Helium je prvek známý jako vzácný plyn. Je bezbarvý a bez zápachu a převládá v celém vesmíru. Možná víte o heliu z heliových balónků, které plují. Element hélium má však mnohem více využití než párty balónky. Používá se také v airbagech automobilů, high-tech zařízeních, lékařských zařízeních a letadlech. Hélium je i nadále hlavní součástí moderního života, i když ho přímo nevidíte.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Hélium je druhým nejhojnějším prvkem ve vesmíru. I když to nevidíte ani necítíte, hélium se vyskytuje v mnoha každodenních použitích, v technologii, medicíně a dokonce i v automobilech.
Proč je helium pro svět důležité?
Abychom pochopili důležitost helia pro svět, pomůže nám to dozvědět se více o vlastnostech prvku. Kromě toho je zásadní dozvědět se o jeho historii a o tom, jak problémy se zásobováním zahrnují aspekty moderního života.
Hélium je prvek, který existuje ve formě plynu. Jeho atomový symbol je „He“ a jeho atomové číslo je 2 na periodické tabulce. Bod tání hélia je nejnižší ze všech prvků a jeho teplota varu je -452 stupňů Fahrenheita. Pouze helium může zůstat kapalné, i když je jeho teplota snížena. Ztuhne pouze při extrémním tlaku. Díky těmto vlastnostem je helium nepostradatelné pro některé novější technologie, jako jsou supravodivé materiály.
Element helium je na druhém místě za vodíkem v jeho hojnosti ve vesmíru. Hélium existuje v každé hvězdě a je nejhojnější ve velmi nejžhavějších hvězdách. Vyrábí se z jaderných reakcí ve hvězdách. Ve skutečnosti bylo helium objeveno jako první při studiu naší vlastní hvězdy, slunce. Na slunci převládá helium; je to základní prvek, a proto pro svět důležitý.
Helium bylo objeveno až 18. srpna 1868. Francouzský astrofyzik Pierre Jules Cesar Janssen použil k pozorování vlnových délek světla nové astronomické zařízení zvané spektroskop. Spektroskop zobrazoval spektra neboli vlnové délky světla jako barevné pásy. Při pozorování zatměného slunce spektroskopem našel Janssen ve slunečním světle vlnovou délku který neodpovídal žádnému jinému prvku dosud nalezenému na Zemi, ve formě jasně žluté čára. Janssen si uvědomil, že objevil nový prvek. Další astronom, Angličan Norman Lockyer, také toto pozorování provedl při pohledu na slunce. Oba pozorovali prvek helium, který Lockyer pojmenoval podle řeckého slova pro slunce. Nakonec, v roce 1882, bylo helium ve skutečnosti objeveno na Zemi, v lávě Vesuv, kdy fyzik Luigi Palmieri našel jasně žluté spektrum, zatímco analyzoval lávu. Později William Ramsay provedl experimenty, které prokázaly existenci hélia na Zemi; zjistil, že když se prvek rádia rozkládá, produkuje hélium. Per Teodor Cleve a Nils Abraham Langer by v roce 1895 odradili atomovou hmotnost helia.
Studium helia pomáhá vědcům lépe porozumět nejen Zemi, ale i ostatním planetám. Ve sluneční soustavě vědci objevili hélium v atmosféře obřích plynných planet Jupiter a Saturn. Na Saturn spadá do atmosféry jakýsi heliový déšť smíchaný s kapalným vodíkem v extrémním prostředí teploty a tlaku. Vědci si myslí, že tento „déšť“ hélia spadá do jádra planety. Jeho uvolněná gravitační potenciální energie může být tím, co dělá Saturn tak zářivým zářením, což je vlastnost, která má vědce už roky zmatená.
V průběhu času se vědci dozvěděli více o vlastnostech helia. Popis helia je, že je bezbarvý a bez zápachu a lehčí než vzduch. To je důvod, proč se balónky naplněné heliem vznášejí a helium není ve vodě příliš rozpustné. V popisu helia se často objevují inertní vlastnosti prvku. Historicky považován za chemicky inertní, má tendenci nereagovat s jinými prvky. Helium se nechce vzdát svých dvou elektronů; zůstává stabilní s elektronovým obalem. Z tohoto důvodu je hélium v periodické tabulce kategorizováno jako jeden z vzácných plynů, spolu s neonem, argonem, radonem a dalšími vzácnými plyny.
Vědci nedávno zjistili, že helium není úplně inertní, jak se dříve myslelo. Po objevení krystalů vyrobených z prvků helia a sodíku vědci zjistili, že helium se může kombinovat s jinými atomy i když nesdílí své elektrony - jinými slovy, kombinuje se s jinými atomy, ale nedělá v procesu chemické vazby. Místo toho chrání kladně nabité atomy od sebe navzájem a potlačuje odpudivou sílu, která je normálně tlačí od sebe. Při extrémním tlaku, jaký může být v jádru Země, se hélium a vodík stlačí a vytvoří stabilní sloučeniny. Vědci mohou odhalit fascinující aspekty prvku helia a to, zda to tak bude i nadále je možné to považovat za skutečně inertní, nebo pokud skutečně může extrémně vytvářet stabilní sloučeniny prostředí.
V atmosféře je hélium koncentrováno pouze přibližně v 1 dílu z 200 000. Není praktické, nákladově efektivní ani efektivní extrahovat hélium ze vzduchu, takže tak lidé helium nezískávají. Místo toho se hélium vyrábí ze zemního plynu. Nejprve je třeba odstranit nečistoty, jako je voda, sulfidy a oxidy uhlíku, a poté výsledný surový produkt hélium, které stále obsahuje další prvky, jako je argon, neon, vodík a dusík, se čistí na vysoké úrovni tlaky. Tato surovina se poté super ochladí. Argon a dusík jsou zkapalněny a nakonec se dusík odpaří. Hélium se odděluje od neonů, dusíku a vodíku. Dodatečné filtrování s aktivním uhlím odstraňuje další plyny.
Hélium lze nalézt v některých ložiscích zemního plynu po celém světě. Není to však na každém ložisku zemního plynu. Ve Spojených státech se hélium získává z vrtů v Kansasu, Oklahomě a Texasu. Jen v Texasu je Federální rezerva hélia, hlavní dodávka pro USA. Tato zásoba se však postupem času zmenšuje. V Tanzanii existuje také velké množství helia. Na světě nyní existuje pouze 14 rostlin, které rafinují hélium. Hélium se také nachází v rozpadajících se radioaktivních minerálech. Přirozeně je vyroben z kosmického a rentgenového bombardování berylia a lithia.
Zmenšující se dodávka helia se stala hlavním problémem. Závislost na heliu v moderních technologiích vzrostla a v důsledku toho se snížila nabídka. Vědci pracují na zvýšení efektivity a udržitelnosti výroby helia. Nové metody, jako je recyklace a zkapalňování hélia, mohou fungovat v malém měřítku, což může pomoci výzkumníkům. To může pomoci snížit náklady na helium s poklesem jeho zásob.
Objev helia vedl k mnoha velkým inovacím. Nakonec by se objevilo mnoho použití helia. V moderním životě je význam helia obrovský v oblastech technologie, medicíny a výzkumu.
Na co se helium používá?
Existuje mnoho použití helia. Samozřejmě se používá k plnění balónků na party, které potěší děti i dospělé po celém světě. Helium nahradilo vodík ve vzducholodích poté, co bylo zjištěno, že vodík je vysoce reaktivní. Hélium se používá pro medicínu, vědecký výzkum, obloukové svařování, chlazení, plyn pro letadla, chladivo pro jaderné reaktory, kryogenní výzkum a detekci úniků plynu. Používá se pro své chladicí vlastnosti, protože jeho bod varu se blíží absolutní nule. Díky tomu je atraktivní pro použití v supravodičích. Helium se také používá k natlakování raket a jiných kosmických lodí. Používá se také jako prostředek pro přenos tepla.
V medicíně se někdy helium používá na pomoc pacientům s plicními problémy, jako jsou ucpané dýchací cesty, astma a CHOPN. Hélium umožňuje lepší penetraci plynu do distálních alveol v plicích, proto se používá k plicní ventilaci, pokud je to z lékařského hlediska nutné. Helium se také používá pro testování plicních funkcí. Helium se také používá při některých laparoskopických operacích místo oxidu uhelnatého. Hélium se někdy používá jako označení pro zobrazování. Někdy se hélium používá k operaci otevřeného srdce, smíchá se s kyslíkem a používá se jako mlha pro plíce. Helium se také používá k chlazení supravodivých magnetů v MRI skenerech. Radiační monitory také používají helium.
Věděli jste, že helium je pro potápěče důležité? Helium nahrazuje dusík v potápěčských směsích plynů, takže potápěči mohou jít hlouběji pod vodu bez negativních účinků na centrální nervový systém. Bez této směsi by potápěči mohli trpět tlakovými účinky s podmínkou zvanou „ohyby“.
Existuje mnoho vědeckých použití helia. Velký hadronový urychlovač používá k chlazení helium. Helium bylo použito k objevení Higgsova bosonu, významného průlomu ve fyzice. Používá se ve spektrometrech nukleární magnetické rezonance. Supravodiče mohou fungovat, pouze pokud jsou obklopeny extrémním chladem helia a helium se v kosmickém průmyslu používá k chlazení satelitních nástrojů a chladicí kapaliny pro kosmické lodě. Meteorologové používají k pozorování počasí meteorologické balóny naplněné heliem. Skenovací elektronové mikroskopy někdy používají hélium pro lepší rozlišení obrazu.
Helium také hraje důležitou roli v bezpečnosti vozidel. Slouží k naplnění airbagů v případě nárazu vozidla.
Helium je skladováno a přepravováno v kapalné formě a je extrémně chladné. Díky nedostatečné reaktivitě je ideální pro ochranné prostředí. Nikdy nemanipulujte s heliem přímo. Je tak neuvěřitelně chladno, že může způsobit nebezpečné omrzliny.
Kde se helium nachází v každodenním životě?
Najdete helium používané v každodenním životě v různých formách. Používá se jako zvedací prostředek, v balóncích, v potápěčských směsích a v optických vláknech. Svářeči používají ke svařování oblouků ve stavebnictví helium. Lékaři a chirurgové používají helium na pomoc pacientům s plicními a srdečními výkony. Když navštívíte obchod s potravinami a vaše potraviny jsou naskenovány, pravděpodobně pozorujete hélium-neonové lasery. Pokud někdy uvidíte vzducholoď plující nad hlavou, můžete si být jisti, že je držena ve vzduchu heliem. Zjistěte, zda můžete během dne zaznamenat použití helia v každodenním životě.
Je helium výbušný plyn?
Helium není výbušný plyn. Je klasifikován jako nehořlavý, což znamená, že helium nemůže hořet. Je extrémně chladný v kapalné formě, tak chladný, že zmrazuje další plyny. Pokud je však jeho nádoba vystavena teplu, může nádoba sama prasknout. Zkapalněné hélium může při umístění do vody prudce vařit, což může vést k velkému tlaku uvnitř nádob, což zvyšuje riziko, že nádoby mohou pod tlakem explodovat. Ale samo o sobě helium nevybuchne.
Jaké jsou důsledky vdechování helia?
Možná jste slyšeli vtipný zvuk někoho, kdo dýchá trochu hélia z balónu. Dýchání hélia mění výšku lidského hlasu, takže je mnohem vyšší, pisklavý a karikaturní. Problém v tom je, že když dýcháte hélium z balónu, nedýcháte vzduch. Lidská těla potřebují dýchat vzduch, aby správně fungovala a aby v mozku a těle dostávala kyslík tam, kde je to potřeba. I vdechnutí malého množství helia může způsobit závratě. Může však také způsobit ztrátu vědomí a udušení. Pokračující dýchání helia může dokonce vést ke smrti anoxií, což znamená hladovění kyslíku z těla.