Helium er et element kendt som ædelgas. Det er farveløst og lugtfrit, og det er udbredt i hele universet. Du ved måske om helium fra heliumballoner, der flyder. Elementet helium har dog mange flere anvendelser end festballoner. Det bruges også i bilairbags, højteknologisk udstyr, medicinsk udstyr og fly. Helium er fortsat en vigtig komponent i det moderne liv, selvom du ikke kan se det direkte.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Helium er det næstmest forekommende element i universet. Mens du ikke kan se eller lugte det, findes helium i mange hverdagsbrug inden for teknologi, medicin og endda i biler.
Hvorfor er helium vigtigt for verden?
For at forstå heliums betydning for verden hjælper det med at lære mere om elementets egenskaber. Derudover er det afgørende at lære om dets historie, og hvordan dens udbudsproblemer indgår i aspekter af det moderne liv.
Helium er et element, der findes i gasform. Dets atomsymbol er "Han", og dets atomnummer er 2 i det periodiske system. Heliums smeltepunkt er det laveste af alle grundstoffer, og dets kogepunkt er -452 grader Fahrenheit. Kun helium kan forblive flydende, selvom dets temperatur sænkes. Det størkner kun under ekstremt pres. Disse egenskaber gør helium uundværlig for visse nyere teknologier såsom superledende materialer.
Elementet helium er kun det andet efter brint i dets overflod i universet. Helium findes i hver stjerne, og det er mest rigeligt i de meget hotte stjerner. Det er fremstillet af kernefusionsreaktioner i stjerner. Faktisk blev helium først opdaget, mens vi studerede vores egen stjerne, solen. Helium er udbredt i solen; det er et væsentligt element og derfor vigtigt for verden.
Helium blev først opdaget den 18. august 1868. En fransk astrofysiker ved navn Pierre Jules Cesar Janssen brugte en ny astronomisk enhed kaldet et spektroskop til at observere lysbølgelængder. Spektroskopet viste spektrene eller lysbølgelængderne som farvebånd. Mens han observerede den formørkede sol med et spektroskop, fandt Janssen en bølgelængde i solens lys der ikke svarede til noget andet element, der endnu findes på Jorden i form af en lysegul linje. Janssen indså, at han havde opdaget et nyt element. En anden astronom, engelskmanden Norman Lockyer, gjorde også denne observation, mens han så solen. Begge havde observeret elementet helium, som Lockyer opkaldte efter det græske ord for solen. Til sidst i 1882 blev helium faktisk opdaget på Jorden i lavaen på Vesuvius, da fysikeren Luigi Palmieri fandt de lyse gule spektre, mens han analyserede lavaen. Senere gennemførte William Ramsay eksperimenter, der beviste, at helium eksisterede på Jorden; han fandt ud af, at når grundstof radium henfaldt, producerede det helium. Per Teodor Cleve og Nils Abraham Langer ville i 1895 afskrække heliums atomvægt.
At studere helium hjælper forskere med bedre at forstå ikke kun jorden, men også de andre planeter. I solsystemet opdagede forskere helium i atmosfæren på de kæmpe gasplaneter Jupiter og Saturn. På Saturn falder en slags heliumregn blandet med flydende brint i atmosfæren i et ekstremt miljø med temperatur og tryk. Forskere mener, at dette helium "regn" falder til kernen på planeten. Dens frigjorte gravitationspotentiale er måske det, der får Saturn til at skinne så skarpt, en funktion der har forundret forskere i årevis.
Over tid lærte forskere mere om egenskaberne ved helium. Beskrivelsen af helium er, at det er farveløst og lugtfrit og lettere end luft. Dette er grunden til, at heliumfyldte balloner flyder, og helium er ikke særlig opløseligt i vand. Elementets inerte kvaliteter findes ofte i beskrivelsen af helium. Historisk betragtet som kemisk inert, har det en tendens til ikke at reagere med andre elementer. Helium ønsker ikke at opgive sine to elektroner; den forbliver stabil med sin elektronskal. På grund af dette er helium kategoriseret som en af de ædle gasser sammen med neon, argon, radon og andre ædelgasser på det periodiske system.
For nylig opdagede forskere, at helium ikke er helt inaktivt, som man engang troede. Efter at have opdaget krystaller fremstillet af grundstofferne helium og natrium, fandt forskerne, at helium kan kombineres med andre atomer mens den ikke deler sine elektroner - med andre ord kombineres den med andre atomer, men danner ikke kemiske bindinger i processen. I stedet beskytter det positivt ladede atomer fra hinanden og modvirker den frastødende kraft, der normalt skubber dem fra hinanden. Under ekstremt tryk, som f.eks. Ved jordens kerne, komprimeres helium og brint og danner stabile forbindelser. Forskere kan muligvis afdække mere fascinerende aspekter af elementet helium, og om det stadig vil være muligt at betragte det som inaktivt, eller hvis det virkelig kan danne stabile forbindelser i ekstremitet miljøer.
I atmosfæren koncentreres helium kun i ca. 1 del i 200.000. Det er ikke praktisk, omkostningseffektivt eller effektivt at udvinde helium fra luften, så det er ikke sådan, folk får helium. I stedet fremstilles helium af naturgas. Urenheder som vand, sulfider og kuldioxid skal først fjernes og derefter den resulterende råolie helium, som stadig indeholder andre grundstoffer som argon, neon, hydrogen og nitrogen, renses ved høj tryk. Denne råolie afkøles derefter superkølet. Argon og kvælstof flydende, og til sidst fordamper nitrogen. Helium adskilles fra neon, nitrogen og hydrogen. Yderligere filtrering med aktivt kul fjerner andre gasser.
Helium findes i nogle naturgasforekomster rundt om i verden. Det er dog ikke i enhver naturgasaflejring. I USA ekstraheres helium fra brønde i Kansas, Oklahoma og Texas. Texas alene huser Federal Helium Reserve, hovedforsyningen til USA. Denne forsyning er dog faldende over tid. En stor aflejring af helium findes også i Tanzania. Der er nu kun 14 planter i verden, der forædler helium. Helium findes også i forfaldne radioaktive mineraler. Det er naturligt lavet af kosmisk og røntgenbombardement af beryllium og lithium.
Den skrumpende forsyning af helium er blevet et stort problem. Afhængigheden af helium i moderne teknologi er steget, og udbuddet faldt som et resultat. Forskere arbejder på at gøre heliumproduktion mere effektiv og bæredygtig. Nye metoder som genanvendelse og genfordampning af helium kan fungere i lille skala, der kan hjælpe forskere. Dette kan hjælpe med at reducere omkostningerne ved helium, når dets levering falder.
Opdagelsen af helium har ført til mange store nyskabelser. Til sidst ville mange anvendelser af helium opstå. I det moderne liv er heliums betydning stor inden for teknologi, medicin og forskning.
Hvad bruges helium til?
Der er mange anvendelser af helium. Selvfølgelig bruges det til at fylde festballoner, der glæder børn og voksne over hele verden. Helium erstattede brint i luftskibe, efter at brint viste sig at være meget reaktivt. Helium bruges til medicin, videnskabelig forskning, lysbuesvejsning, køling, gas til fly, kølevæske til atomreaktorer, kryogen forskning og påvisning af gaslækager. Det bruges til dets køleegenskaber på grund af dets kogepunkt er tæt på absolut nul. Dette gør det attraktivt til brug i superledere. Helium bruges også til raketter og andet rumfartøj under tryk. Det bruges også som et varmeoverføringsmiddel.
I medicin bruges undertiden helium til at hjælpe patienter med lungeproblemer som tilstoppede luftveje, astma og KOL. Helium muliggør bedre gasindtrængning til de distale alveoler i lungerne, så det bruges til lungeventilation, når det er medicinsk nødvendigt. Helium bruges også til lungefunktionstest. Helium bruges også i nogle laparoskopiske operationer i stedet for kulilte. Helium bruges undertiden som et mærke til billeddannelse. Nogle gange bruges helium til åben hjerteoperation blandet med ilt og brugt som en tåge for lungerne. Helium bruges også til at afkøle de superledende magneter i MR-scannere. Strålingsmonitorer bruger også helium.
Vidste du, at helium er vigtigt for dykkere? Helium erstatter kvælstof i dykkegasblandinger, så dykkere kan gå dybere under vand uden negative effekter på centralnervesystemet. Uden denne blanding kunne dykkere lide af trykeffekter med den tilstand, der kaldes "bøjningerne".
Der er adskillige videnskabelige anvendelser af helium. Large Hadron Collider bruger helium til køling. Helium blev brugt til at opdage Higgs boson, et stort gennembrud inden for fysik. Det bruges i kernemagnetiske resonansspektrometre. Superledere kan kun arbejde, hvis de er omgivet af ekstrem kulde af helium, og helium er blevet brugt i rumindustrien til køling af satellitinstrumenter og brændstofkølevæske til rumfartøjer. Meteorologer bruger heliumfyldte vejrballoner til vejrobservationer. Scanningselektronmikroskoper bruger undertiden helium til bedre billedopløsning.
Helium spiller også en vigtig rolle i køretøjssikkerheden. Det bruges til at fylde airbags, hvis et køretøj går ned.
Helium opbevares og sendes i flydende form, og det er ekstremt koldt. Dens manglende reaktivitet gør den ideel til beskyttende miljøer. Håndter aldrig helium direkte. Det er så utroligt koldt, at det kan forårsage farlig forfrysninger.
Hvor findes helium i hverdagen?
Du kan finde helium brugt i hverdagen i forskellige former. Det bruges som et løftemiddel, i festballoner, i dykningsblandinger og i optiske fibre. Svejsere bruger helium til svejsning af buer i konstruktionen. Læger og kirurger bruger helium til at hjælpe patienter med lunge- og hjerteprocedurer. Når du besøger en købmand, og dine dagligvarer scannes, observerer du sandsynligvis heliumneonlasere. Hvis du nogensinde ser et blimp sejle over hovedet, kan du være sikker på, at det holdes højt af helium. Se om du kan få øje på brugen af helium i hverdagen, når du går om dagen.
Er Helium en eksplosiv gas?
Helium er ikke en eksplosiv gas. Det er klassificeret som ikke-brændbart, hvilket betyder, at helium ikke kan brænde. Det er ekstremt koldt i flydende form, så koldt, at det fryser andre gasser. Men hvis beholderen udsættes for varme, kan selve beholderen sprænge. Flydende helium kan koge voldsomt, når det placeres i vand, og dette kan føre til stort tryk inde i beholdere, hvilket øger risikoen for, at beholderne eksploderer fra trykket. Men i sig selv eksploderer helium ikke.
Hvad er konsekvenserne af inhalation af helium?
Du har måske hørt den humoristiske lyd af nogen, der trækker vejret lidt helium fra en ballon. Åndedrætshelium ændrer tonehøjden for den menneskelige stemme og gør den meget højere, knirkende og tegneserieagtig. Problemet med at gøre dette er, at når du indånder helium fra en ballon, trækker du ikke luft ind. Menneskekroppe har brug for at trække vejret luft for at fungere korrekt og for at få ilt, hvor det er nødvendigt i hjernen og kroppen. Selv vejrtrækning i en lille smule helium kan forårsage svimmelhed. Men det kan også medføre bevidsthedstab og forårsage kvælning. Fortsat vejrtrækning af helium kan endda føre til døden ved anoxi, hvilket betyder en sult af ilt fra kroppen.