مینی موبایل - گوشی بند انگشتی

هلیم He 2، عنصری از جدول تناوبی

همه چیز درباره هلیم (He)

گاز هلیم He 2، عنصری از جدول تناوبی

هلیم یا هلیوم، (به انگلیسی : Helium) با علامت اختصاری He و عدد اتمی ۲، عنصری از جدول تناوبی در دسته گازهای نجیب است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.

هلیم عنصری بی‌بو، بی‌رنگ، بی‌مزه، غیرسمّی، از دیدگاه شیمیایی بی‌اثر و تک اتمی است که در جدول تناوبی در بالای گروه گازهای نجیب جا دارد. دمای ذوب و جوش این ماده در میان دیگر عنصرها بسیار پایین است به همین دلیل در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به صورت گازی است مگر شرایط بسیار ویژه‌ای بر آن گذرانده شود.

هلیم بعد از هیدروژن دومین عنصر سبک کیهان است و از لحاظ فراوانی هم باز بعد از هیدروژن در جایگاه دوم قرار می‌گیرد گرچه باوجود کاربردهای بسیار مهم و حیاتی که دارد بر روی زمین بسیار کمیاب است. نزدیک به ۲۴٪ از جرم گیتی سهم این عنصر است که این مقدار بیش از ۱۲ برابر ترکیب تمام عنصرهای سنگین است.

هلیم به همان صورت که در خورشید و مشتری یافت می‌شود در جهان پیدا می‌شود و این به دلیل انرژی بستگی (به ازای هر هسته) بسیار بالای هلیم-۴ نسبت به سه عنصر دیگر پس از آن در جدول تناوبی است. بیشتر هلیم موجود در گیتی، هلیم-۴ است و گمان آن می‌رود که در جریان مه بانگ پدید آمده باشد. امروزه با کمک واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در ستاره‌ها، گونه‌های تازه‌ای از هلیم ساخته شده‌است.

شناسنامه هلیم

عدد اتمی: ۲

جرم اتمی: ۴٫۰۰۲

نقطه ذوب : C°۲۷۲-

نقطه جوش: C°۲۸۳ –

ظرفیت: ۲

رنگ: بیرنگ

حالت استاندارد: گاز

نام گروه: گاز نجیب

انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 2372

شکل الکترونی: ۱s2

دانسیته: ۰٫۱۷۸

گرمای فروپاشی : Kj/mol 2.1

گرمای تبخیر : Kj/mol 20.71

گرمای ویژه: J/g Ko 5193

دوره تناوبی

شماره سطح انرژی : ۱

انرژی اولیه : ۲

درجه اشتعال : در حالت گازی غیر قابل اشتعال

شماره ایزوتوپ : ۲

تاریخچه هلیم

هلیم ( از واژه یونانی helios به معنی خورشید ) درسـال ۱۸۶۸ توسط “Pierre Janssen” فرانســوی و “Norman Lockyer” انگلیسی که مستقل از هم فعالیت می‌کردند، کشف شد. هر دوی آنها هنگام یک خورشید گرفتگی در همان سال ، مشغول مطالعه بر روی نور خورشید بودند و بطور طیف‌نمایی متوجه خط انتشار عنصر ناشناخته ای شدند. “Eduard Frankland” ضمن تایید یافته‌های Janssen ، نام این عنصر را با توجه به نام خدای خورشید در یونان ،Helios پیشنهاد کرد و چون انتظار می‌رفت این عنصر جدید ، فلز باشد، پسوند ium – را به آن افزود.

“William Ramsay” سال ۱۸۹۵ این عنصر را از clevite جدا نمود و در نهایت متوجه غیر فلز بودن آن گشت، اما نام این عنصر تغییری نکرد. “Nils Langlet” و “Per Theodor Cleve” شیمیدانان سوئدی که بطور مستقل از Ramsay کار می‌کردند، تقریبا” در همان زمان موفق به جداسازی هلیم از Clevite شدند.

سال ۱۹۰۷ “Thomas Royds” و “Thomas Royds” موفق به اثبات این واقعیت شدند که ذرات آلفا ، هسته‌های اتم هلیم می‌باشند. “Heike Kamerlingh Onnes” فیزیکدان آلمانی درسال ۱۹۰۸ اولین مایع هلیم را بوسیله سرد کردن این گاز تا ۹K بدست آورد و به سبب این کار بزرگ ، جایزه نوبل را به او اهداء کردند.

سال ۱۹۲۶، یکی از شاگردان او به نام “Willem Hendrik Keesom ” برای اولین بار هلیم را بصورت جامد تبدیل نمود.

پیدایش هلیم

هلیم بعد از هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است و تقریبا” ۲۰% ماده ستارگان را تشکیل می‌دهد. این گاز همچنین دارای نقش مهمی در واکنشهای پروتون – پروتون و چرخه کربن در ستارگان است که تشکیل دهنده بیشترین انرژی آنها می‌باشد. فراوانی هلیم بیشتر از آن است که با تولید توسط ستارگان توجیه شود، اما با مدل انفجار بزرگ (Big Bang ) سازگار است و اکثر هلیم موجود در جهان در سه دقیقه اول شکل‌گیری جهان بوجود آمده‌اند.

این عنصر در جو زمین و به مقدار ۱ در ۰۰۰ ۰۰ ۲ وجود داشته ، بعنوان یک محصول فروپاشی در کانی‌های رادیواکتیو گوناگونی یافت می‌شود؛ بخصوص این عنصر در کانی‌های اورانیوم و توریم مانند clevites ، pitchblende، carnotite ، monazite و beryl ، بعضی از آبهای معدنی ( در بعضی از چشمه های ایسلند به میزان ۱ در ۱۰۰۰ هلیم وجود دارد )، در گازهای آتشفشانی و در گازهای طبیعی خاصی در آمریکا (که بیشتر هلیم تجاری جهان از این منطقه بدست می‌آید) دیده می‌شود.

هلیم را می توان از طریق بمباران لیتیم با بور بوسیله پروتونهای سریع تولید نمود.

کاربردهای گاز هلیم

۱- استفاده از گاز هلیم بعنوان خنک کننده آهن رباهای ابر رساناها ( دستگاه MRI و دستگاه NMR ) و راکتورهای هسته ای

۲- استفاده از گاز هلیم بعنوان گاز تخلیه کننده جهت وارد آورن فشار

۳- استفاده از گاز هلیم بعنوان بالابرنده ی بالن هاو کشتی های هوائی (برای تبلیغات ، تحقیقات جوی ، شناسایی‌های نظامی و … )

۴- استفاده از گاز هلیم بعنوان لایه محافظ یا پوشش در جوشکاری با قوس الکتریکی

۵- استفاده از گاز هلیم بعنوان نشت یاب در ابزارهای فوق العاده حساس

۶- استفاده از گاز هلیم بعنوان مکمل برای سوخت موشک های فضاپیما

۷- استفاده از گاز هلیم بصورت مخلوط با گاز اکسیژن ، گاز نیتروژن و گاهی هم هیدروژن بعنوان کمک کننده برای اکسیژن رسانی بهتر به غواصان در عمق های بالا بویژه در جوشکاری های زیر آب

۸- استفاده از گاز هلیم بصورت ترکیب با برخی از گازها برای برش های لیزری

۹- استفاده از گاز هلیم بعنوان یک گاز حامل در دستگاه کروکاتوگرافی گازی

۱۰- استفاده از گاز هلیم بعنوان گاز محافظ در کشت بلورهای سیلیسیم و ژرمانیوم

ویژگی های گاز هلیم

هلیم در دما و فشار طبیعی بصورت گازی تک‌اتمی وجود دارد و فقط در شرایط بسیار غیر عادی متراکم می‌شود. هلیم دارای پایین‌ترین نقطه ذوب در میان عناصر است و تنها مایعی است که با کاهش دما به جامد تبدیل نمی‌شود و در فشار استاندارد تا دمای صفر مطلق به حالت مایع باقی می‌ماند؛ (تنها با افزایش فشار می‌توان آنرا به جامد تبدیل نمود.)

در واقع دمای بحرانی که بالاتر از آن بین حالات مایع و گاز هیچ تفاوتی وجود ندارد، تنها ۱۹,۵K است. He-4 و He-3 جامد از این نظر که یک محقق می‌تواند با استفاده از فشار حجم آنها را بیش از ۳۰% تغییر دهد، منحصر به فرد هستند. ظرفیت گرمایی ویژه گاز هلیم بسیار زیاد است و بخار آن بسیار متراکم می‌باشد، بطوری‌که در صورت گرم شدن در دمای اطاق سریعا” منبسط می‌گردد.

هلیم جامد فقط در فشار بالا و در تقریبا” ۱۰۰ مگا پاسکال در ۱۵- درجه کلوین است که بین دمای پایین و بالا یک جابجایی انجام می‌دهد که در آن ، اتمها دارای آرایشهای به‌ترتیب مکعبی و شش‌ضلعی می‌شوند. در یک لحظه از این دما و فشار ، حالت سومی بوجود می‌آید که در آن ، اتمها آرایشی مکعبی به خود می‌گیرند، در حالیکه جرم آن در مرکز قرار دارد.

تمامی این حالات از نظر انرژی و چگالی مشابه هستند و دلایل این تغییرات به جزئیات چگونگی شکل‌گیری اتم‌ها بر می‌گردد.

ترکیبات گاز هلیم

برای غواصی در عمق های بالا بدلیل اینکه گاز هلیم به سختی در بافت های عصبی حل می شود و همچنین چگالی پایین هلیم که تنفس را در اعماق بالا راحت تر می کند ، از ترکیبات هلیم و اکسیژن استفاده می شود .در عمق های بالاتر از ۱۵۰ متر ، هیدروژن هم به ترکیب هلیم و اکسیژن اضافه می شود.

یکی دیگر از ترکیبات گاز هلیم مخلوط این گاز با نئون بود که منجر به ایجاد لیزر با توان کم و پرتوی قرمز رنگ می شد که در دستگاه هائی مثل بارکدخوان و اشاره گر لیزری کاربرد داشت که امروزه با آمدن لیزرهای دیودی استفاده از این لیزرها منسوخ شده است.

ترکیب گاز هلیم با گاز دی اکسید کربن و نیتروژن بعنوان یک ترکیب فوق العاده پر کاربرد در برش های لیزری می باشد.

یکی دیگر از ترکیب های گاز هلیم که بسیار پر کاربرد است ترکیب گاز هلیم با گاز هیدروژن است که بعنوان گاز سوختنی در تست های مربوط به آلایندگی خودروها کاربرد دارد.

ترکیب گاز هلیم با گازهای سنگین تر مثل زنون ظرفیت گرمائی بالائی دارد که در سردکننده های گرمائی صوتی ( ترمواکوستیک ) کاربرد دارد.

هشدار ها درباره گاز هلیم

گاز هلیم گاز بی اثری است و لی در صورت تنفس طولانی مدت و یا نشت این گاز در یک محیط بسته ، به سرعت جایگزین اکسیژن در خون و در نهایت موجب خفگی می شود.
در صورتی که هلیمی که در کپسول فشرده شده است توسط فرد تنفس شود بدلیل شدت جریان بالا می تواند منجر به پارگی ناگهانی شش ها و فشارزدگی گوش میانی شود. البته تعداد کشته شدگان گزارش شده در اثر پارگی شش ها بسیار کم است.

از تماس مستقیم پوست با هلیم مایع نیز باید خودداری کرد جون سبب سوختن پوست می شود ( سرمای فوق العاده بالائی در اثر تغییر فاز هلیم و تبدیل آن به گاز بوجود می آید )

 

گاز هلیم _ دانشچی

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*