 Kelvin.<ref name="CERN-LHC">{{cite web|url=http://visits.web.cern.ch/visits/guides/tools/presentation/LHC_booklet-2.pdf LHC Guide booklet|title=CERN - LHC: Facts and Figures|publisher=[[CERN]]|accessdate=2008-04-30}}</ref> Helium bliver også brugt ved [[kryogen]] frysning.
 
Gasformig helium benyttes som kølemiddel i visse typer gaskølede [[atomreaktor]]er, fordi det kemisk ikke-reaktive helium dels har en høj varmeledningsevne, dels er let gennemtrængeligt for [[neutron]]er, og dertil ikke kan danne [[Radioaktivitet|radioaktive]] [[isotop]]er under de betingelser der hersker i disse reaktortyper.<ref name="nostrand"/>
 
Heliums høje varmeledningsevne og lydhastighed er også en fordel i [[termoakustisk køling]]. Heliums manglende evne til at indgå kemiske forbindelser giver denne kølingsmetode en miljømæssig fordel overfor konventionelle kølesystemer, hvis kølemidler kan bidrage til [[global opvarmning]] og nedbryde [[ozonlaget]].{{kilde mangler|dato=Uge 36, 2009}}
 
=== Helium som beskyttelsesgas ===
Visse industrielle processer, for eksempel [[lysbuesvejsning]], dyrkning af [[krystal]]ler af [[silicium]] og [[germanium]] samt forarbejdningen af [[Titan (grundstof)|titan]] og [[zirconium]], "forstyrres" af tilstedeværelsen af det ilt eller kvælstof der findes i den atmosfæriske [[luft]]. For at undgå dette, benyttes det kemisk ureaktive helium i visse situationer som en "beskyttelsesgas", der fortrænger den atmosfæriske luft omkring arbejdsprocessen.<ref name="nbb"/>
 
Til [[gaskromatografi]] benyttes det kemisk ureaktive helium som "bæregas" til at føre den analyserede prøve gennem gaskromatografens kolonne: Modsat prøvens bestanddele påvirker heliumet ikke de sensorer der skal registrere bestanddelene. Helium er desuden egnet til brug som beskyttende atmosfære omkring gamle historiske dokumenter, da det modsat atmosfærisk luft ikke får papir til at gulne.<ref>{{cite journal
| authors = I E Beckwith and C G Miller
| title = Aerothermodynamics and Transition in High-Speed Wind Tunnels at Nasa Langley
| journal = Annual Review of Fluid Mechanics
| volume = 22
| issue =
| pages = 419–439
| publisher =
| location =
| date= 1990
| doi = 10.1146/annurev.fl.22.010190.002223
| accessdate = }}</ref>
 
=== Helium i rumfarten ===
I forbindelse med [[raket]]ter til flydende brændstof bruges helium som "fyldegas" i rakettens tanke for brændstof og iltningsmiddel, efterhånden som tankene tømmes, samt til at "fortrænge" dampe af disse stoffer i serviceudstyr ved rakettens afskydningsrampe. Dertil benyttes helium som kølemiddel i fremstillingen af det flydende [[ilt]] og brint der bruges i visse typer raketmotorer. Eksempelvis krævede de [[Saturn V]]-raketter der blev benyttet til [[Apollo-programmet]] omkring 13 millioner kubikfod (370.000 m³) helium i forbindelse med opsendelsen.<ref name="LANL.gov"/>
 
=== Andre anvendelser ===
Som navnet antyder, indgår helium i [[lasermedie]]t i den såkaldte [[Helium-Neon-laser]]: Sådanne lasere har en række praktiske anvendelser, herunder i [[stregkodelæser]]e.<ref name="nbb"/>
 
Klippemateriale der inderholder de radioaktive grundstoffer [[uran]] og [[thorium]], kan aldersbestemmes ved at måle materialets indhold a helium; en metode der kaldes [[heliumdatering]].<ref name="ECE">{{cite book|title=The Encyclopedia of the Chemical Elements|last=Brandt|first=L. W.|publisher=Reinhold Book Corporation|location=New York|year=1968|pages=256–268|editor=Clifford A. Hampel|chapter=Helium|id=LCCN 68-29938}}</ref><ref name="nbb"/>
 
Heliums evne til at trænge gennem faste stoffer udnyttes til sporing af lækager i udstyr, der skal opretholde et kraftigt [[vakuum]] eller højt [[Tryk (fysik)|tryk]]<ref name="nostrand">{{Citation |contribution = Francium |year = 2005| title = Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry| editor-last = Considine| editor-first = Glenn D.| pages = 764-765| place= New York| publisher = Wylie-Interscience| isbn = 0-471-61525-0 }}</ref>
 
I refraktor-[[teleskop]]er fyldes hulrummet mellem [[Optisk linse|linserne]] undertiden med helium, hvis meget lave [[brydningsindeks]] reducerer de forstyrrende effekter af temperaturvariationer.<ref name="ECE"/><!-- pg 261 --> Det bruges især i teleskoper til solobservation, som ville blive for tunge hvis de skulle bygges til at opretholde et vakuum.<ref>{{cite journal
| authors = H. Jakobsson
| title = Simulations of the dynamics of the Large Earth-based Solar Telescope
| journal = Astronomical & Astrophysical Transactions
| volume = 13
| issue = 1
| pages = 35–46
| publisher =
| location =
| year= 1997
| doi = 10.1080/10556799708208113
| accessdate = }}</ref>
 
Da helium er lettere end den atmosfæriske luft, udbredes lyden også hurtigere i denne gas. Det bevirker, at når man indånder helium, ændres klangen (ikke tonehøjden<ref name="Wolfe">[http://www.phys.unsw.edu.au/PHYSICS_!/SPEECH_HELIUM/speech.html Physics in speech], phys.unsw.edu.au. Hentet 5. januar 2007. </ref>) af ens [[Stemmeleje|stemme]]. Det bør dog frarådes at gøre dette med "industriel" helium, da dette kan indeholde spor af andre gasser samt dråber af smøreolie. Og selv det pureste helium fortrænger stadig den livsnødvendige ilt, med risiko for kvælning til følge.
 
== Historie ==
=== Videnskabelige opdagelser ===
Det første "spor" af helium blev opdaget den [[18. august]] [[1868]], da den [[Frankrig|franske]] [[astronom]] [[Pierre Janssen]] fandt en klar, gul spektrallinje med 587.49 nanometer [[bølgelængde]] i [[Emissionsspektrum|emissionsspektret]] fra [[Solen]]s [[kromosfære]], under en total [[solformørkelse]] i [[Guntur]] i [[Indien]];<ref name="nbb"/> denne linje formodede man stammede fra [[natrium]]. Den [[20. oktober]] samme år observerede den [[England|engelske]] astronom [[Norman Lockyer]] en gul linje i Solens spektrum, som han "udnævnte" som [[Fraunhofer-linje]] D<sub>3</sub> da den lå tæt på de såkaldte D<sub>1</sub>- og D<sub>2</sub>-linjer i natriums emissionsspektrum.<ref>''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 256</ref>. Han konkluderede at D<sub>3</sub>-linjen skyldtes et hidtil ukendt grundstof i Solen. Lockyer og den engelske [[kemiker]] [[Edward Frankland]] omtalte dette grundstof med det græske ord for Solen, ἥλιος (''helios'')<ref>''Oxford English Dictionary'' (1989), "helium", 16. december 2006, fra Oxford English Dictionary Online. Også, per citat deri: Thomson, W. (1872). ''Rep. Brit. Assoc.'' xcix: "Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium."</ref>
 
Den [[26 marts]] [[1895]] lykkedes det den britiske kemiker [[William Ramsay]] at udvinde helium på Jorden ved at behandle [[mineral]]et [[cleveit]] (en variant af [[uraninit]]med mindst 10% [[sjældne jordartsmetal]]ler) med uorganiske [[syre]]r. Ramsay ledte egentlig efter [[argon]], men efter at have fjernet [[kvælstof]] og [[ilt]] fra den gas som kom af at behandle mineralprøverne med [[svovlsyre]], gav den tilbageværende gas en klar gul spektrallinje der passede med den D<sub>3</sub>-linje man havde observeret i Solens lys.<ref name="Encyc 257">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 257</ref><ref>{{cite journal | title = On a Gas Showing the Spectrum of Helium, the Reputed Cause of D3 , One of the Lines in the Coronal Spectrum. Preliminary Note | author = [[William Ramsay]] | journal = Proceedings of the Royal Society of London | volume = 58 | issue = | pages = 65–67 | year = 1895 | doi = 10.1098/rspl.1895.0006}}</ref><ref>{{cite journal | title = Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I | author = [[William Ramsay]] | journal = Proceedings of the Royal Society of London | volume = 58 | pages = 80–89 | year = 1895 | doi = 10.1098/rspl.1895.0010}}</ref><ref>{{cite journal | title = Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II-- | author = [[William Ramsay]] | journal = Proceedings of the Royal Society of London | volume = 59 | issue = | pages = 325–330 | year = 1895 | doi = 10.1098/rspl.1895.0097}}</ref> Denne gas-"rest" blev identificeret som helium af Lockyer og den britiske [[fysiker]] [[William Crookes]]. Uafhængigt af Lockyer formåede også kemikerne [[Per Teodor Cleve]] og [[Abraham Langlet]] i [[Uppsala]] i [[sverige]] samme år at isolere prøver af helium. Langlet fremstillede tilstrækkelige mængder til at kunne bestemme gassens [[atomvægt]].<ref name="nbb"/> Også den [[USA|amerikanske]] [[geokemiker]] [[William Francis Hillebrand]] var "på sporet" af helium, endda før Ramsays opdagelse: Han havde observeret nogle usædvanlige spektrallinjer under sine undersøgelser af uraninit, men han antog at de stammede fra kvælstof. Hans lykønskningsbrev til Ramsay er et interessant eksempel på videnskabelige opdagelser og "næsten-opdagelser".<ref> [[Pat Munday]] (1999). Biographical entry for W.F. Hillebrand (1853–1925), geochemist and US Bureau of Standards administrator in [http://www.anb.org/ American National Biography], ed. John A. Garraty and Mark C. Carnes, 24 vols. (Oxford University Press: 1999): v. 10, pp. 808–9; v. 11, pp. 227-8. </ref>
 
I [[1907]] påviste [[Ernest Rutherford]] og [[Thomas Royds]], at [[Alfapartikel|alfapartikler]] er atomkerner af helium: De havde ladet partikelstrålingen trænge ind i en tyndvægget, lufttom glasbeholder, og derefter undersøgt den "indfangede" gas' spektrum ved at sende en elektrisk udladning gennem røret. [[1908|Året efter]] lykkedes det den [[holland]]ske fysiker [[Heike Kamerlingh Onnes]] at kondensere helium til en væske for første gang, ved at nedkøle gassen til under én kelvin.<ref>{{cite web |title = Little cup of Helium, big Science |author = Dirk van Delft |journal = Physics today |url = http://www-lorentz.leidenuniv.nl/history/cold/VanDelftHKO_PT.pdf |pages = 36–42 |year = 2008 |accessdate = 2008-07-23}}</ref> Han forsøgte at bringe det på fast form ved at reducere temperaturen yderligere, men det lykkedes ikke, fordi helium ikke har en [[tripelpunkt]] temperatur, hvor de faste, flydende og luftformige faser er i ligevægt. Det blev først bragt på fast form i 1926 af hans studerende [[Willem Hendrik Keesom]] ved at udsætte helium for 25 [[Atmosfære (enhed)|atmosfæres]] tryk.<ref>{{cite journal |title = Solidification of Helium |author = [[Willem Hendrik Keesom]] |journal = [[Nature]] |volume = 118 |pages = 81 |url = http://www.nature.com/nature/journal/v118/n2959/pdf/118081a0.pdf |doi = 10.1038/118081a0 |year = 1926 |accessdate = 2008-07-23 |format = {{Dødt link}} – <sup>[http://scholar.google.co.uk/scholar?hl=en&lr=&q=intitle%3ASolidification+of+Helium&as_publication=%5B%5BNature%5D%5D&as_ylo=1926&as_yhi=1926&btnG=Search Scholar search]</sup>|archiveurl=http://web.archive.org/web/20080625064354/http://www.nature.com/nature/journal/v118/n2959/pdf/118081a0.pdf|archivedate=2008-06-25}}</ref>
 
Den [[Rusland|russiske]] fysiker [[Pyotr Leonidovich Kapitsa]] opdagede i [[1938]], at [[helium-4]] (som er en [[boson]]) næsten ikke udviser [[viskositet]] ved temperaturer tæt på det [[absolutte nulpunkt]]: Dette fænomen omtales som [[superfluiditet]], og hænger sammen med [[Bose-Einstein-kondensation]].<ref>{{cite journal |title = Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point |author = [[Pyotr Leonidovich Kapitsa|P. Kapitza]] |journal = [[Nature]] |volume = 141 |pages = 74 |doi = 10.1038/141074a0 |year = 1938}}</ref> In [[1972]] blev det samme fænomen påvist i [[helium-3]], blot ved temperaturer meget tættere på det absolutte nulpunkt, af de amerikanske fysikere [[Douglas D. Osheroff]], [[David M. Lee]] og [[Robert Coleman Richardson|Robert C. Richardson]]. Superfluiditeten i helium-3 skyldes formodentlig at helium-3-[[fermion]]er danner [[boson]]er ved pardannelse, svarende til [[Cooperpar]] af elektroner ved [[superledning]].<ref>{{cite journal |title = Evidence for a New Phase of Solid He<sup>3</sup> |author = D. D. Osheroff, R. C. Richardson, and D. M. Lee |journal = Phys. Rev. Lett. |volume = 28 |issue = 14 |pages = 885–888 |doi = 10.1103/PhysRevLett.28.885 |year = 1972}}</ref>
 
=== Udvinding og anvendelse ===
I [[1903]] var en olieboring i [[Dexter (Kansas)|Dexter, Kansas]] i USA begyndt at udspy en gas, der ikke kunne brænde. Kansas' statsgeolog [[Erasmus Haworth]] udtog prøver af gassen, som blev bragt tilbage til universitetet i Kansas ved Lawrence, hvor han sammen med kemikerne [[Hamilton Cady]] og [[David McFarland]], konstaterede, at gassen bestod af 72% nitrogen, 15% [[methan]] (ikke nok til at kunne brænde), 1% hydrogen, og 12% uidentificerede gasarter (alle %vol.).<ref name="nbb"/> Yderligere undersøgelser påviste at 1,84% af gassen var helium.<ref>{{cite web|author=[[American Chemical Society]]|date=2004|url=http://acswebcontent.acs.org/landmarks/landmarks/helium/helium.html|title=The Discovery of Helium in Natural Gas|accessdate=2006-05-17}}</ref><ref>{{cite journal |author = H. P. Cady and D. F. McFarland |title = Helium in Natural Gas |journal = Science |volume = 14 |issue = |pages = 344 |doi = 10.1126/science.24.611.344 |year = 1906 |pmid = 17772798 }}</ref> Den hidtil så "sjældne" helium var tilgængelige i store mængder i USAs undergrund, og kunne skilles ud fra naturgas.<ref>{{cite journal |author = H. P. Cady and D. F. McFarland |title = Helium in Kansas Natural Gas |journal = Transactions of the Kansas Academy of Science |volume = 20 |issue = |pages = 80–81 |url = http://mc1litvip.jstor.org/stable/3624645 |year = 1906 |accessdate = 2008-07-23 |doi = 10.2307/3624645 }}</ref>
 
Dermed var USA godt på vej til at blive verdens førende leverandør af helium. Efter forslag fra Sir [[Richard Threlfall]] bekostede [[United States Navy]] tre små helium-produktionsanlæg under [[1. verdenskrig]], med det formål at bruge den ikke-brændbare gas i [[spærreballon]]er. Indtil da var der sammenlagt udvundet mindre end 100 liter helium – flådens heliumanlæg endte med at fremstille i alt 5.700 [[kubikmeter]] 92% ren helium.<ref name="Encyc 257"/> Noget af denne helium blev brugt i verdens første helium-fyldte [[luftskib]] "C-7", som fløj sin jomfrurejse fra [[Hampton Roads]] i [[Virginia]] to [[Bolling Field]] i [[Washington, D.C.]] den [[1 december]] [[1921]].<ref>{{cite book |editor=Eugene M. Emme, comp. |title=Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915–1960 |year=1961 |pages=11–19 |chapter=Aeronautics and Astronautics Chronology, 1920–1924 |chapterurl=http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/Timeline/1920-24.html |publisher=[[NASA]] |location=Washington, DC |accessdate=2007-01-05 }}</ref>
 
Under 1. verdenskrig var udvindings-teknikken med kondensation af gassen ved lave temperaturer ikke var tilstrækkelig udviklet til at bidrage væsentligt til produktionen, som dog fortsatte. Gassen blev primært brugt i luftskibe og andre [[aerostat]]er, og efterspørgslen til denne formål steg under [[2. verdenskrig]], hvor helium blev brugt til afskærmning under lysbuesvejsning. Helium spillede også en afgørende rolle ved [[Manhattan Project]], som udviklede USAs første [[atombombe]].
 
USAs regering oprettede i [[1925]] den såkaldte [[National Helium Reserve]] ved [[Amarillo]] i [[Texas]], for at kunne forsyne militære luftskibe under krigstid, og deres civile, kommercielle modstykker i fredstid.<ref name="ECE"/> På grund af en amerikansk embargo mod salg af helium til [[Tyskland]], måtte [[LZ 129 Hindenburg|Hindenburg]] benytte den brandfarlige [[brint]] som løftegas. Efter 2. verdenskrig faldt forbruget af helium, men man forøgede beholdingerne af gassen op gennem [[1950'erne]] for at have kølemiddel til udvinding af ilt og brint til brug som [[raketbrændstof]] til såvel militære raketter under [[den kolde krig]], som civile rumraketter under [[rumkapløbet]]. I [[1965]] var USAs heliumforbrug otte gange så højt som under krigen.
 
Ved en lovændring i 1960 indførte USA et ''helium conservation''-program, hvorunder fem private fabrikker udvandt helium af naturgas, og sendte det via en 684 [[kilometer]] lang til formålet anlagt rørledning, til det statsejede og delvis udtømte gasfelt Cliffside nær Amarillo i Texas. Den udvundne helium/kvælstofblanding blev pumpet ind og opbevaret i Cliffside, og skulle så separeres i rene gasser når der var brug for det.
 
I [[1995]] havde man på denne måde opmagasineret en millard kubikmeter gas, men anlægget stod med en gæld på 1,4 milliarder [[amerikanske dollar]], hvorfor [[Kongressen (USA)|USAs Kongres]] i [[1996]] vedtog at udfase heliumreserve-projektet.<ref name="nbb"/><ref name="stwertka">''Guide to the Elements: Revised Edition'', by Albert Stwertka (New York; Oxford University Press; 1998; page 24) ISBN 0-19-512708-0</ref> Ifølge den vedtagne "Helium Privatization Act of 1996"<ref>{{cite web |title=Helium Privatization Act of 1996|url=http://www7.nationalacademies.org/ocga/Laws/PL104_273.asp|accessdate=2007-01-05}}</ref> skal USAs indenrigsministerium likvidere anlægget og reserven i 2005.<ref>[http://www.nap.edu/openbook/0309070384/html/index.html Executive Summary], nap.edu. Hentet 5. januar 2007.</ref>
 
Helium fremstillet før [[1945]] havde en renhed på cirka 98% (mens de sidste 2% udgjordes af kvælstof), hvilket var tilstrækkelig rent til brug i luftskibe. På den tid fremstilledes små mængder 99.9% ren helium til svejseformål, men i [[1949]] fremstillede man 99,995% ren "grade A" helium i kommerciel skala.{{kilde mangler|dato=Uge 36, 2009}}<!--for the whole paragraph -->
 
I mange år stod USA for over 90% af verdens kommercielle helium-produktion – resten blev udvundet på anlæg i [[Canada]], [[Polen]], [[Rusland]] og andre lande. I midten af 1990'erne begyndte et nyt udvindingsanlæg i Arzew i [[Algeriet]] at producere 17 millioner kubikmeter helium; nok til at dække hele [[Europa]]s forbrug. I blev der bygget to nye anlæg op i Ras Laffen i [[Qatar]] og Skikda i Algeria, men primo 2007 kørte anlægget i Ras Laffen på halv "kraft", og Skikda er endnu ikke taget i brug. Algeriet er hurtigt blevet verdens næststørste heliumleverandør<ref name=wwsupply>{{cite journal |title = Challenges to the Worldwide Supply of Helium in the Next Decade |author = DM Smith, TW Goodwin, J Schillinger |journal = Advances in Cryogenic Engineering |volume = 49 A |issue = |pages = |year = 2003 |url = https://www.airproducts.com/NR/rdonlyres/E44F8293-1CEE-4D80-86EA-F9815927BE7E/0/ChallengestoHeliumSupply111003.pdf |archiveurl=http://web.archive.org/web/20080625064356/https://www.airproducts.com/NR/rdonlyres/E44F8293-1CEE-4D80-86EA-F9815927BE7E/0/ChallengestoHeliumSupply111003.pdf|archivedate=2008-06-25}}</ref>
 
== Forekomst og udvindingsmetoder ==
=== Naturlig forekomst ===
Helium er det næstmest udbredte grundstof i det observerbare Univers, efter brint: Målt på vægt udgør helium 23% af alt stof i Universet.<ref name="nbb"/> Det er koncentreret i [[stjerne]]r, hvor det dannes ved [[fusion]] af brint under [[proton-proton-kædereaktion]]en og [[kulstof-kvælstof-ilt-kredsprocessen]]. Ifølge [[Big Bang]]-teorien for Universets tidlige udviklingsstadier, blev det meste af Universets indhold af helium skabt ved [[Big Bang-nukleosyntese]] i tiden mellem ét og tre [[minut]]ter efter Big Bang. Af den grund bidrager målinger af heliums udbredelse i Universet til [[kosmologi (astronomi)|kosmologiens]] teorier og modeller.<ref name=bigbang>{{cite web|last=Weiss|first=Achim|title=Elements of the past: Big Bang Nucleosynthesis and observation|url=http://www.einstein-online.info/en/spotlights/BBN_obs/index.html|publisher=[[Max Planck Institute for Gravitational Physics]]|accessdate=2008-06-23}}; {{cite journal|author=Coc, A.; et al.|title=Updated Big Bang Nucleosynthesis confronted to WMAP observations and to the Abundance of Light Elements|journal=[[Astrophysical Journal]]|volume=600|year=2004|pages=544|doi=10.1086/380121}}</ref>
 
I [[Jordens atmosfære]] findes blot 5,2 [[parts per million]] helium, målt på rumfang.<ref>{{cite web |url=http://www.srh.weather.gov/jetstream/atmos/atmos_intro.htm |title=The Atmosphere: Introduction |work=JetStream - Online School for Weather |publisher=[[National Weather Service]] }}</ref> Denne lave koncentration er nogenlunde konstant over hele kloden, til trods for at der hele tiden skabes ny helium, fordi de lette heliumatomer "siver ud" af atmosfæren og ud i rummet, hjulpet på vej af flere forskellige processer.<ref>{{cite journal |author=Lie-Svendsen, Ø.; Rees, M. H. |year=1996 |title=Helium escape from the terrestrial atmosphere: The ion outflow mechanism |journal=[[Journal of Geophysical Research]] |volume=101 |issue=A2 |pages=2435–2444 |doi=10.1029/95JA02208}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.astronomynotes.com/solarsys/s3.htm|title=Nick Strobel's Astronomy Notes (chapter Atmospheres) |year=2007|accessdate=2007-09-25|last=Strobel|first=Nick}}</ref> I [[heterosfære]]n, som er en del af den ydre atmosfære, udgøres den tynde luft hyppigst af helium og andre lette gasarter.
 
Så godt som al helium på Jorden er dannet som et resultat af [[radioaktivt henfald]]: Grundstofferne uran og thorium er radioaktive og udsender alfa-stråling, som ret bese er heliumkerner der er "brækket af" de store uran- og thorium-atomkerner. Af den grund afgiver især uran- og thoriumholdige mineraler som [[cleveit]], [[begblende]], [[carnotit]] og [[monazit]], hele tiden helt ioniserede heliumatomer, som dog hurtigt går i forbindelse med to elektroner og bliver til neutrale heliumatomer. Det formodes at hele Jordskorpen på denne måde producerer 3000 tons helium om året.<ref name=cook/> Jordskorpen har et helium-indhold på 8 parts per billion ("milliard-dele"; 10<sup>−9</sup>), mens havvand kun indeholder 4 parts per ''trillion'' ("billiontedele"; 10<sup>−12</sup>. Også kildevand, vulkansk gas og jern fra meteoritter indeholder ganske små mængder helium.<ref>[http://www.livescience.com/51402-helium-leaking-from-earth.html?cmpid=NL_LS_weekly_2015-07-01 Helium Leaking from Earth in Southern California. Livescience]</ref> De største koncentrationer af helium på Jorden er de føromtalte naturgasfelter, der som nævnt er den primære kilde til kommerciel udvinding<ref name=cook>{{cite journal |author=Melvine A. Cook |year=1957 |title=Where is the Earth's Radiogenic Helium? |journal= Nature |volume=179 |issue= |pages=213 |doi=10.1038/179213a0}}</ref><ref>{{cite journal |author= L. T. Aldrich and Alfred O. Nier |year=1948 |title=The Occurrence of He<sup>3</sup> in Natural Sources of Helium |journal = Phys. Rev. |volume=74 |issue= |pages= 1590–1594 |doi=10.1103/PhysRev.74.1590}}</ref><ref>{{cite journal |author=P. Morrison, J. Pine |year=1955 |title= Radiogenic Origin of the Helium Isotopes in Rock |journal = Annals of the New York Academy of Sciences |volume=62 |issue=3 |pages=71–92 |doi=10.1111/j.1749-6632.1955.tb35366.x}}</ref>
 
=== Moderne udvinding ===
Helium udvindes på industriel skala ved at [[Fraktionsdestillation|destillere]] naturgas, som sine steder indeholder op imod syv procent helium:<ref>[http://www.webelements.com/webelements/elements/text/He/key.html WebElements Periodic Table: Professional Edition: Helium: key information]</ref> Gassen køles ned til lave temperaturer mens den holdes ved et højt tryk, og da helium har det laveste kogepunkt, vil man ved et vist punkt have kondenseret alle andre bestanddele (hovedsagelig kvælstof og [[metan]]) til en væske. Den resulterende "rå" helium indeholder stadig små mængder urenheder, som derefter fjernes ved yderligere, trinvise nedkølinger. Efter en endelig filtrering gennem aktivt kulstøv har man 99,995% rent, såkaldt "Grade-A"-helium.<ref>''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 258</ref> Den sidste rest urenheder i dette Grade-A-helium er [[neon]]. Det "færdige" helium fortættes til flydende form ad [[Kryoteknik|kryoteknisk]] vej, dels fordi der til mange formål kræves flydende frem for luftformig helium, og dels for at reducere transportomkostningerne – de største beholdere til flydende helium rummer fem gange så meget som tilsvarende beholdere til luftformig helium.<ref name=wwsupply/><ref>{{cite journal |title = Modelling Helium Markets |author = Z. Cai, R. Clarke, N. Ward, W. J. Nuttall, B. A. Glowacki |journal = |volume = |issue = |pages = |year = |url = http://www.jbs.cam.ac.uk/programmes/phd/downloads/conference_spring2007/papers/cai.pdf |archiveurl=http://web.archive.org/web/20080625064355/http://www.jbs.cam.ac.uk/programmes/phd/downloads/conference_spring2007/papers/cai.pdf|archivedate=2008-06-25}}</ref> I 2005 blev omkring 160 millioner kubikmeter helium enten udvundet fra naturgas, eller hentet fra lageranlæg. I USA hentes det meste helium fra naturgasfelter i Kansas, Oklahoma og Texas.<ref name=wwsupply/>
 
En anden metode til udvinding og oprensning af helium, er at lade "rå" naturgas [[Diffusion|diffundere]] gennem særlige membraner.<ref>{{cite journal |title = Membrane technology — A new trend in industrial gas separation |author = V. P. Belyakov1, S. G. Durgar'yan, B. A. Mirzoyan, N. S. Nametkin1, O. G. Talakin and L. N. Chekalov |journal = [[Chemical and Petroleum Engineering]] |volume = 17 |issue = 1 |pages = 19–21 |year = 1981 |doi = 10.1007/BF01245721}}</ref>. Dertil kan helium syntetiseres ved at bombardere [[lithium]] eller [[bor (grundstof)|bor]] med [[proton]]er med høj [[fart]], men denne produktionsform er ikke økonomisk rentabel.
 
== Isotoper ==
{{Hovedartikel|Isotoper af helium}}
Der findes otte kendte [[Isotop|isotoper]] af helium, men kun [[helium-3]] og [[helium-4]] er [[stabile isotoper|stabile]]. I [[jordens atmosfære]], er der et He-3-atom for hver en million He-4-atommer.<ref name="nbb">{{cite book| last = Emsley| first = John| title = Nature's Building Blocks| publisher = Oxford University Press| date = 2001| location = Oxford| pages = 175-179| isbn = 0-19-850341-5 }}</ref> Til forskel fra de fleste grundstoffer varierer heliums isotopiske indhold meget efter oprindelse, på grund af de forskellige dannelsesprocesser. Den mest almindelige isotop, helium-4, bliver produceret på jorden ved [[alfastråling]] fra meget radioaktive grundstoffer; alfastrålingen består af fuldt ioniseret helium-4 kerner. Helium-4 er en usædvanlig stabil kerne, fordi dens [[nukleon]]er er arranceret i [[Elektronskal|komplette skaller]]. Det blev også formet i enorme mængder under [[Big Bang-nukleosyntese]].<ref name=bigbang/>
 
Helium-3 findes kun i ganske små men sporbare mængder på Jorden: Det meste har været der siden Jordens dannelse, men dertil modtager vores planet også en smule helium-3 der er bundet i det kosmiske støv der til stadighed falder ind i atmosfæren.<ref name="heliumfundamentals">{{cite web |url = http://www.mantleplumes.org/HeliumFundamentals.html |title = Helium Fundamentals |author = Don L. Anderson, G. R. Foulger & Anders Meibom |accessdate = 2008-07-23 |publisher = mantleplumes.org}}</ref> Dertil skabes der små mængder ved [[betahenfald]] af [[tritium]].<ref>[http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Li-pg2.html Periodic Table of Elements: Li – Lithium (EnvironmentalChemistry.com)<!-- Bot generated title -->]</ref> I klippemateriale fra Jordens skorpe varierer heliumisotop-sammensætningen med op mod faktor 10, og disse variationer kan bruges til at undersøge klippematerialets oprindelsessted og jordskorpens sammensætning.<ref name="heliumfundamentals"/> I stjerner findes langt større mængder helium-3, fordi det her skabes som et produkt af fusionsprocesser. Af den grund er forekomsten af helium-3 i det interstellare gas cirka hundrede gange højere end på Jorden.<ref>{{cite journal | title=Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements| journal=Astrophysics| volume=45| issue=2| date=april 2002| pages=131–142| url=http://www.ingentaconnect.com/content/klu/asys/2002/00000045/00000002/00378626| accessdate=2007-01-05 |author=Zastenker G.N.; Salerno E.; Buehler F.; Bochsler P.; Bassi M.; Agafonov Y.N.; Eismont N.A.; Khrapchenkov V.V.; Busemann H. | doi=10.1023/A:1016057812964 }}</ref> "Udenjordiske" materiale, som for eksempel stenprøver fra [[Månen]] og fra [[asteroide]]r, indeholder helium-3 der er dannet ved at materialet er blevet "bombarderet" af [[solvind]]ens partikler. I Månens overflademateriale er koncentrationen af helium-3 af størrelsesordenen 0.01 parts per million.<ref>[http://fti.neep.wisc.edu/Research/he3_pubs.html FTI Research Projects :: 3He Lunar Mining<!-- Bot generated title -->]</ref><ref>{{ cite web | url= http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf | title = The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith| author= E. N. Slyuta and A. M. Abdrakhimov, and E. M. Galimov| work= Lunar and Planetary Science XXXVIII| year=2007}}</ref> Forskellige personer, med [[Gerald Kulcinski]] som den første i [[1986]],<ref>{{cite news | url = http://www.thespacereview.com/article/536/1 | title = A fascinating hour with [[Gerald Kulcinski]] | author=Eric R. Hedman | date = 16. januar 2006 | work = The Space Review}}</ref> har foreslået at udforske Månens forekomster af helium-3, med henblik på at udvinde stoffet og anvende det som "brændstof" i [[fusionsenergi]]-produktion.
 
Flydende helium-4 kan køles ned til cirka 1 kelvin ved [[fordampningskøling]], mens helium-3, med dets lavere kogepunkt, kan nå ned på cirka 0,2 kelvin. En ligelig blanding af helium-3 og -4 vil skille ud til to ikke-blandbare væsker når temperaturen når ned under 0,8 kelvin: De to væsker følger hver deres kvantestatistik (helium-4-atomer er bosoner mens helium-3-atoms er [[fermion]]er), og det giver dem forskellige egenskaber, at de "skyer hinanden" omtrent som vand og olie.<ref name = "zxqubv">''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 264</ref> Den såkaldte [[fortyndingskøling]] udnytter denne "uforlignelighed" til at nå ned på temperaturer på nogle få tusindedele kelvin.
 
Ud over helium-3 og -4 har man påvist en række eksotiske heliumisotoper, som dog hurtigt henfalder til andre stoffer. Den mest kortlivede tunge heliumisotop er helium-5 med en [[halveringstid]] på 7,6·10<sup>−22</sup> sekunder. Helium-6 henfalder med en [[betapartikel]], og har en halveringstid på 0,8 sekunder. Ligeledes undergår helium-7 betahenfald, og udsender desuden [[gammastråling]]. Helium-7 and helium-8 er såkaldte hyperfragmenter, som dannes ved visse kernereaktioner.<ref>''The Encyclopedia of the Chemical Elements'', page 260</ref> Helium-6 og helium-8 udviser en [[nuklear halo]]. Helium-2 (med to protoner men ingen neutroner) er radioaktiv, og henfalder ved at deles i to enkeltstående protoner (brintkerner), med en halveringstid på 3·10<sup>−27</sup> sekunder.<ref name = "zxqubv"/>
 
== Helium i biologien ==
Neutral helium ved standardatmosfæriske forhold er ugiftigt, og spiller ingen rolle for levende organismer, men findes dog i små mængder i menneskeligt blod. Ved højt tryk (over cirka 20 atmosfære eller 2 [[Mega-|M]][[Pa]]) giver en blanding af helium og ilt ([[heliox]]) anledning til HPNS ([[high pressure nervous syndrome]]), en slags "omvendt anæstesi"-effekt. Dette problem kan afhjælpes ved at tilsætte små mængder kvælstof i luftblandingen.<ref>[http://www.scuba-doc.com/HPNS.html HPNS], scuba-doc.com. Hentet 5. januar 2007. </ref> Beholdere med gasformig helium ved mellem 5 og 10 kelvin bør håndteres som om de indeholdt flydende helium, på grund af den kraftige [[Termisk ekspansion|termiske ekspansion]] der optræder, når helium ved under 10 K varmes op til [[stuetemperatur]].<ref name="LANL.gov"/>
 
Stemmen hos en person der har indåndet helium vil for en kort periode have en ændret klang: Det skyldes at [[lydens hastighed]] i helium er næsten tre gange højere end i atmosfærisk luft, og da grundfrekvensen for et gasfyld hulrum er proportional med lydhastigheden, påvirker tilstedeværelsen af helium stemmens klang.<ref name="nbb"/> (Den modsatte effekt, dybere stemmeklang, kan opnås ved at indhalere [[svovlhexafluorid]])
 
Selv om helium er kemisk ureaktivt og derfor ugiftigt, fortrænger det stadig den livsnødvendige ilt: Fortsat indhalering af helium gennem nogle minutter kan medføre kvælningsdøden. I de fleste pattedyr reguleres åndedrætsrefleksen af mængden af [[kuldioxid]], ikke af fraværet af ilt. Af den grund "opdager" kroppen ikke at den er ved at blive kvalt; man føler sig ikke "stakåndet". Indånding af helium direkte fra en trykflaske er ekstremt farligt, da disse beholdere hurtigt kan afgive store mængder gas og sprænge lungevævet med døden til følge.<ref>[http://www.slate.com/id/2143631/ Stay Out of That Balloon! The dangers of helium inhalation], Slate.com. Retrieved on [[18 September]] [[2007]].</ref>
 
== Heliumforbindelser ==
Undtagen under ekstreme betingelser er helium helt ureaktivt, og har valenstal 0.<ref>{{cite web|url=http://periodic.lanl.gov/elements/2.html|title=Helium - Valency|accessdate=14. maj 2008}}</ref> Gassen er en [[elektrisk isolator]] med mindre den ioniseres. Som de øvrige ædelgasser har helium et metastabilt energiniveau, som tillader det at forblive ioniseret i en elektrisk udladning ved [[Elektrisk spænding|spændinger]] under dets [[ioniseringspotentiale]].<ref name="ECE"/><!-- side 261 --> Helium kan danne ustabile kemiske forbindelser med [[wolfram]], [[jod]], [[fluor]], [[svovl]] og [[fosfor]] når stofferne forefindes som et [[plasma]]. På denne måde er det lykkedes at skabe HeNe, HgHe<sub>10</sub>, WHe<sub>2</sub> samt de molekylære ioner He<sub>2</sub><sup>+</sup>, He<sub>2</sub><sup>2+</sup>, [[Hydrohelium(1+) ion|HeH<sup>+</sup>]], and HeD<sup>+</sup>.<ref>{{cite journal |title = Massenspektrographische Untersuchungen an Wasserstoff- und Heliumkanalstrahlen (H3+, H2-, HeH+, HeD+, He-) |author = Hiby, Julius W. |journal = [[Annalen der Physik]] |volume = 426 |issue = 5 |pages = 473–487 |year = 1939 |doi = 10.1002/andp.19394260506 }}</ref> Man har også skabt det neutrale helium-molekyle He<sub>2</sub>, som har et stort antal [[spektralbånd]], samt HgHe, der tilsyneladende kun holdes sammen af polarisationskræfter.<ref name="Encyc 261"/> I teorien skulle også andre kemiske forbindelser være muligt, herunder heliumfluorhydrid (HHeF), analogt til det [[Argonfluorhydrid|HArF]] der blev opdaget i [[2000]].<ref>{{cite journal |title = Prediction of a Metastable Helium Compound: HHeF |author = Ming Wah Wong |journal = [[Journal of the American Chemical Society]] |volume = 122 |issue = 26 |pages = 6289–6290 |year = 2000 |doi = 10.1021/ja9938175}}</ref>
 
Under højt tryk og temperatur er der lykkedes at "presse" heliumatomer ind i [[Buckminsterfulleren]]; et rundt "bur" opbygget af 60 [[kulstof]]-atomer: Disse kulstofmolekyler er i stand til at fastholde heliumatomet, selv ved høje temperaturer, og selv om kulstofmolekylet danner kemiske derivater.<ref>{{cite journal |title = Stable Compounds of Helium and Neon: He@C<sub>60</sub> and Ne@C<sub>60</sub> |author = Martin Saunders, Hugo A. Jiménez-Vázquez, R. James Cross, and Robert J. Poreda |journal = Science |volume = 259 |issue = 5100 |pages = 1428–1430 |year = 1993 |doi = 10.1126/science.259.5100.1428 |pmid = 17801275}}</ref> Er heliumatomet af isotopen helium-3, kan det nemt "afsløres" ved NMR-spectroscopy.<ref>{{cite journal |title = Probing the interior of fullerenes by <sup>3</sup>He NMR spectroscopy of endohedral <sup>3</sup>He@C<sub>60</sub> and <sup>3</sup>He@C<sub>70</sub> |author = Saunders, M., Jiménez-Vázquez, H. A.; Cross, R. J.; Mroczkowski, S.; Freedberg, D. I.; Anet, F. A. L. |journal = Nature |volume = 367 |issue = |pages = 256–258 |year = 1994 |doi = 10.1038/367256a0 }}</ref> Man har påvist mange sådanne fullerener med "indespærrede" helium-3-atomer: Selv om heliumatomerne ikke er bundet hverken kovalent eller ved ionbindinger til de omgivende atomer, har sådanne fullerener med helium deres egne distinkte egenskaber, og en utvetydig sammensætning som alle andre støkiometriske kemiske forbindelser.
 
== Kilder ==
<div class="references-small">
* ''The Elements: Third Edition'', af John Emsley (New York; Oxford University Press; 1998; side 94–95) ISBN 0-19-855818-X
* United States Geological Survey (usgs.gov): [http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/helium/heliumcs07.pdf Matrialeinformation om Helium] (PDF) (Hentet d. [[5. januar]] [[2007]])
* ''[http://www.oma.be/BIRA-IASB/Public/Research/Thermo/Thermotxt.en.html The thermosphere: a part of the heterosphere]'', af J. Vercheval (Hentet [[1. april]] [[2005]])
* [http://www.ingentaconnect.com/content/klu/asys/2002/00000045/00000002/00378626 ''Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements'', Zastenker G.N. ''et al.''], , publiseret i [http://www.ingentaconnect.com/content/klu/asys Astrophysics], april 2002, vol. 45, nummer. 2, side. 131–142(12)
* ''[http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/105558571/ABSTRACT Dynamic and thermodynamic properties of solid helium in the reduced all-neighbours approximation of the self-consistent phonon theory]'', C. Malinowska-Adamska, P. Sŀoma, J. Tomaszewski, physica status solidi (b), Bind 240, nummer 1 , side 55–67; Publiseret online: [[19. september]] [[2003]]
* ''[http://www.yutopian.com/Yuan/TFM.html The Two Fluid Model of Superfluid Helium]'', S. Yuan, (hentet [[4. april]] [[2005]])
* ''Rollin Film Rates in Liquid Helium'', Henry A. Fairbank og C. T. Lane, Phys. Rev. 76, 1209–1211 (1949), [http://prola.aps.org/abstract/PR/v76/i8/p1209_1 from the online archive]
* ''[http://cryowwwebber.gsfc.nasa.gov/introduction/liquid_helium.html Introduction to Liquid Helium]'', På NASA Goddard Space Flight Center (Hentet [[4. april]] [[2005]])
* ''[http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1983ApOpt..22...10E&amp;db_key=AST Tests of vacuum VS helium in a solar telescope]'', Engvold, O.; Dunn, R. B.; Smartt, R. N.; Livingston, W. C.. Applied Optics, bind 22, [[1. Januar]] [[1983]], s. 10–12
* {{cite book | author = Bureau of Mines | title = Minerals yearbook mineral fuels Year 1965, Bind II (1967) | publisher = U. S. Government Printing Office | year = 1967 }}
* ''[http://www.mantleplumes.org/HeliumFundamentals.html Helium: Fundamental models]'', [[Don L. Anderson]], [[Gillian Foulger]] & Anders Meibom (hentet [[5. april]] [[2005]])
* ''[http://www.scuba-doc.com/HPNS.html High Pressure Nervous Syndrome]'', Diving Medicine Online (Hentet [[5. april]] [[2005]])
 
;Tabeller
* ''[http://chartofthenuclides.com/default.html Nuclides and Isotopes] Fourteenth Edition: Chart of the Nuclides'', General Electric Company, 1989
* WebElements.com and EnvironmentalChemistry.com per the guidelines at [[:en:Wikipedia:WikiProject_Elements|Wikipedia's WikiProject Elements]] (hentet 10. oktober 2002)
</div>
 
== Fodnoter ==
{{reflist|2}}
 
== Eksterne links ==
{{Commons|Helium}}
=== Generelt ===
* [http://www.blm.gov/wo/st/en/info/newsroom/2007/january/NR0701_2.html US Government' Bureau of Land Management: Sources, Refinement, and Shortage.] Noget historie om Helium.
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/He/key.html WebElements: Helium]
* [http://education.jlab.org/itselemental/ele002.html It's Elemental – Helium]
 
=== Mere detaljeret ===
* [http://boojum.hut.fi/research/theory/helium.html Helium] at the [[Helsinki University of Technology]]; includes pressure-temperature phase diagrams for helium-3 and helium-4
* [http://www.lancs.ac.uk/depts/physics/research/condmatt/ult/index.html Lancaster University, Ultra Low Temperature Physics] – includes a summary of some low temperature techniques
 
=== Diverse ===
* [http://www.phys.unsw.edu.au/PHYSICS_!/SPEECH_HELIUM/speech.html Physics in Speech] with audio samples that demonstrate the unchanged voice pitch
* [http://www.du.edu/~jcalvert/phys/helium.htm Article about helium and other noble gases]
* [http://www.ebyte.it/stan/blog.html#08Feb29 Ebyte article] on helium scarcity and potential effects on [[NMR]] and [[MRI]] communities
 
{{lovende}}
 
{{autoritetsdata}}
 
[[Kategori:Ædelgasser]]
<br />
Hentet fra "https://da.wikipedia.org/wiki/Helium"