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Die Dichte von Helium - Wissenswertes

Helium ist das Element, das nach Wasserstoff am häufigsten im Universum vertreten ist. Allerdings ist es kein gewöhnlicher Stoff, sondern weist viele Besonderheiten auf. Auch die Dichte bei verschiedenen Aggregatszuständen ist äußerst bemerkenswert.

Die geringe Dichte lässt Heliumballone in der Luft aufsteigen.
Die geringe Dichte lässt Heliumballone in der Luft aufsteigen.

Dichte von Helium in gasförmigem Zustand

Helium ist zunächst ein Edelgas, das farblos, geruchslos und neutral im Bezug auf den Geschmack ist. Dazu zählt es zu den ungiftigen Gasen und wird als das reaktionsträgste Element, das bisher bekannt ist, bezeichnet.

  • Herrschen Standardbedingungen, so ist das Helium als fast ideales Gas zu werten. Es liegt so gut wie immer im einatomaren Zustand vor, ist ein sehr guter Isolator bezüglich Elektrizität und hat eine Wasserlöslichkeit, die geringer als bei allen anderen Gasen ist.
  • Nach Wasserstoff ist es das Gas mit der geringsten Dichte, besitzt gleichzeitig aber die niedrigsten Siede- und Schmelzpunkte unter allen Elementen.
    Die Dichte im gasförmigen Zustand liegt bei 0,1785 kg·m−3. Helium weist rund siebenmal weniger Masse pro Volumeneinheit als Sauerstoff auf.

Weiteres zu flüssigem Helium

  • Um gasförmiges Helium zu erhalten, müssen viele Bedingungen eingehalten werden. So muss zuerst die Joule-Thomson-Inversionstemperatur erreicht werden, da es sich davor bei Ausdehnung nur erwärmt. Dieser Punkt ist für Helium bei einer Dichte von Dichte 0,0696 g/cm3 und dem Druck von 2,27 bar
    bzw. einer Temperatur von −267,95 °C erreicht.
  • So bildet es zwischen seinem Lambdapunkt, der bei 2,1768 K eingeordnet wird, und dem Siedepunkt bei 4,21 K eine Flüssigkeit ohne Farbe. Sobald die Temperatur unter den Lambdapunkt sinkt, der besagt, dass innerhalb der vorliegenden suprafluiden Flüssigkeit die innere Reibung Null beträgt, so weist der Stoff bemerkenswerte Eigenschaften auf.
  • Sieden des flüssigen Stoffes, wie es zum Beispiel bei Wasser möglich wäre, funktioniert nicht. Stattdessen verdampft flüssiges Helium sofort, wenn der Siedepunkt erreicht ist. Bei diesem Punkt liegt eine Dichte von ca. 0,125 kg/l vor. 

Der feste Zustand von Helium

  • Helium kann, sofern Normaldruck herrscht, nicht zu einem Feststoff werden. Dazu werden der rund 25-fache Druck (2,5MPa) und zudem eine Temperatur von unter 1,5 Kelvin benötigt.
  • Der entstehende verfestigte Stoff ist optisch fast nicht vom flüssigen Zustand zu unterscheiden, die Brechungsindizes sind fast die gleichen.

Die Mickey-Mouse-Stimme, die man beim Einatmen von Helium erhält, lässt sich auch mit dessen besonderen Eigenschaften erklären: Schallwellen können sich in reinem Helium doppelt so schnell bewegen wie in Luft.

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