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Eigenschaften und Vorkommen

Helium kommt in der Natur nur atomar vor, d. h., seine Atome bilden keine Moleküle. Nach Wasserstoff ist Helium das zweitleichteste aller Gase. Das Edelgas gefriert bei einem Druck von rund 3 000 Kilopascal (30 bar) bei etwa -271,4 °C, also nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt. Bei gleichen Druckverhältnissen siedet das Element bei -268,9 °C. Die Dichte liegt bei 20 °C bei 0,1664 Gramm pro Liter, die Atommasse bei 4,003 u.

Wie die meisten Edelgase ist Helium chemisch inert und geht also mit anderen Elementen praktisch keine Verbindungen ein. Dieses Verhalten hängt u. a. mit seiner (einzigen) vollständig besetzten Valenzelektronenschale zusammen. Daher sollten Verbindungen, wenn überhaupt, nur äußerst schwer zu bilden und sehr instabil sein. (Nebenbei bemerkt hat man Verbindungen mit Edelgasen Xenon und Krypton herstellen können.)

Helium ist von allen Gasen am schwersten zu verflüssigen und kann bei Normaldruck nicht in festem Zustand existieren. Deswegen hat flüssiges Helium eine große Bedeutung als Kühlmittel in der Tiefsttemperaturtechnik, vor allem für Experimente in der Nähe des absoluten Nullpunktes. Flüssiges Helium kann bei Atmosphärendruck auf unter 4 Kelvin (Temperatur: Temperaturskalen) abgekühlt werden, indem man seinen über der Flüssigkeit entstehenden Dampf sehr schnell abzieht. Unterhalb von 2,1 Kelvin geht bei etwa 5,1 Kilopascal (51 Millibar) Helium I in Helium II über. Helium II ist eine Supraflüssigkeit, zeigt also bemerkenswerte physikalische Eigenschaften. Es gefriert nicht und besitzt praktisch die Viskosität null. Das leichtere Isotop Helium 3 hat einen noch tieferen Siedepunkt als das normale Helium 4 und besitzt als Flüssigkeit deutlich andere Eigenschaften.

Helium ist im Universum nach dem Wasserstoff das zweithäufigste Element und spielt in der Kosmologie eine große Rolle. Auf Meereshöhe besteht die Erdatmosphäre zu 5,4 millionstel Teilen aus Helium. In größeren Höhen steigt dieser Anteil leicht an. Rund ein Millionstel des in der Luft vorkommenden Heliums besteht aus Helium 3. Man nimmt heute an, dass es aus dem Zerfall von Tritium, einem radioaktiven Wasserstoffisotop mit der Massenzahl 3, hervorgeht. Erdgas enthält durchschnittlich etwa 0,4 Prozent Helium und ist damit die wirtschaftlich wichtigste Heliumquelle.