A hélium nemesgázként ismert elem. Színtelen és szagtalan, és az egész világegyetemben elterjedt. A héliumról tudni lehet úszó hélium lufikból. A hélium elemnek azonban sokkal több felhasználása van, mint a parti lufiknak. Autó légzsákokban, csúcstechnológiás berendezésekben, orvostechnikai eszközökben és repülőgépekben is használják. A hélium továbbra is a modern élet egyik fő alkotóeleme, bár közvetlenül nem láthatja.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A hélium az univerzum második leggyakoribb eleme. Noha nem látja és nem érzi az illatát, a hélium sok mindennapi használatra jellemző, a technológiában, az orvostudományban, sőt az autókban is.
Miért fontos a hélium a világ számára?
A hélium jelentőségének megértése a világ számára segít megismerni az elem tulajdonságait. Ezenkívül elengedhetetlen megismerni annak történetét és azt, hogy az ellátási kérdések hogyan jelennek meg a modern élet szempontjaiban.
A hélium egy gáz formájában létező elem. Atomi szimbóluma „He”, atomszáma pedig 2 a periódusos rendszerben. A hélium olvadáspontja az összes elem közül a legalacsonyabb, forráspontja pedig -452 Fahrenheit fok. Csak a hélium maradhat folyékony, még akkor is, ha a hőmérsékletét csökkentik. Csak extrém nyomáson szilárdul meg. Ezek a tulajdonságok nélkülözhetetlenné teszik a héliumot bizonyos újabb technológiák, például a szupravezető anyagok esetében.
A hélium az univerzumban való bőségében a hidrogén után csak a második. A hélium minden csillagban létezik, és a legmelegebb csillagokban van a legnagyobb mennyiségben. Csillagokban végzett magfúziós reakciókból keletkezik. Valójában a héliumot fedezték fel először saját csillagunk, a nap tanulmányozása során. A hélium elterjedt a napon; elengedhetetlen elem, ezért fontos a világ számára.
A héliumot csak 1868. augusztus 18-án fedezték fel. A Pierre Jules Cesar Janssen nevű francia asztrofizikus egy új csillagászati eszközt, nevezett spektroszkópot használt a fény hullámhosszainak megfigyelésére. A spektroszkóp színcsíkként jelenítette meg a spektrumokat, vagyis a fény hullámhosszait. Miközben spektroszkóppal figyelte a napfogyatkozott napot, Janssen hullámhosszt talált a napfényben amely nem felelt meg a Földön még talált más elemeknek, élénk sárga formájában vonal. Janssen rájött, hogy új elemet fedezett fel. Egy másik csillagász, az angol Norman Lockyer is ezt a megfigyelést tette, miközben a napot nézte. Mindketten megfigyelték a hélium elemet, amelyet Lockyer a görög nap szóról nevezett el. Végül 1882-ben héliumot fedeztek fel a Földön, a Vezúv lávájában, amikor Luigi Palmieri fizikus megtalálta a ragyogó sárga színképeket, miközben elemezte a lávát. Később William Ramsay olyan kísérleteket végzett, amelyek bebizonyították, hogy hélium létezik a Földön; rájött, hogy amikor az elemi rádium lebomlott, héliumot termelt. Per Teodor Cleve és Nils Abraham Langer 1895-ben visszatartaná a hélium atomtömegét.
A hélium vizsgálata segít a tudósoknak jobban megérteni nemcsak a Földet, hanem a többi bolygót is. A Naprendszerben a tudósok héliumot fedeztek fel a Jupiter és a Szaturnusz óriási gázbolygók légkörében. A Szaturnuszon egyfajta folyékony hidrogénnel kevert hélium eső esik a légkörbe, extrém hőmérsékleti és nyomási körülmények között. A tudósok úgy gondolják, hogy ez a hélium „eső” a bolygó magjára esik. Kiszabadított gravitációs potenciális energiája lehet az, ami miatt a Szaturnusz olyan fényesen ragyog, ez a tulajdonság évek óta zavarba ejti a tudósokat.
Idővel a tudósok többet megtudtak a hélium tulajdonságairól. A hélium leírása szerint színtelen és szagtalan, könnyebb, mint a levegő. Ezért úsznak héliummal töltött léggömbök, és a hélium nem nagyon oldódik vízben. Az elem inert tulajdonságai gyakran szerepelnek a hélium leírásában. A kémiailag inertnek tekintett történelem általában nem reagál más elemekkel. A hélium nem akarja feladni két elektronját; elektronhéjával stabil marad. Emiatt a hélium a nemesgázok kategóriájába tartozik, a periódusos rendszerben található neon, argon, radon és egyéb nemesgázok mellett.
Nemrégiben a tudósok felfedezték, hogy a hélium nem teljesen inert, mint azt korábban gondolták. A hélium és a nátrium elemeiből készült kristályok felfedezése után a kutatók megállapították, hogy a hélium kombinálható más atomokkal miközben nem osztja meg elektronjait - más szavakkal, kombinálódik más atomokkal, de nem köt kémiai kötéseket a folyamat során. Ehelyett megvédi a pozitív töltésű atomokat egymástól, és ellensúlyozza az általában taszítóan taszító taszító erőt. Rendkívüli nyomás alatt, például a Föld magjánál, a hélium és a hidrogén összenyomódik és stabil vegyületeket képez. A tudósok felfedezhetik a hélium elem lenyűgözőbb aspektusait, és hogy vajon ez még mindig így lesz-e valóban inertnek tekinthető, vagy ha extrém módon valóban stabil vegyületeket képezhet környezetek.
A légkörben a hélium csak körülbelül 200 000-ben koncentrálódik. Nem célszerű, költséghatékony vagy hatékony a hélium kivonása a levegőből, így az emberek nem így jutnak héliumhoz. Ehelyett a héliumot földgázból állítják elő. Először el kell távolítani a szennyeződéseket, például a vizet, a szulfidokat és a szén-dioxidokat, majd a keletkező nyers anyagot a héliumot, amely még tartalmaz más elemeket, például argont, neont, hidrogént és nitrogént, magas hőmérsékleten tisztítják nyomások. Ezt a nyersolajat ezután túlhűtik. Az argont és a nitrogént cseppfolyósítják, végül a nitrogén elpárolog. A hélium elválik a neontól, a nitrogéntől és a hidrogéntől. Az aktív szénnel történő további szűrés eltávolítja a többi gázt.
A hélium a világ néhány földgázlelőhelyén található. Nem minden földgázlerakóban van. Az Egyesült Államokban a héliumot Kansas, Oklahoma és Texas kutakból nyerik ki. Csak Texasban található a Federal Helium Reserve, amely az Egyesült Államok fő ellátása. Ez a készlet azonban az idő múlásával csökken. Tanzániában szintén nagy a héliumkészlet. A világon ma már csak 14 növény finomítja a héliumot. A hélium a bomló radioaktív ásványokban is megtalálható. Természetesen a berillium és a lítium kozmikus és röntgensugaras bombázásából készül.
A héliumkészlet csökkenése fontos kérdéssé vált. A modern technológiában nőtt a héliumtól való függés, és ennek következtében csökkent a kínálat. A tudósok azon dolgoznak, hogy hatékonyabbá és fenntarthatóbbá tegyék a héliumtermelést. Az olyan új módszerek, mint a hélium újrahasznosítása és újracseppelése, kismértékben működhetnek, és segíthetik a kutatókat. Ez segíthet csökkenteni a hélium költségeit, mivel a készlet csökken.
A hélium felfedezése sok nagyszerű újításhoz vezetett. Végül a hélium számos felhasználása felmerül. A modern életben a hélium jelentősége hatalmas a technológia, az orvostudomány és a kutatás területén.
Mire használják a héliumot?
A héliumnak sokféle felhasználása van. Természetesen olyan ballonok töltésére szolgál, amelyek világszerte örömet okoznak a gyerekeknek és a felnőtteknek. A hélium a léghajókban helyettesítette a hidrogént, miután kiderült, hogy a hidrogén nagyon reaktív. A héliumot orvostudományban, tudományos kutatásban, ívhegesztésben, hűtésben, repülőgépekhez használt gázokat, atomreaktorok hűtőfolyadékát, kriogén kutatásokat és gázszivárgások észlelésére használják. Hűtési tulajdonságai miatt használják, mivel forráspontja közel van az abszolút nulla értékhez. Ez vonzóvá teszi a szupravezetőkben való használatot. A héliumot rakéták és más űrhajók nyomására is használják. Hőátadó szerként is használják.
Az orvostudományban néha héliumot használnak olyan betegek kezelésére, akiknek tüdőproblémái vannak, például elzáródott légutak, asztma és COPD. A hélium lehetővé teszi a gáz jobb behatolását a tüdő disztális alveolusaiba, ezért orvosi szükség esetén tüdőventilációra használják. A héliumot a tüdő működésének vizsgálatára is használják. A héliumot egyes laparoszkópos műtétekben szénmonoxid helyett is használják. A héliumot néha a képalkotás címkéjeként használják. Néha a héliumot nyílt szívű műtétekhez használják, oxigénnel keverve és a tüdő ködjeként. A héliumot a szupravezető mágnesek hűtésére is használják MRI szkennerekben. A sugárzásmérők héliumot is használnak.
Tudta, hogy a hélium fontos a búvárok számára? A hélium helyettesíti a nitrogént a búvárgáz-keverékekben, így a búvárok mélyebbre juthatnak a víz alatt, negatív központi idegrendszeri hatások nélkül. E keverék nélkül a búvárok nyomást gyakorolhatnak az úgynevezett „kanyarok” állapotra.
A héliumnak számos tudományos felhasználása van. A nagy hadronütköző héliumot használ hűtési célokra. A héliumot a Higgs-bozon felfedezésére használták fel, amely jelentős áttörést jelent a fizikában. Magmágneses rezonancia spektrométerekben használják. A szupravezetők csak akkor működhetnek, ha a hélium rendkívüli hidegei veszik körül őket, és az űriparban héliumot alkalmaztak műholdas műszerek és űrhajók üzemanyag hűtőfolyadékának hűtésére. A meteorológusok héliummal töltött időjárási lufikat használnak az időjárási megfigyelésekhez. A pásztázó elektronmikroszkópok néha héliumot használnak a jobb képfelbontás érdekében.
A hélium a jármű biztonságában is fontos szerepet játszik. Légzsákok töltésére szolgál, ha egy jármű lezuhan.
A héliumot folyékony formában tárolják és szállítják, és rendkívül hideg. Reaktivitásának hiánya ideális védőkörnyezethez. Soha ne kezelje közvetlenül a héliumot. Olyan hihetetlenül hideg, hogy veszélyes fagyást okozhat.
Hol található a hélium a mindennapi életben?
A mindennapi életben használt héliumot különböző formákban találhatja meg. Emelőszerként, parti ballonokban, búvárkeverékekben és optikai szálakban használják. A hegesztők héliumot használnak az ívek hegesztéséhez az építőiparban. Az orvosok és sebészek héliummal segítik a tüdő- és szívműtéteket. Amikor meglátogat egy élelmiszerboltot, és az élelmiszereket átvizsgálják, valószínűleg hélium-neon lézereket figyel. Ha valaha lát egy villanást, amely a feje fölött hajózik, biztos lehet benne, hogy a hélium tartja a magasban. Nézze meg, észreveheti-e a hélium használatát a mindennapi életben a nap folyamán.
A hélium robbanásveszélyes gáz?
A hélium nem robbanásveszélyes gáz. Nem éghető anyagként van besorolva, ami azt jelenti, hogy a hélium nem éghet. Folyékony formában rendkívül hideg, olyan hideg, hogy más gázokat lefagyaszt. Ha azonban a tartálya hőnek van kitéve, maga a tartály is felrepedhet. A cseppfolyósított hélium hevesen forralhat, ha vízbe helyezzük, és ez nagy nyomáshoz vezethet a tartályok belsejében, növelve annak kockázatát, hogy a tartályok felrobbanhatnak a nyomástól. De önmagában a hélium nem fog felrobbanni.
Milyen következményei vannak a hélium belégzésének?
Lehet, hogy hallotta humoros hangját, amikor valaki léggömbből belélegzett egy kis héliumot. A hélium lélegzése megváltoztatja az emberi hangmagasságot, így sokkal magasabb, nyikorgó és rajzfilmszerű. Ennek a problémája az, hogy amikor egy léggömbből belélegzik a héliumot, akkor nem a levegőt lélegzi. Az emberi testnek levegőt kell lélegeznie a megfelelő működéshez, és ahhoz, hogy oxigént kapjon az agyban és a testben. Még egy apró hélium belélegzése is szédülést okozhat. De tudatvesztést és fulladást is okozhat. A hélium folyamatos légzése anoxia következtében akár halálhoz is vezethet, ami azt jelenti, hogy a szervezet oxigént éheztet.