الهيليوم He هو عنصر كيميائي لا لون له ولا رائحة وعديم الطعم. يـأتي بعد الهيدروجين مباشرة في الجدول الدوري للعناصر. تحتوي نواة ذرته على 2 بروتون و 2 نيوترون ويسمى الهيليوم-4. كما يوجد له نظير تحتوي نواته 2 من البروتونات و 1 بروتون يسمى الهيليوم-3. وهو من العناصر الخاملة أو النبيلة (الغازات النادرة)، وبسبب خموله الكيميائي لا توجد جزيئات له، فهو يوجد دائما في صورته الذرية.
له أقل درجات الغليان والانصهار مقارنة ببقية العناصر، وهو لا يوجد إلا في الحالة الغازية باستثناء ظروف خاصة جدا. وهو ثاني أكثر العناصر انتشارا في الكون وتكون خلال الانفجار العظيم، كما تزداد نسبة وجوده في الشمس عن طريق الاندماج النووي للهيدروجين. توجد كميات ملموسة منه على الأرض وهي موجودة فقط في الغاز الطبيعي.
يستخدم الهيليوم في تطبيقات علوم درجات الحرارة شديدة لانخفاض ، وفي أنظمة تنفس الغواصيين، ولنفخ البالونات. والهيليوم غاز غير سام وليس له تأثير بيولوجي على الكائنات الحية.
محتويات [أخف]
1 تاريخه
2 حالاته
2.1 هيليوم II
3 تفاعله
4 نظائره
5 تواجده
6 استخداماته
7 المراجع
[عدل]تاريخه
لوحظ الهيليوم لأول مرّة عام 1868 بسبب خط أصفر لامع في الطيف الضوئي للشمس لاحظه الفلكي الفرنسي بيير جانسين أثناء حدوث كسوف شمسي في الهند. وفي ذات العام لاحظ الفلكي الإنجليزي نورمان لوكير نفس المقطع الأصفر من الطيف الضوئي للشمس واستنتج أن هذا الطيف الضوئي سببه عنصر غير موجود على الأرض. فأطلق عليه سوية مع العالم الإنجليزي إدوارد فرانكلاند الاسم الإغريقي للشمس هيليوس. وفي 1895، استطاع العالم البريطاني ويليام رامساي أن يعزل الهيليوم على الأرض بمعالجة الكليفيت بأحماض معدنية، وشخصت هذه العينات على أنها هيليوم من قبل لوكير والفيزيائي البريطاني ويليام كروكس. وفصل أيضا بتجربة منفصلة باستخدام الكليفيت في نفس العام على يد الكيميائي السويدي بير تيودور كليفي ونيلز لانجليت.
في عام 1905، اكتشف العالمان الأمريكيان هاميلتون كادي وديفيد مك فارلاند أن الهيليوم يمكن استخلاصه من الغاز الطبيعي. وفي 1907، طرح إرنست رذرفورد وتوماس رويدز أن جسيم ألفا هو نواة الهيليوم.
أسيل الهيليوم لأول مرّة على يد الفيزيائي الدنماركي هايكه كاميرلنجث أونيس عام 1908 بتبريد الغاز لأقل من درجة كلفن واحدة، وحول إلى الحالة الصلبة أول مرّة عام 1926 على يد تلميذ هايكه، ويليام هيندريك كيسوم. وفي 1938 اكتشف العالم الروسي ليونيدوفيش كابيتسا أن نظير الهيليوم-4 عديم اللزوجة تقريبا في درجات قريبة من الصفر المطلق، وهي الظاهرة التي تعرف اليوم بفوق الميوعة. وفي عام 1972، لوحظت نفس الظاهرة لدى النظير هيليوم-3 على يد الفيزيائيين الأمريكييين دوغلاس أوشيروف وديفيد لي وروبرت ريتشاردسون.
[عدل]حالاته
تحت درجة الحرارة والضغط القياسيين، يوجد الهيليوم في الحالة الغازية فقط. وهو لا يتحول إلى الحالة الصلبية إلا تحت ضغوط كبيرة، والذي بتغيره يتغير حجم المادة الصلبة. وفي درجة حرارة دون درجة غليان الهيليوم 4.21 كلفن، وفوق "نقطة لامدا" 2.1768 كلفن، يكون النظير هيليوم-4 في حالة السيولة العادية وتسمى هيليوم I، ولكن تحت "نقطة لامدا"، يكون للهيليوم خواص فيزيائية غريبة، ويسمى عندها بهيليوم II، ومثل هذه الخواص الفيزيائية غير واضحة عند النظير هيليوم-3.
[عدل]هيليوم II
هيليوم II له خصائص سائلين، أحدهما سائل عادي والآخر عديم اللزوجة، فلا احتكاك داخلي بين جزيئاته، وله حركة جريان سريعة، وله موصلية كهربائية أعلى من أي مادة أخرى، وتنتقل فيه الحرارة على شكل موجات.
[عدل]تفاعله
الهيليوم عنصر خامل كيميائيا تحت كل الظروف العادية. ولكن تحت ظروف كهربائية معينة يمكن للهيليوم أن يكون مركبات مع التنجستن، واليود، والفلورايد والكبريت والفوسفور.
[عدل]نظائره
هناك 8 نظائر معروفة للهيليوم، ولكن النظيرين هيليوم-3 وهيليوم-4 هما الوحيدين المستقرين، فالبقية لها نشاط إشعاعي، وتتحول بسرعة إلى عناصر أخرى. أكثر النظائر انتشارا هو هيليوم-4 ، وهو يتكون من جسيم ألفا في نواته الذرية، ويدور حولها 2 إلكترون في الغلاف الذري، وجسيم الألفا هو أكثر الجسيمات استقرارا، أما النظير هيليوم-3 فهو نادر على الأرض وهو ينتج من التريتيوم بعد إشعاعه لإلكترون خلال تحلل بيتا.
[عدل]تواجده
الهيليوم ثاني أكثر العناصر انتشارا في الكون المعروف بعد الهيدرجين، ويشكل حوالي ربع كتلة الكون. ووجوده يتركز في النجوم، حيث أنه يتكون هناك من اتحاد ذرات الهيدرجين، وحسب نظرية الانفجار العظيم، تكون أغلب الهيليوم في الدقائق الثلاث الأولى بعد الانفجار (أنظر خط زمني للانفجار العظيم).
أما على الأرض، فإن الهيليوم يشكل جزء واحد من 200 ألف جزء، وذلك يعود بشكل رئيسي إلى تطاير الهيليوم إلى الفضاء الخارجي، وكميات الهيليوم الملموسة الموجودة على الأرض ناتجة عن النشاط الإشعاعي للعناصر المشعة ، أما أكبر تركيز له فهو موجودة مع الغاز الطبيعي ومنها يستخرج معظم الهيليوم للاستخدامات التجارية، وتعتبر آبار الغاز في ولايات تكساس ، أوكلاهوما وكنساس الأمريكية المصدر الرئيسي لهذا الغاز في العالم.
[عدل]استخداماته
تتركز أسباب تطبيقات استخدام الهيليوم دون غيره في بعض المجالات إلى كونه غازا خاملا لا يتفاعل بسهولة إضافة إلى عوامل أخرى.
يستخدم الهيليوم للمناطيد الضخمة والبالونات، لأنه أخف من الهواء فهو ثاني أخف غاز موجود، كما أنه لا يحترق أو ينفجر مما يجعل منه خيارا مناسبا لمثل هذا التطبيق.
صوت الإنسان الذي استنشق هواء فيه تركيز ملموس من الهيليوم، يصبح عالي الدرجة (من النعومة والجهارة، فيسمع كان فيه شيء من التزمير)، وذلك يعود إلى أن سرعة الصوت في الهيليوم أكبر بثلاث مرات من سرعته في الهواء العادي، مما يؤدي إلى زيادة تردده عند وصول موجات الصوت إلى الهواء العادي، ولكن التعرض لاستنشاق تركيزات عالية من الهيليوم قد تودي بالحياة بسبب نقص الأكسجين.
يستخدم خليط الهيليوم مع الأوكسجين والنيتروجين لملء قوارير هواء تنفس الغواصين في الأعماق الكبيرة لأنه يساعد في منع التسمم الأكسجيني والاستبدال النيترجيني (دخول النيتروجين إلى الدم بدل الأكسجين الأمر الذي يؤثر على عمل الأعصاب ويعطي تأثيرا شبيها بالسُكر) تحت ضغوط الأعماق الكبيرة.
يستخدم الهيليوم في بيئات تنمية البلورات الدقيقة في الظروف الحساسة لأنه لا يتفاعل ولا يؤثر في تركبها.
يستخدم الهيليوم للمساعدة في ضغط الوقود الغازي المسال (كالهيدرجين السائل)، وذلك لأنه لا ينفجر تحت ضغوط أو درجات حرارة عالية.
يستخدم أيضا في تبريد المغانط الكهربائية في جهاز الرنين المغناطيسي كما يعمل على تقليل مقاومة مرور التيار الكهربى في المغناطيس الكهربى والعمل على ايصاله لدرجه فائقيه التوصيل بتقليل المقاومه والتي يمكن تحصيلها عند درجات حراره المنخفضه جدا.
استعملت كميات هائلة من الهيليوم في تبريد منظومة المصادم الهدروني الكبير مؤخراً للوصول إلى درجات حرارة فائقة الانخفاض (حوالى 1.9 كلفن).
