عنصر الهيليوم
تم اكتشاف الهيليوم من قبل العالم الفرنسي جانسن في عام 1868، حيث لاحظ وجود خط أصفر لامع في الطيف الضوئي للشمس خلال كسوف كلي للشمس في الهند. وكان ذلك بداية معرفة البشرية بهذا الغاز. في عام 1895، تم تحضير الهيليوم لأول مرة عن طريق فصله من المعادن الأرضية، وتم العثور على الهيليوم في نواتج الانحلال الإشعاعي لعنصر الراديوم.
يتكون الهيليوم في النجوم نتيجة لعمليات الاندماج النووي للهيدروجين، التي تحدث في تفاعل بروتون-بروتون. وقد أظهرت الدراسات أن الهيليوم يوجد بكمية كبيرة في أعماق الأرض، وخصوصاً تحت السهول الكبرى، حيث يتم إنتاجه خلال عملية استخراج الغاز الطبيعي.
يرمز للهيليوم بالرمز He، ويتميز بعدده الذري 2، حيث تتألف نواته من بروتونين ونيوترونين. يعتبر الهيليوم غاز أحادي الذرة ويقع في المجموعة الثامنة ضمن الجدول الدوري. عند تحويله إلى حالة البلازما، يصدر الهيليوم ضوءاً باللون الأرجواني. يمتلك الهيليوم ثمانية نظائر، إلا أن اثنين فقط يعتبران مستقرين، وهما هيليوم-3 وهيليوم-4.
يُعتبر هيليوم-4 أكثر النظائر شيوعاً، حيث يتكون من جسيم ألفا في نواته الذرية. أما هيليوم-3، فينتج عن عنصر التريتيوم بعد إشعاعه الإلكتروني خلال تحلل بيتا. ويمكن إنتاج الهيليوم من خلال تبريد الغاز الطبيعي إلى درجات حرارة لا تتجاوز درجة غليان الهيليوم، ثم يتم فصل الغازات غير المرغوب فيها باستخدام عملية التقطير التجزيئي.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية لغاز الهيليوم
تتمثل الخصائص الفيزيائية والكيميائية لغاز الهيليوم في النقاط التالية:
- يوجد الهيليوم في حالة غازية، ويعد الغاز الوحيد الذي لا يمكن أن يتحول إلى الحالة الصلبة في ظروف الضغط الطبيعية، ما لم يتم رفع الضغط إلى 2.5 ميغاباسكال مع الحفاظ على درجة حرارة أقل من -272 سْ.
- يتميز الهيليوم بدرجة غليان وانصهار منخفضتين مقارنة بالغازات الأخرى، كما أنه يعد غازاً خفيف الوزن جداً.
- يمتلك الهيليوم اثنين من الإلكترونات في مداره الخارجي، مما يجعل مداره مكتملًا، وبالتالي فهو غاز خامل لا يشكل مركبات ولا يتفاعل مع العناصر الأخرى.
- يتواجد الهيليوم في صورة أحادية الذرة في معظم الحالات، وهو أقل الغازات أحادية الذرة ذوباناً في الماء، كما أنه غاز غير سام.
- يمتاز الهيليوم بكتلة ذرية منخفضة، مما يعزز من قابليته للانتقال وسعته الحرارية العالية.
استخدامات غاز الهيليوم
تتعدد استخدامات غاز الهيليوم، ومن بينها:
- يستخدم الهيليوم في تبريد أجهزة المغناطيس فائقة التوصيل المستخدمة في أجهزة تصوير الرنين المغناطيسي.
- يتم استخدامه أيضاً في ملء البالونات القابلة للطيران، المعروفة باسم المناطيد.
- يستعمل الهيليوم في صناعة الألياف الضوئية المستخدمة في كابلات الإنترنت والتلفاز.
- نظرًا لخصائصه، يُستخدم الهيليوم كوقود للصواريخ ولتنظيف خزانات الوقود.
- يدخل الهيليوم في صناعة المجاهر الحديثة التي تحتوي على ماسحات ضوئية، نظرًا لقدرتها على إنتاج صور عالية الدقة.
- يستعمل الهيليوم في الوسائد الهوائية بموصل السيارة، حيث يُعتبر فائق السرعة في الانتشار مما يسمح للوسائد بالتضخم بسرعة عند حدوث الاصطدام.
- في بعض المفاعلات النووية، يُستخدم الهيليوم كوسط لتبادل الحرارة بسبب استقراره الكيميائي وعدم تفاعله مع النيوترونات، مما يجعله غير مُنتج لنظائر مشعة.
- يتم خلط الهيليوم مع غاز الأكسجين للغواصين في البحار، نظراً لانخفاض ذوبانيته في الدم مقارنة بالأكسجين.
- يُستخدم الهيليوم في التجارب الكيميائية التي تتطلب درجات حرارة منخفضة، حيث يتميز بأدنى درجات الغليان مقارنة بالعناصر الأخرى، ويمكن استخدامه لتوفير أجواء خاملة في التفاعلات الكيميائية.
