عنصر هلیم چیست ؟ درباره عنصر هلیوم و کاربردش چه می دانید ؟

عنصر هلیم ، از عناصر شیمیایی موجود در جدول تناوبی یا مندلیف بوده، نشانه شیمیایی عنصر هلیم He و عدد اتمی آن برابر با ۲ می باشد. عنصر هلیم در دسته گازهای نجیب یا بی‌اثر قرار گرفته است و واکنش پذیری پایینی دارد. عنصر هلیم ، فراوان ترین عنصر در جهان بعد از هیدروژن بشمار می آید. دمای ذوب و جوش عنصر هلیوم در میان دیگر عناصر بسیار پایین است و به همین دلیل، بیشتر به شکل گاز وجود دارد. نام عنصر هلیم از کلمه یونانی هلیوس (ایزد خورشید) گرفته شده است. کاربرد عنصر هلیم در موارد مختلفی از جمله کاربرد های صنعتی، کاربرد های تفریحی، کاربردهای تحقیقاتی و… می باشد. اگر مایل هستید تا درباره عنصر هلیم بیشتر بدانید در ادامه این مقاله با بررسی این عنصر با ما همراه باشید.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر های شیمیایی دیگری نیز پرداخته است. عناصری مانند : عنصر هیدروژن،  و… . با ما در ادامه همراه باشید.

خواص عنصر هلیم یا هلیوم چیست ؟

عنصر هلیم با دارا بودن نشان شیمیایی He و عدد اتمی ۲ و وزن اتمی ۴٫۰۰۲۶۰۲ یکی از گازهای نجیب جدول تناوبی بشمار می آید. این عنصر بدون : بو، رنگ و مزه است. از نظر سمیت نیز عنصری غیرسمی بشمار می آید. این ماده از نظر شیمیایی بی اثر و تک اتمی است. به دلیل پایین بودن دمای ذوب و دمای جوش این ماده نسبت به سایر عناصر، در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به صورت گازی شکل است مگر اینکه در شرایط بسیار ویژه‌ قرار گیرد.

دومین عنصر سبک جهان، عنصر هلیوم است و فراوانی دوم در جهان را داراست. در مقایسه با گاز های تک اتمی، گاز هلیوم از همه کمتر در آب حل می شود و به نسبت سایر گازها یکی از کم حل شدنی ترین گازها بشمار می آید. بیشتر هلیم موجود در جهان، هلیم ۴ است که احتمالاً در جریان انفجار بزرگ پدید آمده است. امروزه گونه های جدیدی از عنصر هلیم با کمک واکنش‌ های همجوشی هسته ‌ای در ستاره‌ ها پدید آمده اند.

توجه

همان طور که گفته شد، عنصر هلیوم در بین عناصر دیگر، دارای پایین‌ ترین نقطه ذوب یعنی نزدیک به صفر مطلق بوده و تنها مایعی است که با کاهش دما، جامد نمی شود. درواقع این ماده در فشار استاندارد تا دمای صفر مطلق به حالت مایع باقی می‌ماند و تنها با افزایش فشار آن را می توان به جامد تبدیل کرد.

هلیوم کم واکنش ترین گاز نجیب بعد از نئون و دومین عنصر کم واکنش پذیر در میان همه عناصر است. این ماده در همه شرایط استاندارد به صورت تک ‌اتمی باقی خواهد ‌ماند. این ماده دارای رسانش گرمایی و ظرفیت گرمایی بالایی است.  سرعت صدا در حالت گازی این ماده، از هر گاز دیگری به جز هیدروژن، بالاتر است. به همان دلایل ذکر شده و دلیل کوچکی اندازه اتم هلیوم، نرخ پخش آن در اجسام جامد، سه برابر بیشتر از نرخ پخش هواست. نرخ پخش آن برابر با ۶۵٪ نرخ پخش هیدروژن است.

نسبت به دیگر گاز های تک اتمی، این ماده، از همه کمتر در آب حل شده و می توان گفت یکی از کم حل شدنی ترین گازها است.

ویژگی های مهم عنصر هلیم چیست ؟

• بدون رنگ بودن
• بدون بو بودن
• بدون مزه بودن
• کاملاً غیر سمی
• تأثیر گذاری کم در طبیعت
• گازی شکل بودن در اکثر شرایط محیطی
• جز سبک ترین عناصر بودن
• جز عناصری است که در جهان بیشترین هستند.
• الکترونگاتیویته بسیار پایین
• قرار داشتن در صدر گروه ۱۸ جدول مندلیف
• قرار داشتن در دوره (تناوب) ۱ جدول تناوبی
• داشتن آرایش الکترونی ۱s2

پیشینه عنصر هلیم را می دانید ؟ 

هنگامی که دانشمندی به نام پیر یانسن در سال ۱۸۶۸ درحال بررسی نمودن طیف خورشید بود، خط زرد رنگی که مربوط به عنصری جدید بود را مشاهده کرد، اما این دانشمند ماهیت این خط را کشف نکرد. پس از مدتی دانشمندانی دیگر، عنصر جدیدی را معرفی کردند که هنگام مطالعه طیف خورشید کشف کرده بودند. نام این عنصر از روی نام یونانی خورشید، هلیوم نامیده شد. اثبات وجود عنصر هلیم در زمین سال ها به طول کشید و درنهایت در سال ۱۸۹۵ توسط شیمیدانانی سوئدی با نام های تئودور کلو و نیلز آبراهام لانگر اثبات گردید.

در سال ۱۹۰۳ هنگامی که در منطقه ای گاز طبیعی کشف شد برای نشان دادن گاز طبیعی به مردم منطقه، دهانه چاه را مشتعل کردند اما در کمال تعجب دهانه چاه مشتعل نشد. دانشمندی به نام هاورث این پدیده شگفت انگیز را با انجام نمونه گیری و آزمایش گاز استخراجی دهانه چاه توضیح و به هلیوم نسبت داد. او دلیل عدم اشتعال دهانه چاه را نیز، بی اثر بودن و عدم اشتعال پذیری عنصر هلیم بیان نمود.

عنصر هلیم چند اتمی است ؟

درواقع عنصر هلیوم در طبیعت به شکل تک اتمی وجود دارد. منطور از تک اتمی بودن این است که اتم هلیوم با اتم های دیگر آن وارد واکنش نخواهد شد. هلیوم اولین عنصر از گروه گاز های نجیب است. عناصر این گروه یعنی هلیوم، نئون، آرگون و… با عناصر دیگر واکنش نمی دهند. می توان این‌طور بیان کرد که واکنش ناپذیری هلیوم به این دلیل است که لایه های الکترونی آن پر شده و دیگر قادر به اشتراک گذاری الکترون و تشکیل پیوند با اتمی دیگر نیست.

ایزوتوپ عنصر هلیم را می شناسید؟

ایزوتوپ های عنصر هلیوم می توانند مختلف باشد. البته لازم به ذکر است که بیشتر ایزوتوپ های آن در کسری از ثانیه تجزیه خواهند شد. ایزوتوپ های کشف شده از این ماده، از لحاظ تعداد نوترون ها با هم تفاوت دارند. تنها دو ایزوتوپ عنصر هلیم با نام های هلیوم ۳ (با داشتن یک نوترون) و هلیوم ۴ (با داشتن دو نوترون) پایدارند. فراوانی و پایداری ایزوتوپ عنصر هلیوم ۴ بیشتر از ایزوتوپ ۳ است.

برای جداسازی این دو ایزوتوپ عنصر هلیوم دمای مخلوط آن ها را بسیار پایین می آورند و سپس دو ایزوتوپ را از هم جدا می کنند. ایزوتوپ عنصر هلیم ۴ از واپاشی آلفا عناصر پرتو زای سنگین تر تشکیل می شود. اما ایزوتوپ هلیوم ۳ در زمان تشکیل زمین و از طریق غبارات کهکشانی به زمین آمده و مقدار این ایزوتوپ هم کم است. جالب است بدانید که ایزوتوپ عنصر هلیم پرتوزا نیست و بنابراین می توان از آن ها در خنک سازی راکتور های هسته ای استفاده نمود.

کاربرد عنصر هلیم را می شناسید ؟

از کاربرد عنصر هلیم می توان به تمیز کردن مخازن سوخت اشاره نمود. هلیوم ماده خوب و ایمنی برای تمیز کردن مخازن سوخت به شمار می آید زیرا عنصری بی‌تأثیر و غیر مشتعل است.

یافتن نشتی در مخازن و دستگاه های مختلف از دیگر کاربرد عنصر هلیوم بشمار می آید.

از گاز هلیوم استفاده می کنند تا فضای خالی مخزن سوخت را پر کنند.

از عنصر هلیم برای پر کردن فضای خالی مخزن سوخت استفاده می شود. در مخازن سوخت فضاپیمایی، فضای خالی موجب می شود تا سوخت نتواند به خوبی مصرف شود. این پدیده ممکن است موجب اختلالاتی در کارکرد فضاپیما گردد.

می توان از هلیوم در دستگاه های مربوط به روشنایی مانند : چراغ خودرو ها یا تابلو های تبلیغاتی نیز استفاده نمود. این استفاده از عنصر هلیوم به دلیل خاصیت نشر و جذب امواج الکترومغنایس است.

خاصیت خنک کنندگی هلیوم بسیار مورد توجه قرار دارد. نیروگاه های هسته ای به دلیل ایجاد دمای بسیار بالا در هنگام کار، خنک کننده ای مؤثر نیاز دارند. هلیوم می تواند برای این منظور مفید باشد.

برای بالا بردن کیفیت جوش و ممانعت از انفجار در صنایع جوشکاری نیز می توان از هلیوم به دلیل بی اثر بودن، استفاده نمود. در این مورد قیمت عنصر هلیوم، استفاده از آن را محدود نموده است.

نکته

دستگاه های MRI نیز از قطعات ابررسانا ساخته شده اند، بنابراین برای عملکرد صحیح نیاز به خنک کننده ها دارند، می توان از گاز هلیوم برای خنک سازی آن ها استفاده نمود.

برای غواصی در عمق های زیاد، به گاز اکسیژن مقدار مشخصی گاز هلیوم اضافه می کنند تا هم تنفس راحت تر شود و هم اثرات مخرب نیتروژن بر بدن کاهش یابد. دلیل این کار این است که گاز هلیوم در بافت عصبی حل نمی شود و چگالی آن نیز پایین است.

شاید بادکنک های هلیمی موجود در مجالس و مکان های تفریحی برایتان هیجان انگیز باشد. از این ماده به دلیل سبک تر بودن نسبت به سایر گازهای موجود در هوا برای پرکردن بالن ها جهت مصارف گردشی، نظامی، علمی و… ، پر کردن بادکنک های تزیینی در مهمانی ها و مجالس استفاده می شود. قدرت بالابرندگی گاز هلیوم نسبت به هیدروژن کمتر است، اما نکته ای که آن را برای مصرف ارجح می کند، قابلیت عدم اشتعال است که آنرا به عنصری منحصر به فرد مبدل می سازد.

کاربرد و استفاده عنصر هلیم در پزشکی چیست ؟

• تنفس گاز هلیم به دلیل ویژگی کم بودن چگالی آن، تعداد تنفس در شخص را کاهش می دهد. این پدیده در بعضی از بیماران تنفسی مفید بوده و اثر درمانی دارد.
• محافظت های عضوی از دیگر کاربرد عنصر هلیم در پزشکی بشمار می آید.

درباره عنصر هلیم و عدد اتمی و الکترون های آن چه می دانید ؟

هر اتم در جهان هستی، الکترون هایی دارد که حول هسته اتم در حال چرخش هستند. الکترون ها تمایل دارند تا در لایه ها و اوربیتال های جدا قرار بگیرند. قرار گیری الکترون ها در اوربیتال ها شبیه به سیارات منظومه شمسی است که در مدار های مختلفی حول خورشید می چرخند.

لایه اول فقط دو الکترون را در خود جای می دهد. لایه دوم ظرفیت ۸ الکترون و برای اتم های دارای ۱۸ الکترون لایه سوم نیز گنجایش الکترون را دارد. لایه سوم برای اتم هایی که بیشتر از ۱۸ الکترون دارند، تعداد الکترون بیشتری را جای خواهد داد. هنگامی که ظرفیت هر لایه پر می شود الکترون های بیشتر به لایه های بعدی رفته و در آنجا قرار می گیرند.

عدد اتمی عنصر هلیم تعداد الکترون های موجود را مشخص می کند. بنابراین اتم هلیم دارای ۲ الکترون است که این دو الکترون در لایه اول قرار گرفته و آن را پر کرده اند.

ذخایر عنصر هلیوم در جهان را می شناسید ؟

با وجود اینکه هلیوم دومین گاز فراوان در جهان است اما روی زمین کمیاب است. این نکته قابل توجه است که  قیمت هلیوم در ۱۵ سال اخیر ۵۰۰ درصد افزایش داشته است. این افزایش قیمت هم می تواند به دلیل کمیاب بودن آن و هم به دلیل کشف کاربردهای صنعتی این ماده با ارزش باشد.

در ژوئن ۲۰۱۶  در صحرای موسوم به (ولی تانزانیا) در شرق آفریقا، مقادیر بزرگی از عنصر هلیوم کشف شد. میزان ذخیره این میدان ۵۴ میلیارد متر مکعب برآورد شده است. این ذخایر می‌تواند نیاز چندین سال بشر را تأمین نماید. انتشار گاز هلیوم در صخره‌های کهن موجب فعالیت های آتشفشانی در منطقه (ریفت ولی) می‌شود و نهایتاً در میدان ‌های کم‌ عمق‌ تر، گاز به تله می‌افتد.

ایمنی و هشدار در کاربرد عنصر هلیوم چیست ؟

درست است که هلیوم گازی بی اثر است، ولی در صورت تنفس طولانی مدت و یا نشت آن در محیط بسته، به سرعت می تواند جایگزین اکسیژن در خون شده و منجر به خفگی شود.

اگر هلیومی که در کپسول فشرده شده است توسط فردی تنفس شود، می تواند منجر به پارگی ناگهانی شش ها و فشارزدگی گوش میانی به دلیل شدت جریان بالا، شود. لازم به ذکر است که تعداد کشته شدگان در اثر پارگی شش ها بسیار کم است.

از تماس مستقیم پوست با هلیوم مایع باید جدا خودداری گردد، زیرا سبب سوختن پوست می گردد. سوختگی به این دلیل رخ می دهد که سرمای فوق العاده بالایی در اثر تغییر فاز هلیوم و تبدیلش به گاز بوجود می آید.

سخن آخر

تمام عناصر کشف شده در جهان هستی، می توانند برای زندگی بشر مفید واقع شوند. در واقع این بشر است که باید راه های درست استفاده از منابع گسترده انرژی در جهان را یاد گرفته و آن ها را در جهت پیشرفت جهان استفاده نماید. امروزه با پیشرفت علم ، صنعت و تکنولوژی و پیدایش فناوری های نوین، صنایع نیز دگرگون شده اند و آدمی می تواند به پیدایش آینده ای روشن امیدوار باشد. استفاده از عنصر هلیم در صنعت و پزشکی و کاربرد های تحقیقاتی و… یکی از دستاورد های مهم دانشمندان در جهت رشد علم و تکنولوژی بوده است. البته استفاده از این عناصر ارزشمند روز به روز بیشتر و پیشرفته تر خواهد شد.