Data Zone

Toon meer, o.a.: Warmte, Energieën, Oxidatie,
Reacties, Verbindingen, Stralen, Geleidbaarheden

Nasa: Geïoniseerde heliumatomen bij ongeveer 60.000 °C in de chromosfeer van de zon zenden het ultraviolette licht uit dat op deze afbeelding te zien is.

Helium werd gemaakt in de eerste drie minuten van het bestaan van het heelal, toen de temperaturen overal hoog genoeg waren om kernfusie te laten plaatsvinden. Deze korte, hoogenergetische fase wordt helemaal onderaan in het diagram weergegeven. Helium wordt ook gemaakt door kernfusie van waterstof in sterren zoals de onze. Afbeelding: Gnixon

Helium op aarde komt van kernsplitsing van radioactieve elementen zoals uranium. Hier zendt een radioactieve kern een heliumkern uit (ook bekend als een alfadeeltje). Beeld: Inductiveload

Heliumspectrum met prominente gele lijn. Beeld: Nasa

William Ramsay wijst naar de laatste kolom van het periodiek systeem met de edele (of inerte) gassen. Ramsay kreeg de Nobelprijs voor scheikunde in 1904 voor zijn werk bij de ontdekking van de inerte gassen. Afbeelding: Vanity Fair

Ontdekking van Helium

Het verhaal van de ontdekking van helium is verweven met de ontdekking van de aard van sterren.

Ooit geloofde men dat we nooit zouden weten waar sterren van gemaakt zijn. In 1835 verklaarde de Franse filosoof Auguste Comte: “Wij zullen nooit in staat zijn op enigerlei wijze hun chemische samenstelling te bestuderen.” (1)

Comte dacht dat we alleen te weten konden komen wat sterrenmateriaal was als we het in het laboratorium konden krijgen.

Ondanks Comte’s pessimisme was de methode voor de ontdekking van helium en de samenstellingen van de sterren al gevonden. In 1814 had de Duitse natuurkundige Joseph Fraunhofer de methode van Isaac Newton om het zonlicht te splitsen met behulp van een prisma overgenomen en een cruciale vooruitgang geboekt. Fraunhofer had donkere lijnen opgemerkt in de regenboog van kleuren die afkomstig waren van zonlicht dat door een prisma was gesplitst; de lijnen die hij zag waren de allereerste waarnemingen van het spectrum van een ster. (2), (3)

In 1859/60 maakten de Duitse wetenschappers Gustav Kirchhoff en Robert Bunsen enorme sprongen in de wetenschap van de spectroscopie, waaronder de ontdekking dat de donkere lijnen die Fraunhofer had gezien, te vergelijken waren met de vingerafdruk van een stof.

De weg was vrij voor Kirchhoff en Bunsen om nieuwe elementen te ontdekken door het licht van brandende stoffen te bestuderen.

In 1860 ontdekten zij cesium aan de hand van de blauwe spectraallijnen en in 1861 rubidium aan de hand van twee rode spectraallijnen. Vervolgens ontdekte William Crookes in 1861 thallium na het waarnemen van een heldere groene spectraallijn.

Kirchhoff en Bunsen keken naar het spectrum van de zon en konden concluderen dat ijzer aanwezig was in haar gloeiende atmosfeer. (4)

Voor de ontdekking van helium waren nog een paar jaar nodig. In augustus 1868 zou de eerste totale eclips plaatsvinden sinds het werk van Kirchhoff en Bunsen was gepubliceerd.

De Franse astronoom Pierre Janssen wachtte op een eclips om protuberansen in de corona van de zon te kunnen waarnemen met behulp van een spectroscoop. In de twee weken na de eclips ontwikkelde Janssen een methode om de spectra van protuberansen vast te leggen zonder dat daarvoor een eclips nodig was. In deze spectra nam hij een gele lijn waar. (5)

De lijn bevond zich op een soortgelijke maar niet identieke plaats als lijnen in het spectrum van natrium. Deze werden de D1 en D2 lijnen genoemd. De Engelse wetenschapper Norman Lockyer bestudeerde de nieuwe gele lijn; later zou deze de D3 lijn worden genoemd. Hij publiceerde zijn studie van de lijn, in het besef dat deze veroorzaakt zou kunnen worden door een nieuw element:

“…dus toen wisten we dat we niet te maken hadden met waterstof; vandaar dat we te maken hadden met een element dat we niet in onze laboratoria konden krijgen, en daarom nam ik de verantwoordelijkheid op mij om het woord helium te bedenken, in eerste instantie voor laboratoriumgebruik.” (6)

De naam helium kwam van het Griekse woord voor de zon, helios.

Lockyer en Edward Frankland, zijn medewerker, hadden een aantal andere ideeën over de mogelijke oorzaken van de gele lijn en kondigden daarom geen nieuw element aan.

Tegen 1871 waren andere wetenschappers op de hoogte van de situatie. Lord Kelvin besprak de “weerkaatsing van het licht van de gloeiende waterstof en ‘helium’ rond de zon.” Het gebruik van ‘helium’ wordt gevolgd door een voetnoot om het uit te leggen:

“Frankland en Lockyer vinden dat de gele protuberansen een zeer besliste heldere lijn geven niet ver van D, maar tot nu toe niet geïdentificeerd met enige aardse vlam. Het lijkt te wijzen op een nieuwe substantie, die zij Helium willen noemen.” (7)

Het bestaan van Helium werd echter niet door iedereen aanvaard. (5)

Alle twijfels werden weggenomen toen de Schotse scheikundige William Ramsay in 1895 in Londen helium isoleerde. Ramsay had in 1894 argon mede-ontdekt; argon was het eerste van de edelgassen dat werd ontdekt. In 1895 las hij een artikel van William Hillebrand waarin een onreactief gas werd beschreven dat vrijkwam wanneer zuur werd toegevoegd aan het uraniummineraal uraniet. Hillebrand dacht dat het gas stikstof was.

Ramsay, die dacht dat het gas argon kon zijn, herhaalde Hillebrand’s experiment met een ander uraniummineraal, cleveiet, en verzamelde het gas.

Zijn spectroscoop toonde de aanwezigheid aan van stikstof, argon en een ander gas. Ramsay vermoedde dat het helium kon zijn, omdat er een D3-lijn leek te zijn. (8) Omdat hij wist dat Lockyer en William Crookes een betere spectroscoop hadden dan de zijne, stuurde hij hen een monster van het gas. Helaas was het monster niet geschikt, dus haalde Lockyer een monster van uraniet, extraheerde het gas en bestudeerde het met de spectroscoop. Hij schrijft: (8)

“Een voor een bleken de onbekende lijnen die ik in 1868 bij de zon had waargenomen, tot het gas te behoren.”

Het spectrum van het gas was identiek aan het ‘helium’ van de zon. Een nieuw element veroverde zijn plaats in het periodiek systeem.

Bezoek de pagina met coole heliumfeiten van Chemicool.

De meeste mensen weten hoe spreken na het inademen van helium klinkt. Als u dat niet weet, luister dan hier. En hoe zit het met zwavelhexafluoride?

Als helium dicht bij het absolute nulpunt komt, wordt het een superfluïde. Hoe gedraagt het zich?