How big is Helium-Atom?

Ein Helium-Atom besitzt zwei Elektronen um einen Kern aus zwei Protonen und, fast immer, zwei Neutronen. Gemessen auf die gleiche Weise wie beim Wasserstoffatom im Explorer, also als das Doppelte des Abstands, in dem sich seine Elektronen am wahrscheinlichsten aufhalten, ist es etwa 0,06 Nanometer groß, also 62 Pikometer. Ein Pikometer ist ein Billionstel eines Meters.

Größe

Ein Atom hat keine feste Form oder Größe. Seine Elektronen bilden um den Kern eine Wolke ohne scharfe äußere Grenze, weshalb es mehrere Möglichkeiten gibt, die Größe eines Atoms zu definieren, und jede liefert eine andere Zahl. Der hier genannte Wert stammt aus Berechnungen dazu, wo sich die Elektronen am wahrscheinlichsten aufhalten.

Nach diesem Maß halten sich Heliums Elektronen am wahrscheinlichsten etwa 31 Pikometer vom Kern entfernt auf, sodass das Atom einen Durchmesser von etwa 62 Pikometern hat. Damit ist Helium kleiner als Wasserstoff, obwohl es doppelt so viele Elektronen besitzt. Sein Kern enthält zwei Protonen statt eines, und deren stärkere Anziehung zieht die Elektronen näher heran.

Chemiker messen außerdem, wie nahe sich zwei getrennte Atome kommen können, bevor sie sich gegenseitig abstoßen. Nach diesem Maß, dem Van-der-Waals-Radius, hat ein Helium-Atom einen Durchmesser von etwa 280 Pikometern.

Größenvergleiche

Ein Wasserstoffatom, das nach demselben Maß 106 Pikometer groß ist, ist etwa 1,7-mal so breit wie ein Helium-Atom.
Ein Helium-Atom ist etwa 18.000-mal so breit wie sein Kern, der etwa 3,4 Femtometer groß ist. Ein Femtometer ist ein Millionstel eines Nanometers.
Wäre ein Helium-Atom auf die Länge eines amerikanischen Footballfelds vergrößert, 110 Meter einschließlich der Endzonen, wäre sein Kern etwa 6 Millimeter groß.
Etwa 1,3–1,6 Millionen Helium-Atome, nebeneinander aufgereiht, würden die Breite eines menschlichen Haares ergeben.
Etwa 60 Wellenlängen von Gammastrahlung von je 1 Pikometer würden, aneinandergereiht, ein Helium-Atom überspannen.

In der Sonne entdeckt

Helium wurde in der Sonne entdeckt, bevor man es auf der Erde fand. Jedes Element gibt Licht in einem Muster scharfer, farbiger Linien ab, seinem sogenannten Spektrum, das wie ein Fingerabdruck wirkt. 1868 sahen die Astronomen Pierre Janssen und Joseph Norman Lockyer unabhängig voneinander eine gelbe Linie im Sonnenspektrum, die zu keinem bekannten Element passte. Lockyer benannte das neue Element nach Helios, dem griechischen Wort für die Sonne.

1895 fand der Chemiker William Ramsay Helium auf der Erde, in einem Gas, das freigesetzt wurde, als ein Uranmineral in Säure gelöst wurde. Die schwedischen Chemiker Per Teodor Cleve und Nils Abraham Langlet, die in Uppsala arbeiteten, entdeckten es im selben Jahr unabhängig davon.

Woher Helium stammt

Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum und macht etwa ein Viertel der Masse der Sonne aus. Auf der Erde entsteht es beim Zerfall von Uran und Thorium. Diese Elemente schleudern Alphateilchen aus, von denen jedes einem Heliumkern entspricht. Sobald ein solches Teilchen zwei Elektronen aufnimmt, ist es ein Helium-Atom.

Ein Teil dieses Heliums bleibt unter der Erde eingeschlossen und wird aus Erdgas gewonnen, das bis zu 7 % Helium enthalten kann. Helium, das in die Luft entweicht, ist leicht genug, um die Erde ganz zu verlassen und ins All zu driften. Flüssiges Helium siedet bei −269 Grad Celsius, dem niedrigsten Siedepunkt aller Stoffe, weshalb es zur Kühlung der Magnete in den meisten MRT-Geräten in Krankenhäusern verwendet wird.