لمحة عن الهيليوم
تم التعرف على الهيليوم لأول مرة في عام 1868 من قبل العالم الفرنسي جانسن، وذلك أثناء رصد كسوف الشمس في الهند. لاحظ العالم خطًا أصفرًا ساطعًا في الطيف الشمسي، مما قاده إلى هذا الاكتشاف. وبعدها، في عام 1895، تمكن العلماء من عزل الهيليوم من بعض المعادن الأرضية. كما تبين أنه يتكون كنتيجة للتحلل الإشعاعي لعنصر الراديوم.
يتشكل الهيليوم داخل النجوم من خلال الاندماج النووي لذرات الهيدروجين، وهي عملية تعرف بتفاعل بروتون-بروتون. تشير الدراسات إلى أن الهيليوم يوجد بكميات كبيرة تحت السهول الكبرى على سطح الأرض، وهو ناتج ثانوي لعمليات استخراج الغاز الطبيعي.
يرمز للهيليوم بالرمز He، ويحمل العدد الذري 2. تتكون نواة ذرة الهيليوم من بروتونين ونيوترونين. وهو غاز أحادي الذرة ينتمي إلى المجموعة الثامنة في الجدول الدوري. عندما يكون الهيليوم في حالة البلازما، فإنه يصدر ضوءًا بنفسجيًا. للهيليوم ثمانية نظائر، ولكن النظيرين المستقرين هما هيليوم-3 وهيليوم-4.
النظير هيليوم-4 هو الأكثر وفرة، ويتكون من جسيم ألفا في نواته. أما النظير هيليوم-3 فينتج من عنصر التريتيوم بعد إشعاعه الإلكتروني خلال تحلل بيتا. يمكن الحصول على الهيليوم عن طريق تبريد الغاز الطبيعي إلى درجة حرارة أعلى بقليل من درجة غليانه، ثم يتم فصل الغازات الأخرى باستخدام عملية التقطير التجزيئي.
السمات المميزة للهيليوم
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيليوم تجعله فريدًا من نوعه. إليك بعضًا منها:
- الحالة الفيزيائية: يوجد الهيليوم في الحالة الغازية في الظروف العادية. يعتبر الغاز الوحيد الذي لا يمكن تحويله إلى الحالة الصلبة إلا تحت ضغط مرتفع جدًا (2.5 ميغاباسكال) ودرجة حرارة منخفضة جدًا (-272 درجة مئوية).
- درجة الغليان والانصهار: يتميز الهيليوم بدرجة غليان وانصهار منخفضة جدًا مقارنة بالغازات الأخرى، مما يجعله غازًا خفيفًا جدًا.
- الخمول الكيميائي: يحتوي الهيليوم على إلكترونين فقط في مداره الخارجي، مما يجعله مدارًا مكتملًا. هذا يجعله غازًا خاملًا لا يشكل مركبات ولا يتفاعل مع العناصر الأخرى.
- أحادي الذرة: يوجد الهيليوم في شكل ذرات منفردة في أغلب الحالات، وهو أقل الغازات أحادية الذرة ذوبانية في الماء، كما أنه غير سام.
- الناقلية الحرارية: يتميز الهيليوم بكتلة ذرية منخفضة، مما يجعله ذو ناقلية وسعة حرارية عالية.
مجالات استخدام الهيليوم
بسبب خصائصه الفريدة، يستخدم الهيليوم في مجموعة واسعة من التطبيقات:
- التبريد الفائق: يستخدم الهيليوم لتبريد المغناطيسات فائقة التوصيل في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
- البالونات والمناطيد: يستخدم الهيليوم لملء البالونات التي تطير في الهواء والمناطيد نظرًا لخفته.
- الألياف الضوئية: يستخدم الهيليوم في صناعة الألياف الضوئية الموجودة داخل كابلات توصيل الإنترنت والتلفزيون.
- وقود الصواريخ: يستخدم الهيليوم كوقود للصواريخ ولتنظيف خزانات الوقود، لأنه لا يتفاعل ولا يحترق ولا يتجمد.
- المجاهر الحديثة: يستخدم في صناعة المجاهر الحديثة التي تعتمد على الماسح الضوئي، لقدرته على إنتاج صور دقيقة.
- وسائد الحماية: يستخدم الهيليوم في وسائد الحماية الموجودة في مقود السيارة، لأنه ينتشر بسرعة ويسمح للوسادة بالتضخم بسرعة عند الاصطدام.
- المفاعلات النووية: يمكن استخدام الهيليوم في بعض المفاعلات النووية كوسيط لتبادل الحرارة، لخموله الكيميائي وعدم تأثره بالنيوترونات.
- الغوص: يخلط الهيليوم مع الأكسجين للغواصين، بسبب ذائبيته الأقل في الدم.
- التجارب الكيميائية: يستخدم في التجارب الكيميائية التي تتطلب درجات حرارة منخفضة جدًا، ولتوفير أجواء خاملة في التفاعلات.
