Helium on alkuaine, joka tunnetaan jalokaasuna. Se on väritöntä ja hajutonta, ja sitä esiintyy kaikkialla maailmankaikkeudessa. Saatat tietää heliumista kelluvista helium-ilmapalloista. Helium-alkuaineella on kuitenkin paljon enemmän käyttötarkoituksia kuin puolueen ilmapalloilla. Sitä käytetään myös auton turvatyynyissä, korkean teknologian laitteissa, lääkinnällisissä laitteissa ja lentokoneissa. Helium on edelleen tärkeä osa modernia elämää, vaikka et näe sitä suoraan.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Helium on maailmankaikkeuden toiseksi yleisin alkuaine. Vaikka et näe tai haista sitä, heliumia käytetään monissa jokapäiväisissä käyttötarkoituksissa, tekniikassa, lääketieteessä ja jopa autoissa.
Miksi helium on tärkeä maailmalle?
Heliumin merkityksen ymmärtäminen maailmalle auttaa oppimaan lisää alkuaineen ominaisuuksista. Lisäksi on tärkeää oppia sen historiasta ja siitä, miten sen toimituskysymykset näkyvät nykyajan elämässä.
Helium on alkuaine, joka esiintyy kaasumaisessa muodossa. Sen atomisymboli on ”Hän” ja sen atominumero on 2 jaksollisessa taulukossa. Heliumin sulamispiste on alhaisin kaikista alkuaineista, ja sen kiehumispiste on -452 Fahrenheit-astetta. Vain helium voi pysyä nestemäisenä, vaikka sen lämpötila laskisi. Se jähmettyy vain äärimmäisessä paineessa. Nämä ominaisuudet tekevät heliumista välttämätöntä tietyille uudemmille tekniikoille, kuten suprajohtaville materiaaleille.
Helium-alkuaine on maailmankaikkeudessa sen jälkeen runsaasti vetyä. Heliumia on jokaisessa tähdessä, ja sitä on eniten kuumimmissa tähdissä. Se syntyy tähtien ydinfuusioreaktioista. Itse asiassa helium löydettiin ensin tutkittaessa omaa tähtemme, aurinkoa. Heliumia esiintyy auringossa; se on olennainen osa ja siksi tärkeä maailmalle.
Helium löydettiin vasta 18. elokuuta 1868. Ranskalainen astrofyysikko nimeltä Pierre Jules Cesar Janssen käytti uutta tähtitieteellistä laitetta, nimeltään spektroskooppia, tarkkailemaan valon aallonpituuksia. Spektroskooppi esitti spektrit tai valon aallonpituudet värinauhoina. Tarkkailemalla pimennynyttä aurinkoa spektroskoopilla Janssen löysi aallonpituuden auringon valossa joka ei vastannut mitään muuta maapallolta löydettyä elementtiä kirkkaan keltaisena linja. Janssen tajusi löytäneensä uuden elementin. Toinen tähtitieteilijä, englantilainen Norman Lockyer, teki myös tämän havainnon katsellessaan aurinkoa. Molemmat olivat havainneet heliumin alkuaineen, jonka Lockyer nimitti kreikkalaisen aurinkosanan mukaan. Lopulta, vuonna 1882, heliumia todellakin löydettiin maapallolta, Vesuviuksen vuoresta, kun fyysikko Luigi Palmieri löysi kirkkaan keltaiset spektrit analysoidessaan laavaa. Myöhemmin William Ramsay suoritti kokeita, jotka osoittautuivat maapallolla olevan heliumia; hän havaitsi, että kun alkuaali radium hajosi, se tuotti heliumia. Per Teodor Cleve ja Nils Abraham Langer estäisivät heliumin atomipainon vuonna 1895.
Heliumin tutkiminen auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin paitsi maapalloa myös muita planeettoja. Aurinkokunnassa tutkijat löysivät heliumin jättiläisten kaasuplaneettojen Jupiterin ja Saturnuksen ilmakehästä. Saturnuksessa eräänlainen heliumsade, sekoitettuna nestemäiseen veteen, putoaa ilmakehään äärimmäisessä lämpötilan ja paineen ympäristössä. Tutkijoiden mielestä tämä helium “sade” putoaa planeetan ytimeen. Sen vapauttama painovoimaenergia voi olla se, mikä saa Saturnuksen loistamaan niin kirkkaasti, ominaisuus, joka on hämmentänyt tutkijoita vuosia.
Ajan myötä tutkijat oppivat lisää heliumin ominaisuuksista. Heliumin kuvaus on, että se on väritöntä ja hajutonta ja ilmaa kevyempää. Siksi heliumilla täytetyt ilmapallot kelluvat, eikä heliumi ole kovin vesiliukoista. Elementin inertit ominaisuudet esiintyvät usein heliumin kuvauksessa. Historiallisesti pidetty kemiallisesti inertinä, se ei yleensä reagoi muiden alkuaineiden kanssa. Helium ei halua luopua kahdesta elektronistaan; se pysyy vakaana elektronikuorensa kanssa. Tämän vuoksi helium on luokiteltu yhdeksi jaloista kaasuista sekä neonista, argonista, radonista ja muista jaksollisen järjestelmän jalokaasuista.
Äskettäin tutkijat havaitsivat, että helium ei ole täysin inertti, kuten aiemmin ajateltiin. Tutkittuaan heliumin ja natriumin alkuaineista valmistettuja kiteitä tutkijat havaitsivat, että helium voi yhdistää muiden atomien kanssa samalla kun se ei jaa elektronejaan, toisin sanoen, se yhdistyy muiden atomien kanssa, mutta ei muodosta kemiallisia sidoksia prosessissa. Sen sijaan se suojaa positiivisesti varautuneita atomeja toisiltaan ja torjuu hylkivävoiman, joka normaalisti työntää ne erilleen. Helium ja vety puristuvat äärimmäisessä paineessa, kuten maapallon ytimessä, ja muodostavat vakaita yhdisteitä. Tutkijat voivat paljastaa kiehtovammat elementit heliumista ja siitä, tuleeko se edelleen olemaan on mahdollista pitää sitä todella inertinä tai jos se todella voi muodostaa pysyviä yhdisteitä äärimmäisissä olosuhteissa ympäristöissä.
Ilmakehässä helium on keskittynyt vain noin yhteen osaan 200 000: sta. Heliumin poistaminen ilmasta ei ole käytännöllistä, kustannustehokasta tai tehokasta, joten ihmiset eivät hanki heliumia. Sen sijaan heliumia tuotetaan maakaasusta. Epäpuhtaudet, kuten vesi, sulfidit ja hiilidioksidit, on ensin poistettava ja sitten syntynyt raaka helium, joka sisältää edelleen muita alkuaineita, kuten argonia, neonia, vetyä ja typpeä, puhdistetaan korkealla paineet. Tämä raakaöljy jäähdytetään sitten. Argoni ja typpi nesteytetään, ja lopulta typpi haihtuu. Helium erottuu neonista, typestä ja vedystä. Lisäsuodatus aktiivihiilellä poistaa muita kaasuja.
Heliumia löytyy joistakin maakaasuesiintymistä ympäri maailmaa. Sitä ei kuitenkaan ole jokaisessa maakaasuesiintymässä. Yhdysvalloissa heliumia uutetaan Kansasin, Oklahoman ja Teksasin kaivoista. Pelkästään Texasissa on Federal Helium Reserve, Yhdysvaltojen päähuolto. Tämä tarjonta kuitenkin vähenee ajan myötä. Tansaniassa on myös suuri heliumiesiintymä. Maailmassa on nyt vain 14 kasveja, jotka puhdistavat heliumia. Heliumia löytyy myös hajoavista radioaktiivisista mineraaleista. Se on luonnollisesti valmistettu berylliumin ja litiumin kosmisesta ja röntgenpommituksesta.
Heliumin supistumisesta on tullut tärkeä kysymys. Riippuvuus heliumista nykyaikaisessa tekniikassa on lisääntynyt ja tarjonta vähentynyt. Tutkijat pyrkivät tekemään heliumin tuotannosta tehokkaampaa ja kestävämpää. Uudet menetelmät, kuten heliumin kierrätys ja nesteytys, saattavat toimia pienessä mittakaavassa, mikä voi auttaa tutkijoita. Tämä voi auttaa vähentämään heliumin kustannuksia, kun sen tarjonta laskee.
Heliumin löytäminen on johtanut moniin upeisiin innovaatioihin. Lopulta ilmaantuu monia heliumin käyttötarkoituksia. Heliumin merkitys nykyaikaisessa elämässä on valtava tekniikan, lääketieteen ja tutkimuksen aloilla.
Mihin heliumia käytetään?
Heliumia on monia käyttötarkoituksia. Tietysti sitä käytetään täyttämään puolueen ilmapalloja, jotka ilahduttavat lapsia ja aikuisia ympäri maailmaa. Helium korvasi vedyn ilmalaivoissa sen jälkeen, kun vety havaittiin olevan erittäin reaktiivinen. Heliumia käytetään lääketieteessä, tieteellisessä tutkimuksessa, kaarihitsauksessa, jäähdytyksessä, kaasu lentokoneissa, jäähdytysneste ydinreaktoreissa, kryogeeninen tutkimus ja kaasuvuotojen havaitseminen. Sitä käytetään jäähdytysominaisuuksiensa vuoksi, koska sen kiehumispiste on lähellä absoluuttista nollaa. Tämä tekee siitä houkuttelevan käytettäväksi suprajohteissa. Heliumia käytetään myös rakettien ja muiden avaruusalusten paineistamiseen. Sitä käytetään myös lämmönsiirtoaineena.
Lääketieteessä joskus heliumia käytetään potilaille, joilla on keuhkosairauksia, kuten hengitysteiden tukkeutuminen, astma ja keuhkoahtaumatauti. Helium mahdollistaa paremman kaasun tunkeutumisen keuhkojen distaalisiin alveoleihin, joten sitä käytetään keuhkojen ilmanvaihtoon, kun se on lääketieteellisesti tarpeen. Heliumia käytetään myös keuhkojen toiminnan testaamiseen. Heliumia käytetään myös joissakin laparoskooppisissa leikkauksissa hiilimonoksidin sijasta. Heliumia käytetään joskus merkinnöissä kuvantamiseen. Joskus heliumia käytetään avoimen sydämen leikkaukseen, sekoitettuna hapen kanssa ja sitä käytetään sumuna keuhkoihin. Heliumia käytetään myös suprajohtavien magneettien jäähdyttämiseen MRI-skannereissa. Säteilymittarit käyttävät myös heliumia.
Tiesitkö, että helium on tärkeä sukeltajille? Helium korvaa typen sukelluskaasuseoksissa, jotta sukeltajat voivat mennä syvemmälle veden alle ilman negatiivisia keskushermostovaikutuksia. Ilman tätä seosta sukeltajat voivat kärsiä paineista, joita kutsutaan taivutuksiksi.
Heliumia on lukuisia tieteellisiä käyttötarkoituksia. Suuri Hadron Collider käyttää heliumia jäähdytystarkoituksiin. Heliumia käytettiin Higgsin bosonin löytämiseen, mikä on merkittävä läpimurto fysiikassa. Sitä käytetään ydinmagneettisen resonanssin spektrometrit. Suprajohteet voivat toimia vain, jos niitä ympäröi heliumin äärimmäinen kylmä, ja heliumia on käytetty avaruusteollisuudessa satelliittivälineiden jäähdytykseen ja avaruusalusten polttoaineen jäähdytysnesteeseen. Meteorologit käyttävät säähavaintoihin heliumilla täytettyjä ilmapalloja. Skannaavat elektronimikroskoopit käyttävät joskus heliumia parempaan kuvan tarkkuuteen.
Heliumilla on myös tärkeä rooli ajoneuvoturvallisuudessa. Sitä käytetään turvatyynyjen täyttämiseen, jos ajoneuvo kaatuu.
Heliumia varastoidaan ja lähetetään nestemäisessä muodossa, ja se on erittäin kylmä. Sen reaktiivisuuden puute tekee siitä ihanteellisen suojaavissa ympäristöissä. Älä koskaan käsittele heliumia suoraan. Se on niin uskomattoman kylmä, että se voi aiheuttaa vaarallisia paleltumia.
Missä heliumia löytyy arjesta?
Löydät jokapäiväisessä elämässä käytettyä heliumia eri muodoissa. Sitä käytetään nostoaineena, puolueen ilmapalloissa, sukellusseoksissa ja optisissa kuiduissa. Hitsaajat käyttävät heliumia kaarien hitsaamiseen rakentamisessa. Lääkärit ja kirurgit käyttävät heliumia auttamaan potilaita, joilla on keuhko- ja sydäntoimenpiteet. Kun vierailet ruokakaupassa ja päivittäistavarasi skannataan, havaitset todennäköisesti helium-neonlasereita. Jos joskus näet välähdyksen purjehtivan yläpuolella, voit olla varma, että helium pitää sitä korkealla. Katso, pystytkö havaitsemaan heliumin käytön jokapäiväisessä elämässäsi päivälläsi.
Onko helium räjähtävä kaasu?
Helium ei ole räjähtävä kaasu. Se on luokiteltu palamattomaksi, mikä tarkoittaa, että helium ei voi palaa. Se on nestemäisessä muodossaan erittäin kylmä, niin kylmä, että se jäätyy muita kaasuja. Kuitenkin, jos sen säiliö altistuu lämmölle, säiliö itse voi rikkoutua. Nestemäinen helium voi kiehua voimakkaasti veteen asetettuna, mikä voi johtaa suuriin paineisiin astioiden sisällä, mikä lisää riskiä, että astiat voivat räjähtää paineesta. Mutta yksinään helium ei räjähdä.
Mitkä ovat heliumin hengittämisen seuraukset?
Olet ehkä kuullut humoristisen äänen, jonka joku hengittää ilmapallosta hieman heliumia. Heliumin hengittäminen muuttaa ihmisäänen sävelkorkeuden, mikä tekee siitä paljon korkeamman, kirisevämmän ja sarjakuvamainen. Tämän tekemisen ongelmana on, että kun hengität heliumia ilmapallosta, et hengitä ilmaa. Ihmiskehon on hengitettävä ilmaa toimiakseen kunnolla ja saadakseen happea sinne, missä sitä tarvitaan aivoissa ja kehossa. Jopa pienen määrän heliumin hengittäminen voi aiheuttaa huimausta. Mutta se voi myös aiheuttaa tajunnan menetyksen ja tukehtumisen. Heliumin jatkuva hengitys voi jopa johtaa anoksiian aiheuttamaan kuolemaan, mikä tarkoittaa hapen nälkää kehosta.