Cleveit und die Entdeckung von Helium - Mineral des Monats
Im späten 19. Jahrhundert galt Helium als eine wissenschaftliche Kuriosität. Noch lange, bevor das Element auf der Erde entdeckt wurde, kannte man Helium aus dem Weltall. 1868 wurde Helium in der Atmosphäre der Sonne entdeckt, während der Nachweis von „irdischem“ Helium auf der Erde noch länger auf sich warten ließ. Bis zum März 1985
.
Helium
Der Name Helium war in der Wissenschaft schon lange ein Begriff, noch bevor jemand das Element wortwörtlich fassen konnte.
Während der Sonnenfinsternis im August 1868 entdeckte der französische Astronom Pierre Jules Janssen (1824 bis 1907) eine unbekannte Spektrallinie in der Sonnenatmosphäre und damit einhergehend ein unbekanntes Element. Sein englischer Kollege Norman Lockyer (1836 bis 1920) bestätigte seine Beobachtungen im Oktober desselben Jahres, da er jene Spektrallinie keinem bis dato bekannten Element zuordnen konnte und schlug der Entdeckung einen Namen vor. Als Paten für den Namen wählten sie die griechische Vokabel für Sonne – helios.
Helium in Cleveit
Helium ist eines der wenigen Elemente, das zuerst im All und erst später auf der Erde nachgewiesen wurde.
Die Entdeckung von Helium auf der Erde ist dem Zufall zu verdanken. Der schottische Chemiker William Ramsay (1852 bis 1916) war eigentlich auf der Suche nach einem anderen Gas. Inspiriert von der kurz zuvor gelungenen Entdeckung des Edelgases Argon untersuchte er einige uranhaltige Mineralien, darunter auch Cleveit, eine Varietät von Uraninit. Als er das fein gemahlene Mineral mit Säuren behandelte, entwich ein Gas, das sich zunächst unscheinbar verhielt.
Ramsay entfernte im nächsten Schritt Stickstoff, Sauerstoff und andere bekannte Bestandteile und analysierte schließlich das verbleibende Gas spektroskopisch. Dabei zeigte sich die in der Wissenschaft schon bekannte leuchtende gelbe Linie. Genau die Linie, welche die Astronomen Jahre zuvor im Sonnenlicht beobachtet hatten und die als D3-Linie ein Begriff in der Astronomie war. Ramsay brachte somit den Beweis, dass das vermeintlich „solare“ Element auch auf der Erde existierte.
Die historische D₃-Linie ist eine scharf definierte Emissionslinie im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums (≈ 587,6 nm), die entsteht, wenn Elektronen im Heliumatom von einem angeregten in einen niedrigeren Energiezustand übergehen und dabei Licht genau dieser Wellenlänge aussenden. Dem gegenüber stehen die Bezeichnungen D1 und D2, die ebenfalls aus der Analyse des Sonnenspektrums im 19. Jahrhundert stammen und dem Element Natrium zugeordnet werden.
Chemische und physikalische Eigenschaften von Helium
Helium ist weit mehr als das Gas in Luftballons. Im Periodensystem der Element ist Helium unter der Ordnungszahl 2 zu finden und zählt zur Gruppe der Edelgase. Helium ist farb-, geruchs- und geschmacklos, ungiftig und nicht brennbar. Eine Besonderheit von Helium ist die Reaktionsträgheit, weshalb das Element unter Normalbedingungen praktisch keine bzw. nur schwer Verbindungen mit anderen Elementen eingeht. Außerdem verfügt Helium über den niedrigsten Siedepunkt aller Elemente (-268,9 °C), bleibt am Nullpunkt flüssig, solange kein Druck ausgeübt wird und bildet bei extrem tiefen Temperaturen einen superfluiden Zustand, in dem es ohne Reibung fließt.
Diese Eigenschaft macht sich auch die Wissenschaft und Technik zu eigen. In der Medizin wird Helium zur Kühlung von MRT-Geräten verwendet. In der Forschung kommt Helium im Rahmen der Tieftemperaturphysik zum Einsatz, in den Geowissenschaften dient Helium der Altersbestimmung von Gesteinen. Die Raumfahrt setzt auf Helium in der Funktion als Druck- und Spülgas, während die Industrie Helium als Schutzgas beim Schweißen und bei der Suche nach Lecks verwendet.
Auch wenn die Entdeckung von Helium im Mineral Cleveit ein wissenschaftlicher Durchbruch war, konnte sich die Gewinnung aus dem Mineral nicht durchsetzen. Zum einen sind die mineralischen Vorkommen rund um den Globus zu gering, zum anderen ist das in den Mineralien vorkommende Helium mengenmäßig zu wenig, um den gewachsenen weltweiten Bedarf decken zu können.
Das Helium von heute stammt fast ausschließlich aus Erdgaslagerstätten. Helium entsteht durch radioaktiven Zerfall in der Erdkruste. Als leichtes Gas steigt Helium nach oben und entweicht meist in die Atmosphäre, kann langfristig sogar die Erdatmosphäre sogar verlassen. Nur unter besonderen Bedingungen wird Helium „eingeschlossen“ und kann sich in wirtschaftlich nutzbaren Konzentrationen ansammeln. Dichte Gesteinsschichten sind in der Lage, das Edelgas aufzubewahren, genau wie das kombinierte Vorkommen gemeinsam mit Erdgas. Die Gewinnung wiederum erfolgt über ein Tieftemperaturverfahren, bei dem Helium aufgrund des elementeigenen extrem niedrigen Siedepunkts von anderen Gasen getrennt wird.
Dem gegenüber steht die Endlichkeit von Helium. Helium ist praktisch nicht erneuerbar und nicht nur schwer zugänglich, sondern auch begrenzt verfügbar.
Auch interessant:
- Argyrodit und die Entdeckung von Germanium
- Uranhaltige Mineralien
- Zeolithe - Mineralisches Molekularsieb gegen Radioaktivität
Quellen:
- Ramsay, W. (1895): Helium, a gaseous constituent of certain minerals. IN: Proceedings of the Royal Society
- Ramsay, W. (1895): On a Gas Showing the Spectrum of Helium
- Ramsay, W., Collie, J. N. und Trawers, M. (1895): Helium, ein Bestandteil einiger Mineralien. IN: Annalen der Physik und Chemie, Band 19
- Schleyer, W. (1895): Die Entdeckung des Heliums. IN: Die Himmelswelt. Mitteilungen der Vereinigung von Freunden der Astronomie und kosmischen Physik
- Busz, K. (1896): Helium. IN: Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geologie und Paläontologie
- Mugdan, M. (1896): Argon und Helium, zwei neue gasförmige Elemente
- Brenner, L. (1899): Entdeckung neuer Elemente. IN: Astronomische Rundschau
- Rutherford, L. (1931): Helium and its Properties. IN: Nature 128
- www.mindat.org - Helium
Letzte Aktualisierung: 23.03.2026