ويعد الهيليوم من أكثر العناصر الطبيعية تنوعا في صناعة الصلب، وفي العلوم الطبية فهو مفيد في تشغيل أجهزة التشخيص النووي. كما أنها تلعب دورًا مهمًا في الطيران الفضائي، وفي تشغيل أجهزة رصد الإشعاع والتلسكوبات.
ما هو الهيليوم؟
وهذا الغاز أخف من الهواء بـ 7 مرات، وليس له طعم أو رائحة وعديم اللون. يتم تعليقه بتركيزات منخفضة تبلغ 5 جزء في المليون فقط. وهو خامل، أي أنه لا يتفاعل (مع بعض الاستثناءات)، وهو أقل قابلية للذوبان من الغازات الأخرى في السوائل وغير قابل للاشتعال. درجة غليانها هي الأدنى بين العناصر الكيميائية، علاوة على ذلك، فهي لا تتجمد وتتصلب فقط تحت ضغط قوي. وهو الأكثر وفرة في الكون بعد الهيدروجين.
رمز الهيليوم
وهو عنصر كيميائي غازي وينتمي إلى المجموعة O. وقد تم تأسيسه على أنه أحادي الذرة برقم 2 ووزن قياسي 4.0026. يحتل الهيليوم في الجدول الدوري المركز الثامن عشر بعد الهيدروجين، ولكن في الكتلة p، تم تحديده على أنه غاز نبيل لأنه يتمتع بمستوى طاقة كامل.
خصائص الهيليوم
وهو غاز أنواعه مميزة جداً وهي موضحة أدناه:
- التفاعل الكيميائي : منخفض أو حتى صفر بسبب اكتمال الطبقة الإلكترونية الأخيرة.
- الانصهار والغليان : حرارته النوعية عالية جداً وبخاره كثيف جداً، يتمدد بسرعة عند درجة حرارة الغرفة.
- الحالة : غازية في أغلب الأوقات .
- التعديلات : يمكن أن يتبلور تحت ضغط -248.15 درجة مئوية ويصبح سائلاً عند درجات حرارة محددة للغاية.
- درجة الحرارة : 1 جو و 0 درجة مئوية لعدم تفاعل جزيئاته .
- النقطة الحرجة : 5.19 ك.
- الحجم : فقط في المواد الصلبة 3He و4He مع زيادة الضغط.
الخصائص الكيميائية والفيزيائية للهيليوم
- العدد الذري : 2
- نصف القطر التساهمي (Å): 0.93
- التكوين الإلكتروني: 1 ثانية²
- الكتلة الذرية (جم/مول): 4.0026
- قوة التأين الأولى (eV): 24.73
- الكثافة النسبية للهواء: 0.138 (15 درجة مئوية)
- نقطة الغليان: -268.9 درجة مئوية (4.22 كلفن)
- نقطة الانصهار: -272.2 درجة مئوية (0.95 كلفن) (26 ضغط جوي)
- الحالة العادية: غاز
- المحتوى الحراري للتبخر: 0.0835 كيلوجول/مول
- المحتوى الحراري للانصهار: 5.23 كيلوجول/مول
- سرعة الصوت: 970 م/ث عند 293.15 ك
- الوزن الجزيئي: 4.00026 جم/مول
أصل الهيليوم
كلمة هذا العنصر تأتي من اليونانية هيليوس، وهو ما يعني الشمس. وبالفعل، تم اكتشافه في طيف الإكليل الشمسي عام 1868، أثناء حدوث الكسوف. وأكد عالما الفلك بيير يانسن ونورمان لوكير، من إنجلترا والسويد، وجوده من خلال ملاحظة خط أصفر فوق الهند.
في عام 1895، تم اكتشاف عنصر الهيليوم الغازي وعزله على الأرض من قبل الكيميائي ويليام رامزي، وذلك بفضل مجموعة الكلافيت (خام اليورانيوم) الذي يتفاعل مع بعض الأحماض غير العضوية. ومن جانبهم، أكد ويليام كروكس ولوكير أن العنصر الجديد يبلغ طوله الموجي 587.49 نانومتر. وفي الوقت نفسه تقريبًا، تمكن الكيميائيان بير تيودور كليف ونيلز لانجليه من عزله بشكل مستقل عن الكلافيت.
في ماذا يستخدم الهيليوم؟
لها استخدامات متعددة، من الأكبر إلى الاستخدام اليومي، حتى لو لم تلاحظ ذلك. يتم استخدامه بشكل عام في المجالات التالية:
العلوم والتكنولوجيا
وقد تم استخدامه لبناء المجاهر والمغناطيسات فائقة التوصيل، وصنع صور الرنين المغناطيسي، وله تطبيقات في تكنولوجيا النانو.
النشاط الفضائي
وبهذا العنصر تتم صيانة أجزاء الأقمار الصناعية وإنتاج الوقود وتنظيف محركات الصواريخ. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدامه لتبريد الهيدروجين السائل والأكسجين على متن مركبة أبولو الفضائية التابعة لناسا.
الطاقة النووية
ترغب بعض الدول مثل الصين في إعادة إنتاج العمل الشمسي أو الاندماج النووي، حيث يلعب الهيليوم دورًا رائدًا. الهدف هو خلق طاقة نظيفة لا تنضب تقريبا. لديهم بالفعل جهاز متقدم جدًا أو توكاماك، يُعرف باسم HL-2M، أي شمس اصطناعية.
الاستخدام الصناعى
يتم استخدامه لاكتشاف التسربات باستخدام تقنيات الضغط والفراغ والفراغ الفائق عندما لا يكون الغمر الهيدروليكي أو اختبار الضغط كافياً. كما أنه يستخدم على نطاق واسع في اللحام بالقوس الكهربائي، مثل الأرجون، لأنه خامل.
تسمح قدرة التأين العالية الخاصة بها بإدخال حرارة أكبر، مما يجعل خلائط Ar/He ممكنة في لحام الألومنيوم والمواد السميكة الأخرى. ومن ناحية أخرى، فهو أيضًا غاز وقائي في إنتاج بلورات الجرمانيوم والسيليكون والتيتانيوم والزركونيوم.
الحياة اليومية
الباركود الخاص بتسجيل النقد التجاري مصنوع من الهيليوم والنيون. كما أنها تستخدم في خلطات خزانات الغوص. بالإضافة إلى أنه يستخدم لملء المناطيد وبالونات الحفلات الشهيرة.
مزيد من المعلومات حول الهيليوم
أين تجد الهيليوم؟
إنه يأتي من استخراج الغاز الطبيعي، لذلك فهو منتج ثانوي للأخير. ومن الصعب تخزين هذا الغاز وحده، كما أن العملية مكلفة للغاية. والدول المنتجة لهذا العنصر هي الولايات المتحدة والجزائر وقطر وروسيا.
في الختام، الهيليوم هو ثاني أخف غاز في العالم. وهذا الشرط يجعلها أحد العناصر الطبيعية المهددة بالانقراض.