Heelium on element, mida nimetatakse väärisgaasiks. See on värvitu ja lõhnatu ning see on levinud kogu universumis. Heeliumi kohta võite teada saada hõljuvatest heeliumi õhupallidest. Heliumelementi on aga palju rohkem kui peopallidel. Seda kasutatakse ka autode turvapadjades, kõrgtehnoloogilistes seadmetes, meditsiiniseadmetes ja lennukites. Heelium on jätkuvalt moodsa elu peamine komponent, kuigi te ei näe seda otseselt.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Heelium on universumi kõige arvukamalt teine element. Ehkki te ei näe seda ega nuusuta seda, on heelium paljudel igapäevastel kasutusaladel, nii tehnikas, meditsiinis kui isegi autodes.
Miks on heelium maailmale oluline?
Heeliumi olulisuse mõistmiseks maailmale aitab see rohkem teada elemendi omaduste kohta. Lisaks on ülioluline õppida tundma selle ajalugu ja seda, kuidas selle tarneprobleemid kaasnevad kaasaegse elu aspektidega.
Heelium on gaasi kujul eksisteeriv element. Selle aatomsümbol on “Ta” ja aatomnumber on perioodilisustabelis 2. Heeliumi sulamistemperatuur on kõigist elementidest madalaim ja selle keemistemperatuur on -452 kraadi Fahrenheiti. Ainult heelium võib vedelaks jääda ka siis, kui selle temperatuuri alandatakse. See tahkub ainult äärmisel rõhul. Need omadused muudavad heeliumi asendamatuks teatud uuemate tehnoloogiate, näiteks ülijuhtivate materjalide jaoks.
Element heelium on universumis oma rohkuse poolest vesiniku järel teisel kohal. Heelium eksisteerib igas tähes ja seda on kõige rohkem kõige kuumemates tähtedes. See on toodetud tähe tuumasünteesi reaktsioonides. Tegelikult avastati heelium kõigepealt meie enda tähte, päikest uurides. Heelium on levinud päikese käes; see on oluline element ja seetõttu oluline kogu maailmale.
Heelium avastati alles 18. augustil 1868. Prantsuse astrofüüsik nimega Pierre Jules Cesar Janssen kasutas valguse lainepikkuste vaatlemiseks uut astronoomilist seadet nimega spektroskoop. Spektroskoop kuvas värviribadena spektrid ehk valguse lainepikkused. Spektroskoopiga varjutatud päikest jälgides leidis Janssen päikesevalguses lainepikkuse mis ei vastanud ühelegi muule Maalt leitud elemendile erekollase kujul rida. Janssen mõistis, et oli avastanud uue elemendi. Teine astronoom, inglane Norman Lockyer, tegi selle tähelepaneku ka päikest vaadates. Mõlemad olid jälginud heeliumi elementi, mille Lockyer nimetas kreekakeelse päikese sõna järgi. Lõpuks, 1882. aastal, avastati heelium tegelikult Maalt, Vesuuvi mäe laavast, kui füüsik Luigi Palmieri leidis laava analüüsimisel erekollased spektrid. Hiljem viis William Ramsay läbi katseid, mis tõestasid heeliumi olemasolu Maal; ta leidis, et elemendi raadium lagunedes tekitas see heeliumi. Per Teodor Cleve ja Nils Abraham Langer hoiaksid heeliumi aatommassi 1895. aastal.
Heeliumi uurimine aitab teadlastel paremini mõista mitte ainult Maad, vaid ka teisi planeete. Päikesesüsteemis avastasid teadlased heeliumi hiiglaslike gaasiplaneetide Jupiteri ja Saturni atmosfäärist. Saturnil satub atmosfääri äärmuslikus temperatuuri- ja rõhukeskkonnas mingi heeliumvihm, mis on segatud vedela vesinikuga. Teadlaste arvates langeb see heeliumi “vihm” planeedi südamikku. Selle vallandunud gravitatsiooniline potentsiaalne energia võib olla see, mis paneb Saturni nii säravalt särama - see on teadlasi aastaid hämmeldanud.
Aja jooksul said teadlased heeliumi omaduste kohta rohkem teada. Heeliumi kirjeldus on see, et see on värvitu ja lõhnatu ning õhust kergem. Seetõttu ujuvad heeliumiga täidetud õhupallid ja heelium ei lahustu vees eriti. Elemendi inertsed omadused ilmnevad sageli heeliumi kirjelduses. Ajalooliselt peetakse seda keemiliselt inertseks, kuid see ei reageeri teiste elementidega. Heelium ei taha oma kahest elektronist loobuda; see püsib stabiilsena oma elektronkestaga. Seetõttu liigitatakse heelium perioodilisustabeli koos neooni, argooni, radooni ja muude väärisgaaside hulka ühe väärisgaasi hulka.
Hiljuti avastasid teadlased, et heelium pole täiesti inertne, nagu kunagi arvati. Heeliumi ja naatriumi elementidest valmistatud kristallide avastamisel leidsid teadlased, et heelium võib kombineerida teiste aatomitega samal ajal kui ta ei jaga oma elektrone - teisisõnu, see kombineerub teiste aatomitega, kuid ei loo selle käigus keemilisi sidemeid. Selle asemel kaitseb see positiivselt laetud aatomeid üksteise eest ja tõrjub tõrjuvat jõudu, mis neid tavaliselt lahutab. Äärmisel rõhul, nagu see võib olla Maa tuumas, suruvad heelium ja vesinik kokku ning moodustavad stabiilseid ühendeid. Teadlased võivad avastada heeliumi elemendi põnevamaid külgi ja seda, kas see ikkagi jääb seda on võimalik pidada tõeliselt inertseks või kui see võib äärmuslikult tõepoolest moodustada stabiilseid ühendeid keskkondades.
Atmosfääris on heelium kontsentreerunud ainult umbes 1 osasse 200 000-st. Heeliumi õhust eraldamine ei ole otstarbekas, tasuv ega otstarbekas, nii et inimesed ei saa heeliumi. Selle asemel toodetakse heeliumi maagaasist. Kõigepealt tuleb eemaldada sellised lisandid nagu vesi, sulfiidid ja süsinikdioksiidid ning seejärel saadud toorprodukt heelium, mis sisaldab endiselt muid elemente nagu argoon, neoon, vesinik ja lämmastik, puhastatakse kõrgel surved. Seejärel puhastatakse see toorõli ülijahutusega. Argoon ja lämmastik veelduvad ja lõpuks lämmastik aurustub. Heelium eraldub neoonist, lämmastikust ja vesinikust. Lisafiltreerimine aktiivsöega eemaldab muud gaasid.
Heeliumi võib leida mõnes maagaasimaardlas kogu maailmas. Seda ei ole siiski igas maagaasimaardlas. Ameerika Ühendriikides eraldatakse heelium Kansase, Oklahoma ja Texase kaevudest. Ainuüksi Texases asub föderaalne heeliumireserv, peamine varustus USA-s. See varustus aga aja jooksul väheneb. Tansaanias on ka suur heeliumi ladestus. Nüüd on maailmas ainult 14 taime, mis heeliumi viimistlevad. Heeliumi leidub ka lagunevates radioaktiivsetes mineraalides. See on looduslikult valmistatud berülliumi ja liitiumiga kosmilisest ja röntgenpommitusest.
Heeliumi varude vähenemisest on saanud suur probleem. Sõltuvus heeliumist moodsas tehnikas on suurenenud ja pakkumine seetõttu vähenenud. Teadlased töötavad heeliumi tootmise tõhustamise ja jätkusuutlikkuse nimel. Uudsed meetodid, nagu heeliumi ringlussevõtt ja uuesti vedeldamine, võivad töötada väikeses ulatuses, mis võib teadlastele abiks olla. See võib aidata heeliumi kulusid vähendada, kuna selle varu väheneb.
Heeliumi avastamine on toonud kaasa palju suuri uuendusi. Lõpuks ilmnevad paljud heeliumi kasutusalad. Tänapäeva elus on heeliumi tähtsus tehnoloogia, meditsiini ja teadusuuringute valdkonnas tohutu.
Milleks kasutatakse heeliumi?
Heeliumi kasutatakse palju. Loomulikult kasutatakse seda pidude õhupallide täitmiseks, mis rõõmustavad lapsi ja täiskasvanuid kogu maailmas. Heelium asendas õhulaevadel vesiniku pärast seda, kui vesinik oli väga reaktiivne. Heeliumi kasutatakse meditsiiniks, teadusuuringuteks, kaarkeevitamiseks, jahutamiseks, õhusõidukite gaasiks, tuumareaktorite jahutusvedelikuks, krüogeenseteks uuringuteks ja gaasilekete tuvastamiseks. Seda kasutatakse jahutusomaduste tõttu, kuna selle keemistemperatuur on absoluutse nulli lähedal. See muudab selle ülijuhtides kasutamiseks atraktiivseks. Heeliumi kasutatakse ka rakettide ja muude kosmosesõidukite survestamiseks. Seda kasutatakse ka soojusülekandeainena.
Meditsiinis kasutatakse mõnikord heeliumi kopsuprobleemidega patsientide, näiteks hingamisteede obstruktsiooni, astma ja KOKi raviks. Heelium võimaldab paremini tungida gaasi distaalsetesse alveoolidesse kopsudes, seega kasutatakse seda meditsiinilisel vajadusel kopsude ventilatsiooniks. Heeliumi kasutatakse ka kopsufunktsiooni testimiseks. Heeliumi kasutatakse ka mõnedes laparoskoopilistes operatsioonides süsinikmonooksiidi asemel. Heeliumi kasutatakse mõnikord pildistamise märgisena. Mõnikord kasutatakse heeliumi avatud südameoperatsioonide jaoks, segatakse hapnikuga ja kasutatakse kopsude uduna. Heeliumi kasutatakse ka ülijuhtivate magnetite jahutamiseks MRI skannerites. Kiirgusmonitorid kasutavad ka heeliumi.
Kas teadsite, et heelium on sukeldujate jaoks oluline? Heelium asendab sukelduvate gaaside segudes lämmastikku, nii et sukeldujad saavad vee alla minna ilma kesknärvisüsteemi negatiivsete mõjudeta. Selle segu puudumisel võivad sukeldujad kannatada rõhumõjude käes, mida nimetatakse paindumisteks.
Heeliumi on teaduslikult palju kasutatud. Suur Hadron Collider kasutab heeliumi jahutamiseks. Heeliumi kasutati Higgsi bosoni avastamiseks, mis oli suur läbimurre füüsikas. Seda kasutatakse tuuma magnetresonantsspektromeetrites. Ülijuhid saavad töötada ainult siis, kui neid ümbritseb heeliumi äärmuslik külm ning heeliumi on kosmosetööstuses kasutatud satelliitinstrumentide ja kosmosesõidukite jahutusvedeliku jahutamiseks. Meteoroloogid kasutavad ilmavaatlusteks heeliumiga täidetud ilmapalle. Skaneerivad elektronmikroskoobid kasutavad pildi parema eraldusvõime saavutamiseks mõnikord heeliumi.
Heelium mängib olulist rolli ka sõidukite ohutuses. Seda kasutatakse turvapatjade täitmiseks, kui sõiduk kukub alla.
Heeliumi hoitakse ja tarnitakse vedelal kujul ning see on äärmiselt külm. Selle vähene reaktiivsus muudab selle ideaalseks kaitsekeskkondades. Ärge kunagi käsitsege heeliumi otse. See on nii uskumatult külm, et võib põhjustada ohtlikke külmakahjustusi.
Kus leidub heeliumi igapäevaelus?
Igapäevaelus kasutatavat heeliumi leiate mitmel kujul. Seda kasutatakse tõsteainena, peopallides, sukeldumissegudes ja optilistes kiududes. Keevitajad kasutavad heeliumi kaaride keevitamiseks ehituses. Arstid ja kirurgid kasutavad heeliumi kopsu- ja südameprotseduuridega patsientide abistamiseks. Toidupoodi külastades ja teie toidukaupu skannitakse, jälgite tõenäoliselt heelium-neoonlasereid. Kui näete kunagi pea kohal purjetavat pilguheit, võite olla kindel, et heelium hoiab seda kõrgemal. Vaadake, kas saate oma päeva jooksul märgata heeliumi kasutamist igapäevaelus.
Kas heelium on plahvatusohtlik gaas?
Heelium ei ole plahvatusohtlik gaas. See on klassifitseeritud mittesüttivaks, mis tähendab, et heelium ei saa põleda. Vedelal kujul on see äärmiselt külm, nii külm, et külmutab teisi gaase. Kui aga selle anum on kuumuse käes, võib konteiner ise lõhkeda. Veeldatud heelium võib vette asetades ägedalt keeda ja see võib konteinerite sees põhjustada suurt rõhku, suurendades ohtu, et mahutid võivad rõhust plahvatada. Kuid iseenesest ei plahvata heeliumi.
Millised on heeliumi sissehingamise tagajärjed?
Võib-olla olete kuulnud humoorikat heli, kui keegi õhupallist natuke heeliumi sisse hingab. Heeliumi hingamine muudab inimese hääle kõrgust, muutes selle palju kõrgemaks, kriuksuvaks ja koomiksikõlblikuks. Selle tegemise probleem on see, et kui õhupallist heeliumi hingate, ei hingata te õhku. Inimkehad peavad korralikult toimimiseks hingama õhku ja saama hapnikku ajus ja kehas sinna, kus seda vaja on. Isegi väikeses koguses heeliumi sissehingamine võib põhjustada pearinglust. Kuid see võib põhjustada ka teadvuse kaotuse ja lämbumise. Heeliumi jätkuv hingamine võib põhjustada isegi hapnikupuuduse, mis tähendab kehast hapniku nälga.