الاستخدامات اليومية لغاز الهليوم

الهيليوم عنصر يعرف بالغاز النبيل. إنه عديم اللون والرائحة ، وهو منتشر في جميع أنحاء الكون. قد تعرف شيئًا عن الهيليوم من بالونات الهيليوم التي تطفو. ومع ذلك ، فإن عنصر الهيليوم له استخدامات أكثر بكثير من بالونات الحفلات. كما أنها تستخدم في الوسائد الهوائية للسيارات ، والمعدات عالية التقنية ، والأجهزة الطبية والطائرات. لا يزال الهيليوم مكونًا رئيسيًا في الحياة الحديثة ، على الرغم من أنه لا يمكنك رؤيته مباشرة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

الهيليوم هو ثاني أكثر العناصر وفرة في الكون. بينما لا يمكنك رؤيته أو شمه ، يتميز الهيليوم بالعديد من الاستخدامات اليومية ، في التكنولوجيا والطب وحتى في السيارات.

لفهم أهمية الهليوم للعالم ، من المفيد معرفة المزيد عن خصائص العنصر. بالإضافة إلى ذلك ، من الأهمية بمكان التعرف على تاريخها وكيف تظهر مشكلات التوريد في جوانب الحياة الحديثة.

الهليوم عنصر موجود في شكل غاز. رمزها الذري هو "He" ، وعددها الذري هو 2 في الجدول الدوري. نقطة انصهار الهيليوم هي الأدنى من بين جميع العناصر ، ودرجة غليانها هي -452 درجة فهرنهايت. فقط الهيليوم يمكن أن يبقى سائلاً حتى لو انخفضت درجة حرارته. سوف تتصلب فقط عند الضغط الشديد. هذه الخصائص تجعل الهيليوم لا غنى عنه لبعض التقنيات الحديثة مثل المواد فائقة التوصيل.

يحتل عنصر الهيليوم المرتبة الثانية بعد الهيدروجين في وفرته في الكون. يوجد الهيليوم في كل نجم ، وهو موجود بكثرة في أشد النجوم حرارة. يتم إنتاجه من تفاعلات الاندماج النووي في النجوم. في الواقع ، تم اكتشاف الهيليوم أولاً أثناء دراسة نجمنا ، الشمس. الهيليوم منتشر في الشمس. إنه عنصر أساسي وبالتالي فهو مهم للعالم.

لم يتم اكتشاف الهيليوم حتى 18 أغسطس 1868. استخدم عالم الفيزياء الفلكية الفرنسي بيير جول سيزار يانسن جهازًا فلكيًا جديدًا يسمى مطيافًا لمراقبة الأطوال الموجية للضوء. عرض المطياف الأطياف ، أو أطوال موجات الضوء ، على شكل نطاقات من الألوان. أثناء مراقبة خسوف الشمس باستخدام منظار الطيف ، وجد يانسن طولًا موجيًا في ضوء الشمس التي لا تتوافق مع أي عنصر آخر موجود على الأرض حتى الآن ، في شكل أصفر لامع خط. أدرك يانسن أنه اكتشف عنصرًا جديدًا. كما قام عالم فلك آخر ، وهو الإنجليزي نورمان لوكير ، بهذه الملاحظة أثناء مشاهدة الشمس. لاحظ كلاهما عنصر الهيليوم ، الذي أطلق عليه لوكير اسم الشمس بعد الكلمة اليونانية للشمس. في النهاية ، في عام 1882 ، تم اكتشاف الهيليوم في الواقع على الأرض ، في حمم جبل فيزوف ، عندما وجد الفيزيائي لويجي بالميري الأطياف الصفراء اللامعة أثناء تحليله للحمم البركانية. في وقت لاحق ، أجرى ويليام رامزي تجارب أثبتت وجود الهيليوم على الأرض. وجد أنه عندما يتحلل عنصر الراديوم ينتج الهيليوم قام كل من Per Teodor Cleve و Nils Abraham Langer ، في عام 1895 ، بتحديد الوزن الذري للهيليوم.

تساعد دراسة الهيليوم العلماء على فهم أفضل ليس فقط للأرض ، ولكن أيضًا للكواكب الأخرى. في النظام الشمسي ، اكتشف العلماء الهيليوم في الغلاف الجوي للكواكب الغازية العملاقة كوكب المشتري وزحل. على زحل ، يسقط نوع من مطر الهيليوم الممزوج بالهيدروجين السائل في الغلاف الجوي في بيئة شديدة الحرارة والضغط. يعتقد العلماء أن هذا "المطر" الهيليوم يقع في قلب الكوكب. قد تكون طاقته الكامنة الناتجة عن الجاذبية هي التي تجعل زحل يلمع بشدة ، وهي ميزة حيرت العلماء لسنوات.

بمرور الوقت ، تعلم العلماء المزيد عن خصائص الهيليوم. وصف الهيليوم أنه عديم اللون والرائحة وأخف من الهواء. هذا هو السبب في أن البالونات المملوءة بالهيليوم تطفو ، والهيليوم غير قابل للذوبان في الماء. غالبًا ما تظهر الصفات الخاملة للعنصر في وصف الهيليوم. يعتبر تاريخيًا خاملًا كيميائيًا ، ولا يميل إلى التفاعل مع العناصر الأخرى. الهليوم لا يريد التخلي عن إلكترونيه ؛ تظل مستقرة مع غلافها الإلكتروني. وبسبب هذا ، يتم تصنيف الهيليوم على أنه أحد الغازات النبيلة ، إلى جانب النيون والأرجون والرادون والغازات النبيلة الأخرى في الجدول الدوري.

اكتشف العلماء مؤخرًا أن الهيليوم ليس خاملًا تمامًا كما كان يعتقد سابقًا. عند اكتشاف بلورات مصنوعة من عنصري الهيليوم والصوديوم ، وجد الباحثون أن الهيليوم يمكن أن يتحد مع ذرات أخرى بينما لا تشارك إلكتروناتها - بمعنى آخر ، تتحد مع ذرات أخرى ولكنها لا تصنع روابط كيميائية في هذه العملية. بدلاً من ذلك ، فهو يحمي الذرات المشحونة إيجابياً من بعضها البعض ويقاوم القوة الطاردة التي عادةً ما تدفعها بعيدًا عن بعضها. تحت ضغط شديد ، مثل الذي قد يكون في قلب الأرض ، ينضغط الهيليوم والهيدروجين ويشكلان مركبات مستقرة. قد يكتشف العلماء جوانب أكثر روعة لعنصر الهيليوم ، وما إذا كان سيظل كذلك من الممكن اعتباره خاملًا حقًا ، أو إذا كان بإمكانه بالفعل تكوين مركبات مستقرة في أقصى الحدود البيئات.

في الغلاف الجوي ، يتركز الهيليوم فقط في جزء واحد من 200000. استخراج الهيليوم من الهواء ليس عمليًا أو فعالًا من حيث التكلفة أو فعالًا ، لذا فإن هذه ليست الطريقة التي يحصل بها الناس على الهيليوم. بدلاً من ذلك ، يتم إنتاج الهيليوم من الغاز الطبيعي. يجب أولاً إزالة الشوائب مثل الماء والكبريتيدات وثاني أكسيد الكربون ، ثم الخام الناتج يتم تنقية الهيليوم ، الذي لا يزال يحتوي على عناصر أخرى مثل الأرجون والنيون والهيدروجين والنيتروجين ، على درجة عالية ضغوط. ثم يتم تبريد هذا الخام بشكل فائق. يتم تسييل الأرجون والنيتروجين ، وفي النهاية يتبخر النيتروجين. ينفصل الهيليوم عن النيون والنيتروجين والهيدروجين. ترشيح إضافي بالفحم النشط يزيل الغازات الأخرى.

يمكن العثور على الهيليوم في بعض رواسب الغاز الطبيعي حول العالم. ومع ذلك ، فهي ليست في كل مخزون الغاز الطبيعي. في الولايات المتحدة ، يُستخرج الهيليوم من آبار في كانساس وأوكلاهوما وتكساس. يوجد في تكساس وحدها الاحتياطي الفيدرالي للهيليوم ، وهو الإمداد الرئيسي للولايات المتحدة ، ومع ذلك ، فإن هذا العرض يتضاءل بمرور الوقت. يوجد أيضًا رواسب كبيرة من الهليوم في تنزانيا. يوجد الآن 14 مصنعًا فقط في العالم تعمل على تنقية الهيليوم. يوجد الهيليوم أيضًا في تحلل المعادن المشعة. إنه مصنوع بشكل طبيعي من القصف الكوني والأشعة السينية للبريليوم والليثيوم.

أصبح تقلص إمدادات الهليوم مشكلة رئيسية. زاد الاعتماد على الهيليوم في التكنولوجيا الحديثة ، ونتيجة لذلك انخفض العرض. يعمل العلماء على جعل إنتاج الهليوم أكثر كفاءة واستدامة. قد تعمل طرق جديدة مثل إعادة تدوير الهيليوم وإعادة تسييله على نطاق صغير يمكن أن يساعد الباحثين. يمكن أن يساعد ذلك في تقليل تكلفة الهيليوم مع انخفاض إمداداته.

أدى اكتشاف الهيليوم إلى العديد من الابتكارات العظيمة. في النهاية ، ستظهر استخدامات عديدة للهيليوم. في الحياة الحديثة ، أهمية الهيليوم كبيرة في مجالات التكنولوجيا والطب والبحوث.

هناك استخدامات عديدة للهيليوم. بالطبع ، يتم استخدامه لملء بالونات الحفلات التي تسعد الأطفال والكبار حول العالم. استبدل الهيليوم الهيدروجين في المناطيد ، بعد أن وجد أن الهيدروجين شديد التفاعل. يستخدم الهيليوم في الطب والبحث العلمي ولحام القوس والتبريد والغاز للطائرات ومبرد للمفاعلات النووية والبحوث المبردة واكتشاف تسرب الغاز. يتم استخدامه لخصائص التبريد الخاصة به بسبب نقطة غليانه بالقرب من الصفر المطلق. هذا يجعلها جذابة للاستخدام في الموصلات الفائقة. يستخدم الهيليوم أيضًا لضغط الصواريخ والمركبات الفضائية الأخرى. كما أنها تستخدم كعامل نقل الحرارة.

في الطب ، يُستخدم الهيليوم أحيانًا لمساعدة المرضى الذين يعانون من مشاكل في الرئة مثل انسداد المسالك الهوائية والربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن. يتيح الهيليوم تغلغلًا أفضل للغازات إلى الحويصلات البعيدة في الرئتين ، لذلك يتم استخدامه لتهوية الرئة عند الضرورة الطبية. يستخدم الهيليوم أيضًا في اختبار وظائف الرئة. يستخدم الهيليوم أيضًا في بعض العمليات الجراحية بالمنظار بدلاً من أول أكسيد الكربون. يستخدم الهيليوم أحيانًا كعلامة للتصوير. يُستخدم الهيليوم أحيانًا في جراحة القلب المفتوح ، ويخلط مع الأكسجين ويستخدم كضباب للرئتين. يستخدم الهيليوم أيضًا لتبريد المغناطيسات فائقة التوصيل في ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي. تستخدم أجهزة مراقبة الإشعاع الهيليوم أيضًا.

هل تعلم أن الهليوم مهم للغواصين؟ يحل الهيليوم محل النيتروجين في خلائط غازات الغوص ، بحيث يمكن للغواصين التعمق تحت الماء دون تأثيرات سلبية على الجهاز العصبي المركزي. بدون هذا المزيج ، يمكن أن يعاني الغواصون من تأثيرات الضغط مع حالة تسمى "الانحناءات".

هناك العديد من الاستخدامات العلمية للهيليوم. يستخدم مصادم الهادرونات الكبير الهيليوم لأغراض التبريد. تم استخدام الهيليوم لاكتشاف بوزون هيغز ، وهو اختراق كبير في الفيزياء. يتم استخدامه في مطياف الرنين المغناطيسي النووي. يمكن أن تعمل الموصلات الفائقة فقط إذا كانت محاطة ببرودة الهيليوم الشديدة ، وقد تم استخدام الهيليوم في صناعة الفضاء لتبريد أدوات الأقمار الصناعية ومبرد الوقود للمركبات الفضائية. يستخدم خبراء الأرصاد الجوية بالونات الطقس المملوءة بالهيليوم لرصد الطقس. تستخدم مجاهر المسح الإلكتروني الهيليوم أحيانًا للحصول على دقة صورة أفضل.

يلعب الهيليوم أيضًا دورًا مهمًا في سلامة المركبات. يتم استخدامه لملء الوسائد الهوائية في حالة تعطل السيارة.

يتم تخزين الهيليوم وشحنه في صورة سائلة ، وهو شديد البرودة. إن افتقارها إلى التفاعل يجعلها مثالية لبيئات الحماية. لا تتعامل مع الهيليوم مباشرة. إنه شديد البرودة لدرجة أنه يمكن أن يسبب قضمة صقيع خطيرة.

يمكنك العثور على الهيليوم المستخدم في الحياة اليومية بأشكال مختلفة. يتم استخدامه كعامل رفع وفي بالونات الحفلات وفي خلائط الغوص وفي الألياف الضوئية. يستخدم عمال اللحام الهيليوم لأقواس اللحام في البناء. يستخدم الأطباء والجراحون الهيليوم لمساعدة المرضى في إجراءات الرئة والقلب. عندما تزور محل بقالة ، ويتم فحص البقالة الخاصة بك ، فمن المحتمل أنك تراقب ليزر الهيليوم نيون. إذا رأيت منطادًا يبحر في السماء ، فيمكنك التأكد من أنه عالق بواسطة الهيليوم. تعرف على ما إذا كان يمكنك اكتشاف استخدام الهيليوم في الحياة اليومية أثناء يومك.

الهيليوم ليس غازًا متفجرًا. يتم تصنيفها على أنها غير قابلة للاحتراق ، مما يعني أن الهيليوم لا يمكن أن يحترق. إنه شديد البرودة في صورة سائلة ، وبارد جدًا لدرجة أنه يجمد الغازات الأخرى. ومع ذلك ، إذا تعرضت الحاوية للحرارة ، يمكن أن تنفجر الحاوية نفسها. يمكن أن يغلي الهيليوم المسال بعنف عند وضعه في الماء ، وهذا يمكن أن يؤدي إلى ضغط كبير داخل الحاويات ، مما يزيد من خطر انفجار الحاويات بسبب الضغط. لكن الهليوم وحده لن ينفجر.

ربما سمعت صوتًا مضحكًا لشخص ما يتنفس قليلاً من الهيليوم من بالون. يؤدي استنشاق الهيليوم إلى تغيير نبرة الصوت البشري ، مما يجعله أعلى بكثير ، وصار ، وكارتوني. تكمن مشكلة القيام بذلك في أنك عندما تستنشق الهيليوم من بالون ، فأنت لا تتنفس في الهواء. تحتاج أجسام الإنسان إلى تنفس الهواء ليعمل بشكل صحيح ، وللحصول على الأكسجين حيث يحتاجه الدماغ والجسم. حتى استنشاق كمية صغيرة من الهيليوم يمكن أن يسبب الدوار. ولكن يمكن أن يتسبب أيضًا في فقدان الوعي ويسبب الاختناق. يمكن أن يؤدي التنفس المستمر للهيليوم إلى الموت بسبب نقص الأكسجين ، مما يعني تجويع الأكسجين من الجسم.