نکات قابل توجه هلیوم
هلیوم تقریباً 0.0005٪ حجم جو زمین را تشکیل می دهد و بنابراین بسیار نادر در نظر گرفته می شود.نکات قابل توجه هلیوم بسیار زیاد است که اکنون به برخی از آنها می پردازیم. هلیوم تنها عنصر شناخته شده ای است که در دمای صفر مطلق، تحت فشار طبیعی در حالت مایع باقی می ماند. هشت ایزوتوپ هلیوم وجود دارد، اما تنها دو تا از آنها پایدار و فراوان اند. منشأ هلیوم به فروپاشی عناصر رادیواکتیو موجود در سنگ ها برمی گردد. متاسفانه هلیوم طبیعی بسیار کمی بر روی زمین وجود دارد. هلیوم به قدری سبک است که از زمان شکل گیری زمین به جو رفته است. هلیوم را می توان با مایع کردن از جو جدا کرد، اما این فرآیند گران تمام می شود. چنانچه گفته شد منبع گاز هلیوم در تانزانیا اینک حاشیه امنی را در رابطه با این ماده مهم به وجود آورده است
کشف هلیوم
سر ویلیام رمزی (Ramsey) در سال 1895 و زمانی که ترکیب ماده اورانیت کلویت (کلویت کانی پرتوزای اورانیوم است) را با اسیدهای معدنی آزمایش می کرد، هلیوم را بر روی زمین پیدا کرد. همزمان دو دانشمند به نام های لانگلی و کلو (Cleve) هم به طور مستقل هلیوم را کشف کردند.
کاربرد و ویژگی های هلیوم
هلیوم دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که در بسیاری از موارد به آن احتیاج پیدا می کنیم. این ویژگی‌های هلیوم عبارتند از: نقطه ی جوش، چگالی و حل‌شوندگی پایین، رسانش گرمایی بالا و واکنش ناپذیر بودن آن. هلیوم دارای منبع تجدید ناپذیر است و با آزاد شدن آن به اتمسفر دیگر امکان بازیابی آن وجود ندارد. در حال حاضر عمر منابع هلیوم به ذخایر گاز طبیعی وابسته است و پیش‌بینی میشود بهای هلیوم در آینده همچنان سیر صعودی داشته باشد. از سال ۲۰۰۸ میزان تولید هلیوم، ۳۲ میلیون کیلوگرم یا ۱۹۳ میلیون مترمکعب در سال بوده‌است که بیشترین کاربرد آن (نزدیک به ۲۲ درصد کل در سال ۲۰۰۸) در کاربردهای سردکننده به ویژه در آهنربای ابررسانا و دیگر کاربردهای مهم آن (۷۸ درصد کل در سال ۱۹۹۶) برای ایجاد فشار، هوای پیرامونی کنترل شده و جوشکاری بوده‌است. هلیوم کاربردهای تحقیقاتی و پزشکی مهمی دارد. هلیوم در فناوری ام آر آی و کمک به تنفس نوزادان نارس مورد استفاده قرار می گیرد. هلیوم مایع در آهن رباهای غول آسای فوق سرد به کار می رود.
تاثیرات هلیوم در زندگی روزمره
جالب است بدانیم که کاربرد گاز هلیوم در زندگی روزمره ی ما بسیار زیاد است و ما هر روز شاهد تاثیرات این گاز بر زندگی افراد هستیم. استفاده از این گاز ها در بادکنک ها و بالون های جشن های تولد و مهمانی ها، استفاده از آن در صنعت جوشکاری، استفاده از آن برای غواصان، استفاده از آن در ام آر آی و صنایع مرتبط با علم پزشکی و … از جمله کاربردهای مهم هلیوم است که توانسته به اثبات برساند که وجود این گاز نجیب در زندگی واجب است و باید به فکر حفظ منابع آن بود و برای کمبود احتمالی آن در آینده راه چاره ای اندیشید .
استفاده از گاز هلیوم در جراحی عمل قلب باز
از هلیوم در جراحی های عمل قلب باز نیز استفاده می شود، ترکیب هلیوم با اکسیژن می تواند برای ریه شرایط مناسبی که در این جراحی نیاز است را پدید آورد .
استفاده از گاز هلیوم در جوشکاری ها
در جوشکاری ها از گاز هلیوم به عنوان یک محافظ در فضا استفاده می کنند. وجود یک گاز بی اثر در فضا به هنگام جوشکاری می تواند محافظی باشد برای فلز های داغ در برابر اکسیداسیون و دیگر عکس العمل هایی ست که احتمال به وجود آمدن آن در دمای بالا موجود است. این قابلیت حفاظتی هلیوم توانسته این عنصر را در جوشکاری محبوب نماید .
استفاده ی هلیوم برای غواصان
و اما باید بدانیم که کاربرد کپسول گاز هلیوم در غواصی چیست. هلیوم می تواند جایگزینی برای گازهای ترکیبی مورد استفاده غواصان باشد. استفاده از هلیوم در این گازهای ترکیبی به غواصان اجازه می دهد تا به که به عمق بیشتری از دریاها و اقیانوس ها برسند بدون اینکه تاثیری منفی در سیستم عصبی مرکزی آنها صورت گیرد. اگر از هلیوم در گازهای ترکیبی مرتبط با غواصان استفاده نشود، فشار های زیادی بر غواصان در عمق های زیاد وارد می شود که به این موقعیت “the bends ” می گویند .
نقش هلیوم در ماشین سازی
هلیوم ها نقش بزرگ و اساسی در ایمنی وسایل نقلیه دارند. از هلیوم برای پر کردن ایربگ های ایمنی موجود در وسایل نقلیه استفاده می شود. این کاربرد هلیوم توانسته بر اهمیت این گاز بی افزاید.
نظر داشمندان در مورد هلیوم
در سال 2012، دانشمندان هشدار دادند که ذخیره هلیوم روی زمین به میزان خطرناکی کم شده است و باید برخی از کاربردهای تجاری بیهوده آن مانند استفاده در بالن ها ممنوع شود. دانشمندان در سال 1986 پیشنهاد دادند که هلیوم بر روی ماه کاوش شود.
هلیوم چیست ؟
واژه ی هلیوم از از لغت یونانی (helios) به معنی خورشید گرفته شده است. هلیوم گازی بی مزه، بی رنگ و بی بو است که بعد از هیدروژن می توان آن را فراوان ترین عنصر جهان نامید. این گاز در عنصرهای شیمیایی جز خانواده گازهای نجیب دسته بندی می شود. 5 عضو دیگر این خانواده نئون، آرگون، کریپتون، زنون و رادون هستند. قابلیت های هلیوم توانسته این گاز را برای ما پر اهمیت کند. لازم به ذکر است که هلیوم در برخی موارد و صنایع هیچ جایگزینی ندارد. خاصیت های انحصاری این گاز که در گاز های دیگر مشاهده نمی شود وجود هلیوم را برای ما حیاتی سازد. هلیوم 24 درصد از حجم کلی جهان را تشکیل می دهد و دومین عنصر به وفور یافته شده در جهان است. این گاز نجیب توانسته است به عنوان دومین عنصر سبک در جهان شناخته شود. اما باید دانست که مقادیر زیاد این گاز در جهان به این معنی نیست که در زمین هم این گاز به وفور یافت خواهد شد .
مزیت استفاده از هلیوم نسبت به هیدروژن چیست ؟
اکنون می پردازیم به توضیحی مختصر درباره فرق گاز هلیوم با هیدروژن چیست؟ از آنجایی که میزان شناوری هیدروژن 7 درصد بیشتر از هلیوم است. درصد ریسک در معرض آتش قرار گرفتن آن بیشتر از هلیوم می باشد. در نتیجه در برخی موارد هلیوم می تواند جایگزینی بهتر نسبت به هیدروژن باشد و این ویژگی هلیوم می تواند از نکات قابل توجه هلیوم هلیوم شمرده شود .
نقطه ی جوش و نقطه ی ذوب هلیوم چگونه است ؟
هلیوم جز عناصری ست که دارای پایین ترین نقطه ی جوش و همچنین پایین ترین نقطه ی ذوب است، نقطه ی جوش و نقطه ی ذوب گاز هلیوم در دمای صفر مطلق صورت می گیرد
خطر تنفس هلیوم
در زمان های قدیم شایعه ای وجود داشت که تنفس کردن هلیوم می تواند باعث کشته شدن سلول های مغز شود، خوشبختانه باید گفت که هلیوم تاثیری بر سلول های مغز نخواهد داشت ولی در نهایت تنفس هلیوم می تواند باعث مرگ شما شود، چراکه تنفس مقداری از این گاز ( هرچند مقدار کم) سبب می شود که اکسیژن لازم به بدن شما نرسد و این کمبود اکسیژن می تواند در نهایت سبب مرگ شما شود .
آیا هلیوم گازی انفجاری می باشد ؟
هلیوم یک گاز انفجاری نیست و قابل احتراق نمی باشد و نمی تواند سوزانده شود. باید دانست که هلیوم های مایع بسیار سرد می باشند و این سردی توانسته یک مزیت محسوب شود و کاربردهای فراوانی داشته باشد. گاز هلیوم یک گاز بی اثر است. تنها گازی که واکنش پذیری کمتری نسبت به هلیوم دارد گاز نئون است.
چرا بادکنک ها و بالن های هلیومی به سمت بالا حرکت می کنند ؟
دلیل حرکت بالن ها و بادکنک های هلیومی به سمت بالا این است که گاز هلیوم از هوا سبک تر می باشد. نیروی گرایشی زمین بر گاز های اطراف بالون ها و یا بادکنک ها که از لحاظ وزنی از هلیوم سنگین تر هستند بیشتر اثر می گذارد و آنها را به سمت پایین می کشند. این امر می تواند سبب شود که بادکنک ها و بالون های هلیومی به سمت بالا حرکت کنند و باعث شود افراد زیادی به تماشای این بالون ها و بادکنک ها نشینند و از تماشای آن لذت ببرند .
بزرگترین فراهم کننده های گاز هلیوم کدام اند ؟
در حال حاضر ایالت متحده ی امریکا بزرگترین فراهم کننده گاز هلیوم در سراسر دنیا شناخته شده است. در حدود 78 درصد از نیاز کل دنیا به هلیوم را توانسته است پوشش دهد. طبق آمار به دست آمده امریکا در حدود بیش از 2.5 میلیارد فوت مکعب از هلیوم را تولید می نماید و مابقی هلیوم از شمال افریقا، خاورمیانه و روسیه تامین می شود. ذخایر موجود در امریکا و شمال افریقا و خاورمیانه و همچنین روسیه تا به امروز جوابگوی نیاز بشر به هلیوم بوده است. اما سوال پیش می آید که آیا در آینده نیز این نیاز ها می توانند توسط این قدرت ها تامین شود ؟
هلیوم طبیعی بسیار کمی بر روی زمین وجود دارد. هلیوم به قدری سبک است که از زمان شکل گیری زمین به جو رفته است. هلیومی که ما امروزه از آن استفاده تجاری می کنیم با جدا کردن آن از منابع دیگر تولید می شود.هلیوم را می توان با مایع کردن از جو جدا کرد، اما این فرآیند گران تمام می شود. چنان که گفته شد منبع گاز هلیوم در تانزانیا اینک حاشیه امنی را در رابطه با این ماده مهم به وجود آورده است.
مصرف هلیوم در جهان
چارت مصرف هلیوم در جهان
اندازه مصرف هلیوم در جهان، کمترین میزان مصرف در جهان را آمرکای مرگزی دارد و بیشترین مصرف گاز هلیوم را آمریکای شمالی دارد.
هلیومی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد در واقع با جدا کردن آن از دیگر گازهای طبیعی از طریق تقطیر جزء به جزء تولید می شود.
هلیوم در واقع کمی سنگین تر از هیدروژن است اما این هلیوم است که برای ساخت اجسام «شناور» مورد استفاده قرار می گیرد دلیل اش این است که کار با آن از هیدروژن که قابلیت احتراق بسیار بالایی دارد ایمن تر است.
با توجه ویژگی های ایمن تر هلیوم، نیروی دریایی ایالات متحده در طول جنگ جهانی اول کشتی های با بالن های هلیوم را آزمایش کرد. این بالن ها باعث می شدند هواپیماهای دشمن مجبور به ارتفاع گرفتن شوند و دقت بمب های آنها کاهش می یافت.
در دهه 1920 ایالات متحده هلیم را ذخیره کرد و تا دهه 1990 که شروع به فروش آنها کرد، کنترل بزرگ ترین ذخیره هلیوم جهان در دست آمریکا بود.
هلیوم کاربرد های فراوانی دارد در ادامه به برخی از موارد استفاده ی هلیوم خواهیم پرداخت :
– از هلیوم مایع به عنوان یک ماده ی سرد کننده و خنک کننده در تحقیقات ابر رسانایی استفاده می شود .
– در فضا از هلیوم به عنوان یک خنک کننده برای ماهواره های فضایی استفاده می شود.
– برای تمیز کردن موتور های موشک ها نیز از این گاز استفاده می شود .
– از دیگر کاربرد های هلیوم می توان به سرد کردن اکسیژن توسط هلیوم برای قدرت دهی به فضاپیماهای آپولو اشاره کرد .
– این گاز می تواند به سرد کردن برخورد دهنده های هادرونی بزرگ کمک نماید .
– استفاده از هلیوم در ام آر آی .
– استفاده از هلوم در جوشکاری های بزرگ و کوچک
– و … .
فرار هلیوم از سطح زمین
مقدار کمی از هلیوم در زمین حاصل می شود، این گاز آنقدر سبک است که نیروی جاذبه ی زمین نمی تواند آن را در سطح زمین حفظ نماید این گاز در نهایت از سطح زمین فرار می کند. هلیوم نسبت به تمامی عناصر دیگر از شعاع اتمی کوچکتری برخوردار است (در حدود 0.2 نانومتر) که این کوچکی شعاع می تواند دلیلی بر عبور این عنصر از سطح های موجود در زمین باشد که در نهایت منجر به فرار این گاز از سطح زمین می شود و انسان ها نمی توانند از آن بهره برند .
هشدار آخر در خصوص استنشاق گاز هلیوم
در آخر باید تذکر داد استنشاق این گاز که امروزه در جشن های تولد و مهمانی ها بسیار مشاهده می شود می تواند در نهایت آسیب های جدی به سلامت افراد زند و حتی در مواردی موجب مرگ افراد شود. چرا که تراکم این گاز نسبت به هوای معمولی کمتر است و به هنگام وارد شدن گاز هلیوم به بدن اکسیژن کمتری وارد بدن می شود. این امر می تواند بسیار خطرناک باشد.در نتیجه لازم است به افرادی که نسبت به عمل تغییر صدا بر اثر ورود این گاز به بدن علاقه مند هستند و این کار را به صورت مداوم در جشن ها و مهمانی ها تکرار می کنند هشدار دهیم که این عمل می تواند برای آنها عواقب جبران پذیری داشته باشد .
