هلیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان He و عدد اتمی 2 وجود دارد. هلیم که گاز بی اثر بی رنگ و بی بویی است دارای پایین ترین نقطه جوش در میان عناصر است و تنها تحت فشار بسیار زیاد به حالت جامد در می آید. ...
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

هلیم(1)

هلیم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان He و عدد اتمی 2 وجود دارد. هلیم که گاز بی اثر، بی رنگ و بی بویی است دارای پایین ترین نقطه جوش در میان عناصر می باشد و تنها تحت فشار بسیار زیاد به حالت جامد در می آید.

 

این عنصر بصورت گاز تک اتمی یافت می شود، برای اهداف خاصی از نظر شیمیایی خنثی می باشد و بعد از هیدروژن، فراوان ترین عنصر در جهان به حساب می آ ید. هلیم در جو زمین به میزان بسیارکم براثر فرسایش مواد معدنی خاصی یافت شده و در بعضی از آب های معدنی هم وجود دارد. هلیم در گازهای طبیعی خاصی بصورت مقادیر قابل تهیه تجاری وجود دارد و از آن به عنوان گاز بالابرنده در بالون ها، مایع سرد کننده سرمازا در آهنرباهای ابر رسانا و گاز وزن افزا در غواصی در آب های عمیق استفاده می گردد.

 

خصوصیات قابل توجه

هلیم در دما و فشار طبیعی بصورت گازی تک اتمی وجود دارد و فقط در شرایط بسیار غیر عادی متراکم می شود. هلیم دارای پایین ترین نقطه ذوب در میان عناصر است و تنها مایعی است که با کاهش دما به جامد تبدیل نمی شود و در فشار استاندارد تا دمای صفر مطلق به حالت مایع باقی می ماند( تنها با افزایش فشار می توان آن را به جامد تبدیل نمود).

 

در واقع دمای سرگشتی ٓ که بالاتر از آن بین حالات مایع و گاز هیچ تفاوتی وجود ندارد تنها k19/5  است. He-4 و He-3 جامد از این نظر که یک محقق می تواند با استفاده از فشار حجم آنها را بیش از 30% تغییر دهد منحصر به فرد هستند. ظرفیت گرمایی ویژه گاز هلیم بسیار زیاد است و بخار آن بسیار متراکم می باشد بطوریکه در صورت گرم شدن در دمای اطاق سریعاً منبسط می گردد.

 

هلیم جامد فقط در فشار بالا ٓ تقریباً 100 مگاپاسکال در K15- و تقریباً در این حرارت است که هلیم بین دمای پایین و بالا یک جابجایی انجام می دهد که در آن ، اتم ها دارای آرایش های به ترتیب مکعبی و شش ضلعی می شوند. در یک لحظه از این دما و فشار حالت سومی بوجود می آید که در آن، اتم ها آرایشی مکعبی به خود می گیرند در حالی که جرم آن در مرکز قرار دارد. تمامی این حالات از نظر انرژی و چگالی مشابه هستند و دلایل این تغییرات به جزئیات چگونگی شکل گیری اتم ها بر می گردد.

 

کاربردها

هلیم بیشتر به عنوان گازی بالابرنده در بالون ها استفاده می شود که از آن ها به ترتیب برای تبلیغات، تحقیقات جوی، شناسائی های نظامی و به عنوان یک چیز بدیع استفاده می شود. به علاوه هلیم دارای قدرت بالابرندگی 64/92% هیدروژن است اما بر خلاف آن قابل اشتعال نبوده ,بنابراین ایمن تر از هیدروژن به حساب می آید.

 

سایر کاربردهای آن

هلیم اکسیژن برای تنفس در محیط های پرفشار مثل لباس غواصی یا زیردریائی ها بکار می رود چون هلیم ساکن است و کمتر از نیتروژن، در خون قابل حل می باشد و 5/2 مرتبه سریعتر از نیتروژن منتشر می شود. این مسئله موجب کاهش مدت زمان لازم برای ازبین بردن گاز در هنگام فشار زدایی می شود،خطر خواب نیتروژنی را از بین می برد و احتمال تمرکز آن مثل حباب های متصل وجود ندارد.

 

  • دارای پایین ترین نقطه ذوب و جوش در میان عناصر است که این خصوصیت، مایع هلیم را به خنک کننده ای ایده آل برای مقاصدی که دمای بسیار پایین نیاز دارند تبدیل می کند؛ از جمله آهنرباهای ابر رسانا و تحقیقات سرما شناسی که در آن ها دمای نزدیک به صفر مطلق نیاز است.
  • همچنین هلیم به عنوان یک خنثی و حامل بعنوان مثال درگاز رنگ کاری مورد استفاده قرار می گیرد.
  • همجوشی هیدروژن به هلیم انرژی لازم برای بمب های اتمی را تامین می کند.
  • از هیدروژن همچنین برای موشک های با سوخت مایع فشرده، بعنوان حفاظ گاز در جوشکاری برقی، به عنوان گازی محافظ برای تولید بلورهای سیلیکن و ژرمانیم، بعنوان عامل خنک کننده برای رآکتورهای اتمی و برای تونل های بادی فراصوتی استفاده می شود.
هلیم

همزمان با پیشرفت تکنولوژی (MRI (magnetic resonance imaging در مصارف پزشکی، استفاده از هلیم مایع در MRI رو به افزایش است.

 

تاریخچه

هلیم ( از واژه یونانی helios به معنی خورشید) در سال 1868 توسط Pierre Janssen فرانسوی و Norman Lockyer انگلیسی که مستقل از هم فعالیت می کردند کشف شد.هر دوی آن ها هنگام یک خورشید گرفتگی درهمان سال، مشغول مطالعه بر روی نور خورشید بودند و به طور طیف نمایی متوجه خط انتشار عنصر ناشناخته ای شدند.

 

Eduard Frankland ضمن تایید یافته های Janssen ، نام این عنصر را با توجه به نام خدای خورشید در یونان، Helios پیشنهاد کرد وچون انتظار می رفت این عنصر جدید فلز باشد پسوند ium ٓ را به آن افزود. William Ramsay سال 1895 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 به طور مستقل از Ramsay کار می کردند تقریبا" در همان زمان موفق به جداسازی هلیم از Clevite شدند.


سال 1907 Thomas Royds و Thomas Royds موفق به اثبات این واقعیت شدند که ذرات آلفا ،هسته های اتم هلیم می باشند. Heike Kamerlingh Onnes فیزیکدان آلمانی درسال 1908اولین مایع هلیم را به وسیله سرد کردن این گاز تاk 9/0 و به سبب این کار بزرگ جایزه نوبل را به او اهداء کردند. سال 1926 یکی از شاگردان او به نام Willem Hendrik Keesom برای اولین بار هلیم را بصورت جامد تبدیل نمود.

 

ادامه دارد...


مرکز یادگیری سایت تبیان - تنظیم: مریم فروزان کیا