Welches Material friert nicht ein?

Flüssig, selbst bei Frost: Warum Helium nicht einfriert

Helium ist ein faszinierendes Element, das sich von allen anderen Stoffen durch seine einzigartige Eigenschaft unterscheidet: Es bleibt selbst bei extrem tiefen Temperaturen flüssig. Während Wasser bei 0 Grad Celsius zu Eis gefriert, benötigt Helium eine Temperatur von -270,95 Grad Celsius, um in seinen festen Zustand zu gelangen.

Die Erklärung für dieses Phänomen liegt in den besonderen physikalischen Eigenschaften von Helium:

• Schwache Anziehungskräfte: Die Atome von Helium sind so klein und leicht, dass sie nur sehr schwache Anziehungskräfte zueinander ausüben. Diese sogenannten Van-der-Waals-Kräfte sind viel schwächer als die Bindungskräfte in anderen Stoffen, die für die Bildung von Festkörpern verantwortlich sind.
• Hohe Energie: Heliumatome besitzen eine hohe Energie, wodurch sie sich trotz der niedrigen Temperatur ständig in Bewegung befinden und sich nicht zu einem festen Gitter anordnen können.

Helium und die Welt der Quantenphysik:

Die besonderen Eigenschaften von Helium lassen sich auch mit Hilfe der Quantenphysik erklären. Helium gehört zu den sogenannten “Quantenflüssigkeiten”, bei denen die Gesetze der klassischen Physik nicht mehr gelten. In diesem Zustand zeigen Heliumatome ein seltsames Verhalten: Sie bewegen sich gleichzeitig wie Wellen und Teilchen, wodurch sie nicht zu einem festen Zustand erstarren.

Anwendung von Helium:

Die einzigartige Eigenschaft von Helium, nicht zu gefrieren, macht es zu einem wertvollen Element in vielen Bereichen:

• Kryotechnik: In der Kryotechnik wird Helium als Kühlmittel für Magnete und andere Geräte eingesetzt, die bei extrem tiefen Temperaturen betrieben werden.
• Medizin: Helium wird in der Medizin für die Magnetresonanztomographie (MRT) eingesetzt, um detaillierte Bilder des menschlichen Körpers zu erstellen.
• Forschung: In der Forschung spielt Helium eine wichtige Rolle in der Astrophysik und in der Untersuchung von Elementarteilchen.

Fazit:

Helium ist ein faszinierendes Element, das sich von allen anderen Stoffen durch seine einzigartige Eigenschaft unterscheidet: Es bleibt selbst bei extrem tiefen Temperaturen flüssig. Dieses Phänomen lässt sich durch die besonderen physikalischen Eigenschaften und die Anwendung der Quantenphysik erklären. Helium ist ein wertvolles Element in vielen Bereichen und wird in Zukunft wahrscheinlich noch weitere wichtige Anwendungen finden.