الهيليوم | اكتشافه -مصادره -استخداماته
الهيليوم غاز خامل ينتمي إلى فصيلة الغازات النبيلة ويمتلك بروتونين ونيوترونين في نواته وحولها الكترونين ، وهو يملك أقل درجة غليان وانصهار مقارنة بالعناصر الكيميائية الأخرى ، ويكون بشكله الغازي إلا في ظروف خاصة من الضغط ودرجة الحرارة .
تاريخ الهيليوم
(Helios أو الشمس)
- حصل العالم يانسن على أول دليل على وجود الهيليوم خلال كسوف الشمس الذي حدث عام 1868 في الهند ، عندما اكتشف خطا جديدا في الطيف الشمسي ذو لون أصفر لامع لذلك يعد الهيليوم العنصر الوحيد الذي أكتشف على الشمس قبل الأرض .
- أقترح كل من "لوكير Lockyer وفرانكلاند Frankland" اسم "helios" لهذا العنصر الجديد وهو الأسم الأغريقي للشمس .
- وفي عام 1895تمكن العالم "وليام رامزي Ramsay" أن يعزل الهيليوم على الأرض من خلال معالجة معدن الكليفيت Clevite .
- وفي تجربة أخرى في نفس الوقت تقريبا في السويد تمكن الكيميائيان السويديان" بير تيودور كليفه Cleve" و "أبراهام لانغليه Langlet" من جمع عينات من غاز الهيليوم من معدن الكليفيت .
- وأظهر "رذرفورد Rutherford" و "رويدز Royds" في عام 1907 أن جسيمات ألفا هي نوى هيليوم .
مصادر الهيليوم
- الهيليوم هو ثاني أكثر العناصر وفرة في الكون بعد الهيدروجين .
- استخرج الهيليوم من الغاز الطبيعي ، حيث يحتوي كل الغاز الطبيعي المستخرج على كميات ضئيلة من الهيليوم .
- يتشكل الهيليوم في النجوم نتيجة الاندماج النووي للهيدروجين في تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل ودورة كربون-نيتروجين-اكسجين (CNO) والتي تعد جزءا من تفاعلات الأنصهار النجمي .
- إن محتوى الغلاف الجوي من الهيليوم حوالي 1 جزء في 200000 وهو يتركز في طبقات الجو العليا ، بينما يتواجد في مختلف المعادن المشعة مثل اليورانيوم والتوريوم نتيجة الأضمحلال الأشعاعي (Decay) لهذه المعادن نتيجة إطلاق جسيمات ألفا .
- يتم الحصول على الجزء الاكبر من إمداد العالم بالهيليوم من آبار الغاز الطبيعي في تكساس وأوكلاهوما وكانساس .
- المصانع الوحيدة المعروفة خارج الولايات المتحدة في عام 1984م كانت في اوروبا الشرقية (بولندا) والاتحاد السوفيتي وعدد قليل في الهند .
- ولاحقا تم أنشاء مصانع جديدة في عدة دول كالجزائر وقطر وأصبحت الجزائر ثاني منتج للهيليوم في السوق العالمي .
- إن كلفة أنتاج الهيليوم انخفضت من 2500دولار /قدم مكعب في عام 1915 إلى 1.5سنت/ قدم مكعب في عام 1940 ، وقد حدد مكتب المناجم الأمريكي سعر الهيليوم من الدرجة A عند 37.50دولار/1000قدم مكعب في عام 1986.
الخصائص الفيزيائية للهيليوم
- يملك الهيليوم أخفض نقطة انصهار لأي عنصر كيميائي آخر ويستخدم على نطاق واسع في التبريد لان نقطة غليانه قريبة من الصفر المطلق ويعد عنصرا هاما في دراسات الموصلية الفائقة .
- الهيليوم عبارة عن غاز في الظروف العادية ، ويصبح بالطور السائل عند درجات حرارة منخفضة عند نقطة انصهاره ، ويعد الهيليوم العنصر الوحيد الذي لايمكن الحصول عليه صلبا تحت ظروف الضغط العادي ، حيث يظل سائلا حتى الصفر المطلق ولكن يمكن تجميده عن طريق زيادة الضغط .
- الحرارة النوعية لغاز الهيليوم مرتفعة .
نظائر الهيليوم
للهيليوم تسعة نظائر ، اثنان منها مستقر وهي هيليوم-4 4He وهيليوم-3 3He و الهيليوم-4 هو النظير الاكثر وفرة بنسبة 99.99986%
استخدامات الهيليوم
- يستخدم الهيليوم كغاز واقي في عمليات اللحام القوسي .
- كون الهيليوم خامل كيميائيا يستخدم كغاز واقي في إنتاج رقائق السيليكون والجرمانيوم والتيتانيوم والزركونيوم وفي الاستشراب الغازي .
- يستخدم الهيليوم السائل في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) , حيث يستخدم في تبريد اجهزة المغناطيس فائق الموصلية .
- يستخدم في السفن الهوائية والمناطيد لأنه اكثر أمانا من الهيدروجين فهو غير قابل للاشتعال .
- يستخدم في تركيب غازات التنفس لأجهزة الغوص العميق .
- يستخدم كوسيط للتبادل الحراري في المفاعلات النووية .