Die Entdeckung des seltenen Elements „Helium“ begann, als Wissenschaftler die Sonne jagten

Die Entdeckung des Heliums ist eine interessante Geschichte, die sowohl Astronomie als auch Chemie umfasst. Helium wurde erstmals im Sonnenspektrum beobachtet, eine Entdeckung, die in mehrere Schlüsselphasen unterteilt werden kann.

Phase 1: Beobachtung des Sonnenspektrums

Im Jahr 1868 beobachteten die Astronomen Jules Janssen und Norman Lockyer unabhängig voneinander eine Sonnenfinsternis während der Sonnenkorona. Sie beobachteten eine unbekannte gelbe Spektrallinie im Sonnenspektrum mit einer Wellenlänge von 587,49 nm, die nicht dem Spektrum irgendeines bekannten Elements zugeordnet werden konnte. Lockyer benannte das Element später „Helium“, nach dem griechischen Sonnengott Helios.

Sie verwenden ein Instrument namens Spektrometer, um das Sonnenspektrum zu beobachten. Ein Spektrometer kann Licht in ein Spektrum verschiedener Farben zerlegen, wobei jedes Element seine eigene, einzigartige Spektrallinie hat. Bei der Beobachtung des Sonnenspektrums entdeckten sie eine gelbe Linie, die mit den Spektrallinien keines bekannten Elements übereinstimmte.

Stellen Sie sich vor, dass jedes Element seine eigenen einzigartigen Spektrallinien hat, genau wie seinen eigenen Fingerabdruck. Als Jeanson und Lockyer die Sonne beobachteten, waren sie wie kosmische Detektive und entdeckten einen mysteriösen „Fingerabdruck“, der den ersten Hinweis auf Helium gab.

Phase 2: Entdeckung von Helium auf der Erde

Im Jahr 1895 führten die schwedischen Chemiker Per Teodor Cleve und Nils Abraham Langlet in Schweden Experimente durch. Sie entdeckten Helium, indem sie Uranerz erhitzten und die freigesetzten Gase beobachteten.

Der Vorgang gleicht einer Schatzsuche im Erz. Als die Wissenschaftler dieses besondere Mineral erhitzten, war es, als würden sie eine Truhe mit verborgenen Schätzen öffnen und dabei Helium freisetzen – ein wertvolles Element, das noch nie zuvor auf der Erde gefunden wurde.

Stufe 3: Identifizierung von Helium in der Erdatmosphäre

Eine Schlüsselfigur dieser Phase war William Ramsay, ein schottischer Chemiker mit besonderem Interesse an der Erforschung von Gasen.

Im Jahr 1895 entdeckte Ramsay zufällig Helium in Pechblende, einem uranhaltigen Erz, als er ein neues Element, Argon, untersuchte. Durch chemische Analysen und die Zusammenarbeit mit Lockyer bestätigte er, dass es sich bei dem von ihm entdeckten Gas um das zuvor im Sonnenspektrum beobachtete Helium handelte. Ramsay erhielt 1904 den Nobelpreis für Chemie für seine Entdeckung der Edelgase (Argon, Neon, Krypton, Xenon und Radon) und seine Studien zu ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Ramseys Entdeckung löste ein wissenschaftliches Rätsel. Bei der Verarbeitung von Pechblende in seinem Labor entdeckte er ein neues Gas. Durch sorgfältige Experimente und Vergleiche erkannte er, dass es sich bei diesem neuen Gas um das zuvor im Sonnenspektrum entdeckte Helium handelte. Dies war eine überraschende Entdeckung, die beweist, dass Helium nicht nur in der Sonne, sondern auch auf der Erde existiert.

Diese Entdeckung ist für die Erforschung von Helium von großer Bedeutung. Es beweist nicht nur die Existenz von Helium auf der Erde, sondern zeigt auch die Verteilung von Helium und anderen Elementen in der Erdatmosphäre. Die Entdeckung regt auch weitere Forschungen zur Rolle von Helium in der Geochemie an.

Die Identifizierung von Helium in der Erdatmosphäre gelang durch chemische Analysen der Mineralien der Erde, die wichtige Beweise für die Existenz und Verteilung von Helium lieferten und das Verständnis der Menschen für die Zusammensetzung der Erdatmosphäre vertieften. Die Entdeckung des Heliums ist eine Forschungsgeschichte, die sich über Astronomie und Chemie erstreckt. Es begann als mysteriöse gelbe Linie im Sonnenspektrum, entwickelte sich durch chemische Entdeckungen in Erzen und wurde schließlich als neues Element identifiziert. Diese Geschichte veranschaulicht das Wunder wissenschaftlicher Entdeckungen und die Bedeutung der Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachgebieten.

Stufe 4: Entdeckung von Heliumisotopen

Der Mensch entdeckte die Existenz von Helium-3 durch das Studium von Kernreaktionen und ein tiefes Verständnis der Isotopentheorie. Es sind mehrere wichtige Schritte zu verstehen:

Eine davon ist die Entwicklung der Isotopentheorie. Als die Forschung zu radioaktiven Elementen im frühen 20. Jahrhundert voranschritt, erkannten Wissenschaftler wie Frederick Soddy und Ernest Rutherford, dass bestimmte Elemente in unterschiedlichen Massenformen, sogenannten Isotopen, vorkommen. Diese Theorie legte den Grundstein für das Verständnis von Isotopen leichter Elemente wie Helium-3.

Der zweite Bereich ist die Forschung zu Teilchenbeschleunigern und Kernreaktionen. In den 1930er Jahren begannen Wissenschaftler, Teilchenbeschleuniger zur Untersuchung von Kernreaktionen einzusetzen. Durch ihre Experimente konnten sie die Produkte verschiedener Kernreaktionen erzeugen und beobachten, darunter auch verschiedene Isotope leichter Elemente. Während dieser Experimente stellten die Wissenschaftler fest, dass einige Kernreaktionen ein leichtes Heliumisotop erzeugten, das sich von Helium-4 unterscheidet, nämlich Helium-3.

Der dritte ist die spezifische Identifizierung von Helium-3. Durch die Entwicklung von Spektroskopie- und Massenspektrometrietechniken können Wissenschaftler verschiedene Isotope genauer unterscheiden und identifizieren. Helium-3 unterscheidet sich von Helium-4 durch die Einzigartigkeit seiner Masse und seiner kernmagnetischen Eigenschaften. Durch sorgfältige Analyse der Produkte dieser Kernreaktionen konnten Wissenschaftler die Existenz von Helium-3 bestätigen und mit der Untersuchung seiner Eigenschaften und seines Verhaltens beginnen.

Viertens ist der Beitrag der Astrophysik zu nennen. Mitte bis Ende des 20. Jahrhunderts beobachteten Astrophysiker im Zuge der Weltraumforschung und der Erforschung des Sonnenwinds und der kosmischen Strahlung auch die Existenz von Helium-3. Diese Erkenntnisse bestätigen erneut das natürliche Vorkommen von Helium-3 im Sonnensystem und erweitern unser Verständnis seines Verhaltens in Himmelsumgebungen.

Chefplaner: Qin Shengfei

Geschrieben von: Qin Shengfei, Li Jiyuan, Tao Gang, Wang Jiamei, Zhao Zizhuo

(Chinesisches Forschungsinstitut für Erdölexploration und -entwicklung)