عنصر شیمیایی هلیوم به عنوان گاز نجیب و غیر فلزی طبقه بندی شده است. در سال 1895 توسط ویلیام رامزی کشف شد.
حقایقی جالب از عنصر هلیم
قبل از پرداختن به تاریخچه و خصوصیات عنصر هلیم به حقایق جالب در مورد هلیم اشاره خواهیم کرد .
1. هلیوم اولین عنصر که بر روی زمین کشف شد نبود داده های طیف سنجی خورشید اولین بار وجود این عنصر را نشان داد.
ناسا: اتمهای هلیوم یونیزه شده در حدود 60،000 درجه سانتیگراد در کروموسفر خورشید، نور ماوراء بنفش را که در این تصویر دیده می شود، منتشر می کند.
2. از کل توده عنصری جهان شناخته شده یا قابل رویت، هلیوم 23٪ است. با این حال، در مقایسه با حضور آن در کل جهان، فراوانی آن بر روی زمین بسیار نادر است
3. هلیوم یک گاز بی اثر است. این غیر سمی، کاملا بی بو، بی مزه است و رنگی ندارد.
4. هلیم متعلق به خانواده گازهای نجیب است. 7 گاز نجیب (Oganesson، Radon، Xenon، Krypton، Argon، Neon، Helium) وجود دارد که هلیم کمترین تراکم دارد و از تمام گازهای نجیب سبکتر است.
5. هنگامی که به واکنش گازهای نجیب می پردازیم نئون حداقل واکنش پذیر است در حالیکه هلیم دومین نقطه را به عنوان گاز واکنش پذیر می گیرد.
6. از تمام عناصر موجود در این جهان، هلیم دارای کمترین نقطه جوش و کمترین نقطه ذوب است.
7. برای تبدیل هلیم به حالت مایع یا حالت جامد، نیاز به اعمال دمای بسیار پایین و فشار بسیار بالایی است.
8. هنگامی که انتشارات رادیواکتیو از طریق تجزیه آلفا (α-پوسیدگی) اتفاق می افتد، انتشار گازها اساسا هسته هلیوم است.
9. گاز هلیوم وقتی که یونیزه می شود، تابش مایل به قرمز را می هد. این طیف طلای زرد هلیوم بود که منجر به کشف آن شد.
10. در صورتی که کسی هلیم را به طور تصادفی استنشاق کند، صدای او افزایش می یابد.
11. در دمای معمولی، زمانی که درجه حرارت به صفر مطلق کاهش یابد، هلیوم در حالت مایع باقی می ماند. این تنها عنصر شناخته شده برای انجام این کار است.
12. هلیم کمترین حجم و سبک ترین عناصر شناخته شده است. به همین دلیل است که وقتی یک بالن با هلیم پر می شود، آن را شناور می کند.
13. غواصان دریای عمیق (کسانی که به 122 متر یا 400 فوت می پیوندند) از Heliox استفاده می کنند - یک مخلوط تنفسی که در آن نیتروژن هوا توسط هلیوم جایگزین می شود. دلیل این امر این است که در 100 فوت (30 متر) یا کمتر از آن، نیتروژن می تواند به سرعت در داخل بافت های بدن ایجاد شود، باعث نارسایی نیتروژن و یا بیماری دچار مرگ و میر ناگهانی شود.
14. نام هلیوم از Helios می آید - خدای خورشید یونانی. دلیل این نامگذاری وجود دارد. این عنصر در هنگام مطالعه داده های طیف سنجی خورشید (خطوط جذب گاز) کشف شد.
15. خورشید ما 45٪ جرم آن از هلیوم تشکیل شده است. در واقع، اتم های هیدروژن و هلیم در خورشید به دلیل دمای شدید، با هم ترکیب می شوند.
16. نه تنها این که هیدروژن در هلیوم تلفیق شده است، حتی اتم های هلیوم با هم ترکیب شده اند تا سیلیکن، اکسیژن و کربن را تشکیل دهند - که عناصر سنگین تر نسبت به هلیوم است.
17. ایزوتوپ 3He در زمین یافت نشده این ایزوتوپ تنها یک نوترون و دو پروتون دارد. این ایزوتوپ برای استفاده به عنوان سوخت تولید فیوژن سوخت ایده آل است. جالب توجه است که مقدار زیادی از این ایزوتوپ در ماه دیده می شود. دلیل اینکه 3He در ماه یافت می شود این است که باد های خورشیدی به چند میلیارد سال به سطح بارش ماه رسیده است.
18. هلیم در دماهای بالا می تواند شما را به جهنم برساندمی تواند (سوپر فلوئیدsuperfluid) سوپر مایع شود و کارهایی را انجام می دهد که هیچ مایع دیگری نمی تواند انجام دهد. هنگامی که درجه حرارت هلیم چند درجه پایین تر از نقطه جوش خود (که -452.070 درجه فارنهایت) (پایین تر از 456 درجه فارنهایت، که کمی بالاتر از صفر کلوین است)، افت می کند.
19. در حالت فوق العاده ای، هلیوم دارای اصطکاک صفر است و تراکم آن 1/8 درصد از آب است. این می تواند از طریق ترک هایی که مانند قطر یک مولکول نازک است جریان یابد. این هلیم سوپرفلوئید همچنین می تواند از دیواره های یک ظروف صعود کند و همچنین می تواند کاملا بی حرکت باقی بماند، در صورتی که ظرفی که نگهداری می شود، حرکت کند
20. در دماهای پایین، هلیوم به راحتی می تواند تبدیل به مایع شود. این ویژگی اجازه می دهد هلیوم در الکترومغناطیسی قدرتمند ابررسانایی به عنوان خنک کننده استفاده شود. در ژنو سوئیس، برخورد دهنده هادرونی بزرگ Collider دارای چنین الکترومغناطیسی است و هلیوم مایع به عنوان خنک کننده استفاده می شود
(برخورد دهنده هاردونی بزرگ شتابدهنده ذره ای واقع در ژنو سویئس است)
21-. اسکنرهای MRI در بیمارستان ها دارای کویل های مغناطیسی هستند که مانند حلقه ها شکل می گیرند. این کویل های مغناطیسی با استفاده از هلیوم مایع به دمای -263 ° C یا -441ºF خنک می شوند. هنگامی که کویل ها خنک می شوند، اسکنرهای MRI میدان های مغناطیسی شدید را برای مدت کوتاهی تولید می کنند.
22. میدان مغناطیسی شدید اسکنر MRI، اتمها را در داخل بدن انسان ایجاد می کند تا در اثرمغناطیسی خود رونمایی شوند. این رزونانس توسط اسکنر شناسایی می شود و تصاویر دقیق از بافت ها و اندام های داخلی ایجاد می شود. این است که چگونه اسکن MRI کار می کنند.
23. در واقع 9 ایزوتوپ هلیوم وجود دارد. 3He و 4He تنها پایدار هستند. ایزوتوپ های دیگر 2HE، 5He، 6He، 7He، 8He، 9He و 10He هستند.
24-ایزوتوپهای ناپایدار هلیوم عمر بسیار کوتاه دارند. طولانی ترین عمر ایزوتوپ های بی ثبات باقیمانده از 6 است. عمر آن 806.7 میلی ثانیه است.
25. فضای زمین ما تنها٪ 0.0005 از حجم آن به عنوان هلیوم است.
26. اگرچه هیدروژن از هلیوم سبک تر است، هلیوم برای ساختن چیزهایی شناور (به عنوان مثال، بالون) استفاده می شود. دلیل این امر این است که هیدروژن سوخت بالا و از این رو خطرناک است.
27. هلیوم به طور طبیعی در زمین ما بسیار نادر است. دلیل آن ساده است. بسیار سبک است که از فضای ما فرار می کند. هلیوم که از امروز استفاده می کنیم معمولا از منابع مختلف دیگر جدا شده است. اساسا، هلیوم همراه با گاز طبیعی یافت می شود و فرآیند تقطیر برای جداسازی هلیوم استفاده می شود.
28. با استفاده از یک فرآیند به نام مایع سازی، هلیوم می تواند از اتمسفر جدا شود، اما این فرایند برای استفاده بسیار گران است.
29. هلیوم بیش از حد سبک است و می تواند از جو سیاره ما فرار کند.حال آنکه چگونه در فضای ما وجود دارد؟ این به خاطر آن است که به طور مداوم پر می شود دو منبع وجود دارد: (1) پرتوهای کیهانی که حاوی هسته های انرژی بالا هستند (حدود 9 درصد از اشعه های کیهانی از هلیوم ساخته شده است) و (2) انحلال رادیواکتیو عناصر موجود در زمین.
30. دو عنصر اورانیوم و توریم (هر دو رادیواکتیو) در پوسته زمین وجود دارد. از طریق α-پوسیدگی، این عناصر هلیم را آزاد می کنند. سیلندر های هلیوم که در بازار فروخته می شوند حاوی هلیوم است که توسط تخریب رادیواکتیو منتشر می شود.
هلیوم روی زمین از تجزیه هسته ای از عناصر رادیواکتیو مانند اورانیوم می آید. در اینجا هسته رادیو اکتیو یک هسته هلیوم را منتشر می کند (همچنین به عنوان ذره ای آلفا شناخته می شود). تصویر: Inductiveload.
31-هلیوم به عنوان یک سپر گاز در مجاورت جوشکاری قوس استفاده می شود، به عنوان مثال، هر واکنشی از جوشکاری فلزات گرما با اکسیژن استفاده می شود. گاز در صنعت نیمه هادی استفاده می شود تا فضای بی هوازی را برای رشد کریستال های سیلیکون و ژرمانیوم ایجاد کند. همچنین به عنوان یک گاز با درجه حرارت بالا در تولید تیتانیوم و زیرکونیم ( عنصر چهلم جدول تناوبی )و به عنوان گاز حامل در کروماتوگرافی گاز استفاده می شود.
32-هلیوم در سه دقیقه اول جهان وجود دارد، زمانی که درجه حرارت در همه جا به اندازه کافی بالا بود تا همجوشی هسته ای رخ دهد. این فاز کوتاه، انرژی بالا در پایین نمودار نشان داده شده است. هلیوم همچنین توسط همجوشی هسته ای هیدروژن در ستاره هایی مانند ما ساخته شده است. تصویر: گنیسون
کشف هلیوم
دکتر داگ استوارت
داستان کشف هلیوم با کشف ماهیت ستارگان درهم آمیخته است.
در یک زمان، ما هرگز نمی دانستیم ستاره ها چگونه ساخته شده اند. اوگوست کمته Comte فیلسوف فرانسوی در سال 1835 اعلام کرد: "ما به هیچ وجه نمی توانیم ترکیب شیمیایی آنها را بررسی کنیم.
علیرغم بدبینی کمیتهComte ، روش کشف هلیوم و ترکیب ستارگان پیدا شده است. در سال 1814 فیزیکدان آلمانی Joseph Fraunhofer روش ایساک نیوتن را برای تجزیه نور خورشید با استفاده از منشور یافته بود و پیشرفت مهمی را انجام داده بود. Fraunhofer خطوط تاریک در رنگین کمان از رنگ های از نور خورشید تقسیم شده توسط منشور متوجه شده بود؛ خطوطی که او دیدند اولین مشاهدات طیف ستاره بودند.
در سال 1859/60، دانشمندان آلمانی Gustav Kirchhoff و رابرت بونسن در زمینه علم اسپکتروسکوپی پیشرفت های فراوانی داشتند، از جمله کشف این که خطوط تاریک Fraunhofer مانند یک اثر انگشت ماده بودند.
صحنه برای کیرشوف و بونسن برای کشف عناصر جدید با مطالعه نور از مواد در هنگام سوختن تعیین شد.
در سال 1860 آنها سزیم را با خطوط طیف آبی کشف کردند و در 1861 از دو خط طیف قرمز روبیدیوم یافت شد. سپس ویلیام کروک در سال 1861 پس از مشاهده خط طیفی سبز روشن، تالیم را کشف کرد.
Kirchhoffو بونسن به طیف خورشید نگاه کردند و توانستند نتیجه بگیرند که آهن در فضای روشن آن حضور داشت.
برای کشف هلیوم، چند سال دیگر مورد نیاز بود. در ماه اوت سال 1868، نخستین برخورد کامل از کارهای Kirchhoff و بونسن منتشر شد.
ستاره شناس فرانسه، پیر جانسن، منتظر یک گرفتگی بود تا تاج خورشیدرا با استفاده از طیف سنجی مشاهده کند. در دو هفته پس از گرفتگی Janssen یک روش برای ضبط طیف های برجسته ها بدون نیاز به یک گرفتگی ایجاد کرد. در این طیف ها، او یک خط زرد را مشاهده کرد.
خطوط در طیف سدیم در موقعیت مشابه، اما نه یکسان بود . این خطوط D1 و D2 نامیده می شود. دانشمند انگلیسی Norman Lockyer خط زرد جدید را بررسی کرد؛ بعد از آن خط D3 نامیده می شود. او مطالعه خود را از خط منتشر کرد،او عنوان کرد که ممکن است از یک عنصر جدید ناشی شود:
"... پس ما می دانستیم که ما با هیدروژن برخورد نمی کنیم؛
نام هلیوم از کلمه یونانی خورشید، هلیوس آمده است.
Lockyer و ادوارد فرانکلند، همکارش، چند ایده دیگر درباره علل احتمالی خط زرد داشتند و بنابراین عنصر جدید را اعلام نکرده بودند.
تا سال 1871، دانشمندان دیگر که آگاه از وضعیت بودند. لرد کلوین "بازتاب نور هیدروژن درخشان و" هلیوم "در اطراف خورشید را مورد بحث قرار داد."
"فرانکلند و لکیکر برجسته های زرد را برای رسیدن به یک خط روشن بسیار نزدیک به دور از D پیدا کردند، اما تا کنون با هیچ شعله ی زمینی شناسایی نشده است. به نظر می رسد یک ماده جدید را نشان می دهد
اما وجود هلیم هرگز توسط همه پذیرفته نشد.
تمام شک و تردید ها حل شد زمانی که ویلیام رامسی، شیمیدان اسکاتلندی، هلیم را در سال 1895 در لندن جدا کرد. رامزی در سال 1894 آن را آشکار کرد. آرگون اولین گازهای نجیب بود که کشف شد. در سال 1895 وی ویلیام هیلبراند مقاله ای را درباره ی یک گاز نشان داد زمانی که اسید به اورانیوم معدنی اضافه شد هیلبراند معتقد بود که گاز نیتروژن است. [اکنون ما می دانیم که اورانیوم در طی فرسایش رادیواکتیو هلیوم را منتشر می کند. وجود رادیواکتیویته تا سال 1896 هنگامی که کار هنری بکرل منتشر شد شناخته نشد.]
رامزی، که معتقد بود که گاز ممکن است حاوی آرگون باشد، آزمایش هیلبراند را با استفاده از یکی دیگر از مواد معدنی اورانیوم، cleveite، و گاز را جمع آوری کرد.
طیف سنجی او نشان دهنده حضور نیتروژن، آرگون و یک گاز دیگر است. رامسی مشکوک بود که می تواند هلیوم باشد، زیرا ظاهرا خط D3 وجود دارد.Lockyer یک نمونه از اورانیدها را به دست آورد، گاز را استخراج کرد و آن را با اسپکتروسکوپ بررسی کرد. او می نویسد:
"یکی از آنها خطوط ناشناخته ای که در خورشید در سال 1868 دیده بودم، متعلق به گاز بود."
طیف گاز همانند "هلیوم" خورشید بود. عنصر جدید جایگاه خود را در جدول تناوبی به دست آورد.
ویلیام رامزی با اشاره به ستون نهایی جدول تناوبی که حاوی گازهای نجیب (یا غیر مستقیم) است در سال 1904 جایزه نوبل شیمی را برای کشف گازهای غیر مستقیم به او اهدا شد. تصویر:
مطالب مرتبط در سایت دردانام :
عنصر هیدروژن
آرسنیک چیست؟
کروماتوگرافی چیست ؟ روشها و انواع آن
انواع پیوند شیمایی پروتئین
سیلیکون چیست؟
پلیمر چیست ؟
تفاوت بین آب مقطر و آب دیونیزه چیست ؟