Vom leichtesten Edelgas Helium sind 8 Isotope bekannt, von denen lediglich zwei stabil sind: 3He und 4He treten als Isotopengemisch in einem Verhältnis von ca. 1 : 1000000 in der Natur auf. Daraus ergibt sich eine relative Atommasse für Helium von durchschnittlich 4,002602(2) u.
Natürlich auftretende Helium-Isotope
| Atommasse Ar | Anteil | Halbwertszeit | Spin | |
| Helium Isotopengemisch | 4,002602 u | 100 % | ||
| Isotop 3He | 3,01602932(2) u | 0,0002(2) % | stabil | 1/2+ |
| Isotop 4He | 4,0026032541(4) u | 99,9998(2) % | stabil | 0+ |
Die Isotopenzusammensetzung in der Natur unterliegt großen Schwankungen und ist stark vom Vorhandensein von 3H-Quellen abhängig. So tritt Helium-3 im interstellaren Medium ca. 100 mal häufiger auf, als auf der Erde, und selbst irdische Vorkommen unterliegen großen Schwankungen (Faktor 10).
3He und 4He zeigen sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften: Wegen der Symmetrieunterschiede zählt Helium-3 zu den Fermionen, Helium-4 zu den Bosonen. Durch unterschiedliche Quanteneigenschaften sind die beiden Isotope im flüssigen Zusand nicht mischbar (2 Phasen).
Helium-4
Helium-4 Vorkommen auf der Erde sind hauptächlich auf den α-Zerfall radioaktiver Elemente zurückzuführen.
Bei einem Druck von 5036 Pa und einer Temperatur < 2,1768 K (Lambda-Punkt) geht Helium-4 in den so genannten suprafluiden Zustand über, der als Helium II bezeichnet wird. Oberhalb des Lambdapunkts und unterhalb einer Temperatur von 4,21 K bildet Helium eine farblose Flüssigkeit: Helium I.
Exotische Isotope
* Diproton ist ein hypothetisches Heliumisotop (Helium-2, 2He) aus zwei Protonen und ohne Neutronen im Kern.
* Halokerne: Helium-6 (2-Neutronen-Halo); Helium-8 (4-Neutronen-Halo).
Isotopentabelle: Helium
| Isotop Nuklid | Z | A | N | Name | Atommasse [Kernmasse] {Massenüberschuss} | Spin I (h/2π) | μ | A-Nuk |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 3He | 2 | 3 | 1 | Helium-3 | 3,01602932(2) u [3,0149322 u] {14,93122 MeV} | 1/2+ | - 2,127625306(25) | 3H 4Li |
| 4He | 2 | 4 | 2 | Helium-4 | 4,0026032541(4) u [4,0015061 u] {2,42492 MeV} | 0+ | 5He 5Li 6Be | |
| 5He | 2 | 5 | 3 | Helium-5 | 5,012057(21) u [5,0109598 u] {11,23102 MeV} | 3/2- | ||
| 6He | 2 | 6 | 4 | Helium-6 | 6,01888589(6) u [6,0177887 u] {17,59209 MeV} | 0+ | 7He 11Li | |
| 7He | 2 | 7 | 5 | Helium-7 | 7,027991(8) u [7,0268938 u] {26,07345 MeV} | (3/2)- | ||
| 8He | 2 | 8 | 6 | Helium-8 | 8,03393439(10) u [8,0328372 u] {31,60968 MeV} | 0+ | 9He 10He | |
| 9He | 2 | 9 | 7 | Helium-9 | 9,04395(5) u [9,0428528 u] {40,93916 MeV} | 1/2+ | ||
| 10He | 2 | 10 | 8 | Helium-10 | 10,05282(10) u [10,0517228 u] {49,20151 MeV} | (0+) |
| Isotop | Zerfall (radioaktiver Zerfall) | AE | Mehr | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Halbwertszeit | Zerfallsart | Anteil | Energie | Info | ||
| 1 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| He-3 | stabil | AL | ||||
| He-4 | stabil | AL | ||||
| He-5 | 7,61833 × 10-22 s | n ? zu 4He | 0,290(71) MeV | AL | ||
| He-6 | 806,7(15) ms | β- zu 6Li | 3,50521(5) MeV | AL | ||
| He-7 | 2,85688 zs | n zu 6He | 11,166(8) MeV | AL | ||
| He-8 | 119,1(12) ms | β- zu 8Li β-, n zu 7Li | 84 % 16 % | 10,66388(10) MeV 8,63126(9) MeV | AL | |
| He-9 | 7,03231 zs | n zu 8He | 100 % | 14,816(60) MeV | AL | |
| He-10 | 2,68882 zs | n zu 9He | 100 % | 15,759(71) MeV | AL | |
Erläuterungen zu den einzelnen Spalten:
1 - Symbol mit Nukleonenzahl.
2 - Z = Anzahl der Protonen (Ordnungszahl).
3 - Massenzahl A.
4 - N = Anzahl der Neutronen.
5 - Bezeichnung des Helium-Isotops; gegebenenfalls Trivialnamen.
6 - Relative Atommasse des Helium-Isotops (Isotopenmasse inklusive Elektronen) und in eckigen Klammern die Masse des Atomkerns (Kernmasse, Nuklidmasse ohne Elektronen), jeweils bezogen auf 12C = 12,00000 [2]. Zusätzlich ist der Massenüberschuss (Massenexzess) in MeV angegeben.
7 - Kernspin I, Einheit: h/2π.
8 - Kernmagnetisches Moment μmag.
9 - Ausgangsnuklide: Mögliche, angenommene oder tatsächliche Ausgangs-Nuklide (Mutternuklide, Elternnuklide). Die entsprechenden Zerfalls-Modi sind gegebenenfalls bei den Daten des jeweiligen Ausgangsnuklids zu finden.
10 - Zerfall: Halbwertszeiten des Helium-Isotops mit a = Jahre; ; d = Tage; h = Stunden; min = Minuten; s = Sekunden.
11 - Zerfall: Zerfallsart in die jeweiligen Tochternuklide mit n = Neutronenemission; p = Protonenemission; α = Alpha-Zerfall; ß- = Beta-Minus-Zerfall unter Elektronenemission; EE = Elektroneneinfang; ß+ = Positronenemission; ε = ß+ und/oder EE; Iso = Isomerieübergang; CZ = Cluster-Zerfall; SZ = Spontanzerfall.
12 - Zerfall: Zerfallsanteil in Prozent (%).
13 - Zerfall: Zerfallsenergie; Partikelenergie bezogen auf Zerfallsart.
14 - AE = Anregungsenergie für metastabile Kerne.
15 - Sonstige Informationen und Hinweise: AL = Weitere Niveaus, so genannte Adopted Levels (Verlinkung auf externe Daten [1]).
Sonstige:
()- Eingeklammerte Ziffern: Unsicherheit zur Darstellung der Streubreite des angegebenen Wertes.
~ - Theoretische Werte oder systematische Trends.
- ungelistet-: Nuklide, die in der Literatur bereits erwänhnt wurden, aber aus irgendwelchen Gründen in den aktuellen Nuklidtabellen nicht mehr zu finden sind, weil sich deren Entdeckung z. B. nicht bestätigt hat.
NMR-aktive Helium-Nuklide
| Nuklid Anteil Spin I | Kernmagnetisches Moment μ/μN | Gyromagnetisches Verhältnis 107 rad T-1 s-1 | Quadrupol- Moment Q [barn] | Resonanz- Frequenz v0 bei 1 T | Relative Empfindlichkeit H0 = const. v0 = const. * |
|---|---|---|---|---|---|
| 3He 0,0002(2) % 1/2+ | - 2,127625306(25) | -20,38 | 32,4380 | 0,44220 0,7619 |
*) bezogen auf 1H = 1,000
Kernisobare Nuklide des Heliums
Zu den Helium-Nukliden isobare Atomkerne befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; Z = Ordnungszahl; A = Nukleonenzahl (Massenzahl).
| Z: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | H | He | Li | Be | B | C | N |
| 3 | 3H | 3He | |||||
| 4 | 4H | 4He | 4Li | ||||
| 5 | 5H | 5He | 5Li | 5Be | |||
| 6 | 6H | 6He | 6Li | 6Be | 6B | ||
| 7 | 7H | 7He | 7Li | 7Be | 7B | ||
| 8 | 8He | 8Li | 8Be | 8B | 8C | ||
| 9 | 9He | 9Li | 9Be | 9B | 9C | ||
| 10 | 10He | 10Li | 10Be | 10B | 10C | 10N |
Kernisotone Nuklide des Heliums
Die zu den Helium-Kernen isotonen Nuklide befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; N = Anzahl der Neutronen.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2H | 3H | 4H | 5H | 6H | 7H | ||
| 3He | 4He | 5He | 6He | 7He | 8He | 9He | 10He |
| 4Li | 5Li | 6Li | 7Li | 8Li | 9Li | 10Li | 11Li |
| 5Be | 6Be | 7Be | 8Be | 9Be | 10Be | 11Be | 12Be |
| 6B | 7B | 8B | 9B | 10B | 11B | 12B | 13B |
| 8C | 9C | 10C | 11C | 12C | 13C | 14C | |
| 10N | 11N | 12N | 13N | 14N | 15N | ||
| 12O | 13O | 14O | 15O | 16O | |||
| 14F | 15F | 16F | 17F | ||||
| 15Ne | 16Ne | 17Ne | 18Ne | ||||
| 18Na | 19Na | ||||||
| 19Mg | 20Mg | ||||||
| 21Al | |||||||
| 22Si |
Literatur und Hinweise
Eigenschaften der Helium-Isotope
[1] - NuDat: National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, based on ENSDF and the Nuclear Wallet Cards.
[2] - G. Audi et. al.: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics, (2003), DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
[3] - Live Chart of Nuclides. Nuclear structure and decay data.
Helium: Kernmagnetische Eigenschaften - 3He-NMR
[4] - N. J. Stone: Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments. Atomic Data and Nuclear Data Tables, (2005), DOI 10.1016/j.adt.2005.04.001.
[5] - Pekka Pyykkö: Year-2008 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, (2008), DOI 10.1080/00268970802018367.
[6] - Pekka Pyykkö: Year-2017 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, (2018), DOI 10.1080/00268976.2018.1426131.
[7] - N. J. Stone: Table of recommended nuclear magnetic dipole moments. IAEA, (2019).
Weitere Quellen:
[8] - Isotopenhäufigkeiten, Atommassen und Isotopenmassen: Siehe unter dem jeweiligen Stichwort.
Kategorie: Chemische Elemente
Letzte Änderung am 21.12.2022.
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