Helij je element poznat kao plemeniti plin. Bez boje je i bez mirisa, a rasprostranjen je u cijelom svemiru. Možda znate o heliju iz helijevih balona koji plutaju. Element helij, međutim, ima mnogo više koristi od balona. Također se koristi u zračnim jastucima za automobile, visokotehnološkoj opremi, medicinskim uređajima i zrakoplovima. Helij je i dalje glavna komponenta modernog života, iako ga ne možete izravno vidjeti.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Helij je drugi najrasprostranjeniji element u svemiru. Iako ga ne možete vidjeti ili osjetiti, helij se pojavljuje u mnogim svakodnevnim primjenama, u tehnologiji, medicini, pa čak i u automobilima.
Zašto je helij važan za svijet?
Da bismo razumjeli važnost helija za svijet, pomaže naučiti više o svojstvima elementa. Uz to, ključno je naučiti o njegovoj povijesti i kako se pitanja opskrbe uključuju u aspekte modernog života.
Helij je element koji postoji u obliku plina. Njegov atomski simbol je "He", a atomski broj je 2 na periodnom sustavu. Talište helija je najniže od svih elemenata, a njegovo vrelište je -452 stupnjeva Fahrenheita. Samo helij može ostati tekuć čak i ako mu je temperatura snižena. Stvrdnut će se samo pod ekstremnim pritiskom. Ova svojstva čine helij nezamjenjivim za neke novije tehnologije poput supravodljivih materijala.
Element helij na drugom je mjestu vodika po svojoj obilnosti u svemiru. Helij postoji u svakoj zvijezdi, a najviše ga ima u najtoplijim zvijezdama. Nastaje iz reakcija nuklearne fuzije u zvijezdama. Zapravo, helij je prvi otkriven tijekom proučavanja naše vlastite zvijezde, sunca. Na suncu prevladava helij; to je bitan element i stoga važan za svijet.
Helij je otkriven tek 18. kolovoza 1868. godine. Francuski astrofizičar Pierre Jules Cesar Janssen koristio je novi astronomski uređaj nazvan spektroskop za promatranje valnih duljina svjetlosti. Spektroskop je prikazao spektre ili valne duljine svjetlosti kao trake boja. Dok je promatrao pomračeno sunce spektroskopom, Janssen je pronašao valnu duljinu u sunčevoj svjetlosti koji nije odgovarao nijednom drugom elementu koji se još nalazi na Zemlji, u obliku svijetlo žute boje crta. Janssen je shvatio da je otkrio novi element. Drugi astronom, Englez Norman Lockyer, također je izvršio ovo promatranje dok je promatrao sunce. Oboje su promatrali element helij, koji je Lockyer nazvao prema grčkoj riječi za sunce. Na kraju, 1882. godine helij je zapravo otkriven na Zemlji, u lavi Vezuva, kada je fizičar Luigi Palmieri pronašao svijetložute spektre dok je analizirao lavu. Kasnije je William Ramsay proveo eksperimente koji su dokazali da helij postoji na Zemlji; otkrio je da kad se element radij raspada, stvara helij. Po Teodoru Cleveu i Nilsu Abraham Langer bi 1895. odredio atomsku težinu helija.
Proučavanje helija pomaže znanstvenicima da bolje razumiju ne samo Zemlju, već i ostale planete. U Sunčevom sustavu znanstvenici su otkrili helij u atmosferi divovskih plinskih planeta Jupiter i Saturn. Na Saturnu, vrsta helijske kiše, pomiješana s tekućim vodikom, pada u atmosferu u ekstremnom okruženju temperature i tlaka. Znanstvenici misle da ova helijska "kiša" pada u srž planeta. Njegova oslobođena gravitacijska potencijalna energija možda je ono zbog čega Saturn sja tako sjajno, značajka koja znanstvenike zbunjuje godinama.
S vremenom su znanstvenici saznali više o svojstvima helija. Opis helija je da je bez boje i mirisa te je lakši od zraka. Zbog toga baloni punjeni helijem plutaju, a helij nije jako topljiv u vodi. Inertne osobine elementa često se pojavljuju u opisu helija. Povijesno smatran kemijski inertnim, obično ne reagira s drugim elementima. Helij se ne želi odreći svoja dva elektrona; ostaje stabilan sa svojom elektronskom ljuskom. Zbog toga je helij kategoriziran kao jedan od plemenitih plinova, zajedno s neonom, argonom, radonom i ostalim plemenitim plinovima na periodnom sustavu.
Nedavno su znanstvenici otkrili da helij nije potpuno inertan, kako se nekada mislilo. Otkrivajući kristale izrađene od elemenata helija i natrija, istraživači su otkrili da se helij može kombinirati s drugim atomima iako ne dijeli svoje elektrone - drugim riječima, kombinira se s drugim atomima, ali u tom procesu ne stvara kemijske veze. Umjesto toga, štiti pozitivno nabijene atome jedni od drugih i suprotstavlja se odbojnoj sili koja ih normalno razdvaja. Pod ekstremnim pritiskom, kakav bi mogao biti u srži Zemlje, helij i vodik se sabijaju i tvore stabilne spojeve. Znanstvenici mogu otkriti fascinantnije aspekte elementa helij i hoće li to i dalje biti moguće smatrati doista inertnim ili ako zaista može stvoriti stabilne spojeve u ekstremnim uvjetima okruženja.
U atmosferi je helij koncentriran samo u približno jednom dijelu od 200 000. Nije praktično, isplativo ili učinkovito vaditi helij iz zraka, pa to nije način na koji ljudi dobivaju helij. Umjesto toga, helij se proizvodi iz prirodnog plina. Prvo se moraju ukloniti nečistoće poput vode, sulfida i ugljikovih dioksida, a zatim i sirova helij, koji još uvijek sadrži druge elemente poput argona, neona, vodika i dušika, pročišćava se na visokoj razini pritisci. Zatim se ta sirova nafta super ohladi. Argon i dušik su ukapljeni, a na kraju dušik isparava. Helij se odvaja od neona, dušika i vodika. Dodatno filtriranje aktivnim ugljenom uklanja ostale plinove.
Helij se može naći u nekim ležištima prirodnog plina širom svijeta. Toga nema u svakom ležištu prirodnog plina. U Sjedinjenim Državama helij se vadi iz bušotina u Kansasu, Oklahomi i Teksasu. Samo u Teksasu nalazi se Federalni rezervat helija, glavna opskrba SAD-a. Ta se opskrba s vremenom smanjuje. Veliko ležište helija postoji i u Tanzaniji. Sada na svijetu postoji samo 14 biljaka koje rafiniraju helij. Helij se nalazi i u raspadajućim radioaktivnim mineralima. Prirodno je napravljen od kozmičkog i rentgenskog bombardiranja berilija i litija.
Smanjivanje zalihe helija postalo je glavno pitanje. Ovisnost o heliju u modernoj tehnologiji povećala se, a opskrba se time smanjila. Znanstvenici rade na tome da proizvodnju helija učine učinkovitijom i održivijom. Nove metode poput recikliranja i ponovnog ukapljivanja helija mogle bi djelovati u malim razmjerima koje mogu pomoći istraživačima. To može pomoći u smanjenju troškova helija jer njegova opskrba opada.
Otkriće helija dovelo je do mnogih velikih inovacija. Na kraju bi se pojavile mnoge upotrebe helija. U suvremenom životu važnost helija velika je u području tehnologije, medicine i istraživanja.
Za što se koristi helij?
Helij postoji na mnogo načina. Naravno, koristi se za punjenje balona za zabave koji oduševljavaju djecu i odrasle širom svijeta. Helij je zamijenio vodik u zračnim brodovima, nakon što je utvrđeno da je vodik vrlo reaktivan. Helij se koristi za medicinu, znanstvena istraživanja, elektrolučno zavarivanje, hlađenje, plin za zrakoplove, rashladnu tekućinu za nuklearne reaktore, kriogena istraživanja i otkrivanje curenja plina. Koristi se zbog svojstava hlađenja, jer je točka ključanja blizu apsolutne nule. To ga čini privlačnim za upotrebu u supravodnicima. Helij se koristi i za stvaranje raketa pod pritiskom i drugih svemirskih letjelica. Također se koristi kao sredstvo za prijenos topline.
U medicini se ponekad helij koristi za pomoć pacijentima s plućnim problemima poput začepljenja dišnih putova, astme i KOPB-a. Helij omogućuje bolji prodor plina u distalne alveole u plućima, pa se koristi za ventilaciju pluća kad je to medicinski potrebno. Helij se također koristi za ispitivanje plućne funkcije. Helij se također koristi u nekim laparoskopskim operacijama umjesto ugljičnog monoksida. Helij se ponekad koristi kao oznaka za snimanje. Ponekad se helij koristi za operaciju na otvorenom srcu, miješa se s kisikom i koristi kao magla za pluća. Helij se također koristi za hlađenje supravodljivih magneta u MRI skenerima. Monitori zračenja također koriste helij.
Jeste li znali da je helij važan za ronioce? Helij zamjenjuje dušik u mješavinama ronilačkih plinova, tako da ronioci mogu ići dublje pod vodom bez negativnih učinaka na središnji živčani sustav. Bez ove mješavine ronioci bi mogli patiti od utjecaja pritiska u stanju zvanom "zavoji".
Postoje brojne znanstvene primjene helija. Veliki hadronski sudarač koristi helij u svrhu hlađenja. Helij je korišten za otkrivanje Higgsovog bozona, velikog otkrića u fizici. Koristi se u spektrometrima nuklearne magnetske rezonancije. Superprovodnici mogu raditi samo ako su okruženi ekstremnom hladnoćom helija, a helij se koristi u svemirskoj industriji za hlađenje satelitskih instrumenata i rashladno sredstvo za gorivo svemirskih letjelica. Meteorolozi koriste vremenske balone punjene helijem za promatranje vremena. Skenirajući elektronski mikroskopi ponekad koriste helij za bolju razlučivost slike.
Helij također igra važnu ulogu u sigurnosti vozila. Koristi se za punjenje zračnih jastuka u slučaju pada vozila.
Helij se skladišti i otprema u tekućem obliku i izuzetno je hladan. Njegov nedostatak reaktivnosti čini ga idealnim za zaštitno okruženje. Nemojte nikada izravno rukovati helijem. Toliko je nevjerojatno hladno da može prouzročiti opasne smrzotine.
Gdje se helij nalazi u svakodnevnom životu?
Helij koji se koristi u svakodnevnom životu možete pronaći u raznim oblicima. Koristi se kao sredstvo za dizanje, u balonima za zabavu, u ronilačkim smjesama i u optičkim vlaknima. Zavarivači koriste helij za zavarivanje lukova u građevinarstvu. Liječnici i kirurzi koriste helij za pomoć pacijentima kod pluća i srca. Kada posjetite trgovinu i vaše se namirnice skeniraju, vjerojatno promatrate helij-neonske lasere. Ako ikada vidite nadmorski vrh koji plovi iznad vas, možete biti sigurni da ga helij drži iznad sebe. Provjerite možete li uočiti upotrebu helija u svakodnevnom životu dok provodite dan.
Je li helij eksplozivan plin?
Helij nije eksplozivan plin. Klasificiran je kao negoriv, što znači da helij ne može sagorjeti. Izuzetno je hladan u tekućem obliku, toliko hladan da ledi druge plinove. Međutim, ako je njegov spremnik izložen toplini, sam spremnik može puknuti. Ukapljeni helij može jako kipjeti kad se stavi u vodu, a to može dovesti do velikog pritiska unutar spremnika, povećavajući rizik da spremnici mogu eksplodirati od pritiska. Ali sam po sebi, helij neće eksplodirati.
Koje su posljedice udisanja helija?
Možda ste čuli šaljivi zvuk nekoga tko iz balona udiše malo helija. Helij koji udiše mijenja visinu tona ljudskog glasa, čineći ga mnogo višim, škripavim i crtanim. Problem je u tome što kada udišete helij iz balona, ne udišete zrak. Ljudska tijela trebaju disati zrak kako bi ispravno funkcionirala i kako bi došla do kisika tamo gdje je potreban u mozgu i tijelu. Čak i udisanje malene količine helija može izazvati vrtoglavicu. Ali to također može uzrokovati gubitak svijesti i uzrokovati gušenje. Dalje disanje helija može čak dovesti do smrti zbog anoksije, što znači izgladnjivanje kisika iz tijela.