Hēlijs ir elements, kas pazīstams kā cēlmetāla gāze. Tas ir bezkrāsains un bez smaržas, un tas ir izplatīts visā Visumā. Jūs varat zināt par hēliju no hēlija baloniem, kas peld. Hēlija elementam ir daudz vairāk izmantojumu nekā ballīšu baloniem. To lieto arī automašīnu drošības spilvenos, augsto tehnoloģiju aprīkojumā, medicīnas ierīcēs un lidmašīnās. Hēlijs joprojām ir galvenā mūsdienu dzīves sastāvdaļa, kaut arī jūs to nevarat redzēt tieši.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Hēlijs ir otrais visbiežākais elements Visumā. Kamēr jūs to nevarat redzēt vai saost, hēlijs ir raksturīgs daudziem ikdienas lietojumiem, tehnoloģijās, medicīnā un pat automašīnās.
Kāpēc hēlijs ir svarīgs pasaulei?
Lai saprastu hēlija nozīmi pasaulē, tas palīdz uzzināt vairāk par elementa īpašībām. Turklāt ir ļoti svarīgi uzzināt par tās vēsturi un to, kā tās piegādes jautājumi ir raksturīgi mūsdienu dzīves aspektiem.
Hēlijs ir elements, kas pastāv gāzes formā. Tā atoma simbols ir “Viņš”, un tā atomu skaitlis ir 2 uz periodiskās tabulas. Hēlija kušanas temperatūra ir zemākā no visiem elementiem, un tā viršanas temperatūra ir -452 grādi pēc Fārenheita. Tikai hēlijs var palikt šķidrs, pat ja tā temperatūra tiek pazemināta. Tas sacietēs tikai pie ārkārtēja spiediena. Šīs īpašības padara hēliju par neaizvietojamu dažām jaunākām tehnoloģijām, piemēram, supravadītājiem.
Hēlija elements Visumā ir tikai otrais pēc ūdeņraža. Hēlijs eksistē katrā zvaigznē, un tā visvairāk ir viskarstākajās zvaigznēs. To ražo no kodolsintēzes reakcijām zvaigznēs. Faktiski hēlijs vispirms tika atklāts, pētot mūsu pašu zvaigzni - sauli. Hēlijs ir izplatīts saulē; tas ir būtisks elements un tāpēc svarīgs pasaulei.
Hēlijs tika atklāts tikai 1868. gada 18. augustā. Franču astrofiziķis Pjērs Žils Sezars Jansens gaismas viļņu garumu novērošanai izmantoja jaunu astronomisku ierīci, ko sauc par spektroskopu. Spektroskops attēloja spektrus vai gaismas viļņu garumus kā krāsu joslas. Vērojot aptumšoto sauli ar spektroskopu, Jansens atrada viļņa garumu saules gaismā kas neatbilda nevienam citam uz Zemes vēl atrastam elementam spilgti dzeltena formā līnija. Jansens saprata, ka ir atklājis jaunu elementu. Arī cits astronoms, anglis Normans Lokers, veica šo novērojumu, vērojot sauli. Abi bija novērojuši hēlija elementu, kuru Lokjers nosauca pēc grieķu vārda saule. Galu galā 1882. gadā hēlijs faktiski tika atklāts uz Zemes, Vezuva kalna lāvā, kad fiziķis Luidži Palmieri atrada koši dzeltenos spektrus, kamēr viņš analizēja lavu. Vēlāk Viljams Ramzijs veica eksperimentus, kas pierādīja, ka hēlijs pastāv uz Zemes; viņš atklāja, ka, kad elements radijs sabojājas, tas ražo hēliju. Pērs Teodors Klīvs un Nilss Abrahams Langers 1895. gadā atturētu hēlija atomu svaru.
Hēlija izpēte palīdz zinātniekiem labāk izprast ne tikai Zemi, bet arī citas planētas. Saules sistēmā zinātnieki milzu gāzes planētu Jupitera un Saturna atmosfērā atklāja hēliju. Saturnā sava veida hēlija lietus, sajaukts ar šķidru ūdeņradi, atmosfērā nokrīt ārkārtējā temperatūras un spiediena vidē. Zinātnieki domā, ka šis hēlija “lietus” nonāk planētas kodolā. Tā atbrīvotā gravitācijas potenciālā enerģija var būt tā, kas Saturnam liek tik spoži spīdēt, un šī iezīme zinātniekiem ir bijusi neizpratne gadiem ilgi.
Laika gaitā zinātnieki uzzināja vairāk par hēlija īpašībām. Hēlija apraksts ir tāds, ka tas ir bezkrāsains un bez smaržas un vieglāks par gaisu. Tāpēc peld ar hēliju pildīti baloni, un hēlijs ne pārāk labi šķīst ūdenī. Elementa inertās īpašības bieži raksturīgas hēlija aprakstā. Vēsturiski to uzskata par ķīmiski inertu, tā parasti nereaģē ar citiem elementiem. Hēlijs nevēlas atteikties no diviem elektroniem; tas paliek stabils ar savu elektronu apvalku. Tādēļ hēlijs tiek klasificēts kā viena no cēlgāzēm kopā ar neonu, argonu, radonu un citām cēlgāzēm periodiskajā tabulā.
Nesen zinātnieki atklāja, ka hēlijs nav pilnīgi inerts, kā kādreiz domāja. Atklājot kristālus, kas izgatavoti no hēlija un nātrija elementiem, pētnieki atklāja, ka hēlijs var apvienoties ar citiem atomiem vienlaikus nedaloties ar saviem elektroniem - citiem vārdiem sakot, tas apvienojas ar citiem atomiem, bet procesā neveido ķīmiskas saites. Tā vietā tas aizsargā pozitīvi uzlādētos atomus viens no otra un novērš atbaidīšanas spēku, kas tos parasti izstumj. Zem ārkārtēja spiediena, piemēram, pie Zemes kodola, hēlijs un ūdeņradis saspiež un veido stabilus savienojumus. Zinātnieki var atklāt hēlija elementa aizraujošākos aspektus un to, vai tas joprojām būs uzskatīt par patiesi inertu, vai arī tas ārkārtīgi var veidot stabilus savienojumus videi.
Atmosfērā hēlijs koncentrējas tikai aptuveni 1 daļā no 200 000. Hēlija iegūšana no gaisa nav praktiska, rentabla vai efektīva, tāpēc cilvēki hēliju neiegūst tā. Tā vietā hēliju ražo no dabasgāzes. Vispirms ir jānoņem piemaisījumi, piemēram, ūdens, sulfīdi un oglekļa dioksīdi, un pēc tam iegūtais jēlnafta hēlijs, kas joprojām satur citus elementus, piemēram, argonu, neonu, ūdeņradi un slāpekli, tiek attīrīts augstā temperatūrā spiedienu. Pēc tam šo jēlnaftu superdzesē. Argons un slāpeklis tiek sašķidrināti, un galu galā slāpeklis iztvaiko. Hēlijs atdalās no neona, slāpekļa un ūdeņraža. Papildu filtrēšana ar aktīvo ogli noņem citas gāzes.
Hēliju var atrast dažās dabasgāzes atradnēs visā pasaulē. Tomēr tas nav katrā dabasgāzes atradnē. Amerikas Savienotajās Valstīs hēliju iegūst no akām Kanzasā, Oklahomā un Teksasā. Tikai Teksasā atrodas federālā hēlija rezervāts, kas ir galvenais ASV piegādes avots. Tomēr laika gaitā šis piedāvājums samazinās. Tanzānijā ir arī liels hēlija depozīts. Tagad pasaulē ir tikai 14 augi, kas attīra hēliju. Hēlijs ir atrodams arī sabrukušos radioaktīvajos minerālos. Tas dabiski ir izgatavots no berilija un litija kosmiskās un rentgena bombardēšanas.
Hēlija samazināšanās ir kļuvusi par galveno problēmu. Atkarība no hēlija mūsdienu tehnoloģijās ir palielinājusies, un tā rezultātā piegāde samazinājās. Zinātnieki strādā, lai padarītu hēlija ražošanu efektīvāku un ilgtspējīgāku. Jaunās metodes, piemēram, hēlija pārstrāde un atkārtota sašķidrināšana, varētu darboties nelielā apjomā, kas var palīdzēt pētniekiem. Tas var palīdzēt samazināt hēlija izmaksas, jo tā daudzums samazinās.
Hēlija atklāšana ir radījusi daudz lielisku jauninājumu. Galu galā parādīsies daudz hēlija izmantošanas veidu. Mūsdienu dzīvē hēlija nozīme ir milzīga tehnoloģiju, medicīnas un pētniecības jomā.
Kāpēc lieto hēliju?
Hēliju izmanto ļoti daudz. Protams, to izmanto, lai aizpildītu ballīšu balonus, kas priecē bērnus un pieaugušos visā pasaulē. Pēc tam, kad tika konstatēts, ka ūdeņradis ir ļoti reaģējošs, hēlijs dirižabļos aizstāja ūdeņradi. Hēliju izmanto medicīnai, zinātniskiem pētījumiem, loka metināšanai, dzesēšanai, gāzei lidmašīnām, dzesēšanas šķidrumam kodolreaktoriem, kriogēniem pētījumiem un gāzes noplūdes noteikšanai. To lieto dzesēšanas īpašību dēļ, jo tā viršanas temperatūra ir tuvu absolūtai nullei. Tas padara to pievilcīgu lietošanai supravadītājos. Hēliju izmanto arī raķešu un citu kosmosa kuģu spiedienam. To lieto arī kā siltuma pārneses līdzekli.
Medicīnā dažreiz hēliju lieto, lai palīdzētu pacientiem ar plaušu problēmām, piemēram, aizsprostotiem elpceļiem, astmu un HOPS. Hēlijs nodrošina labāku gāzes iekļūšanu distālajos alveolos plaušās, tāpēc to izmanto plaušu ventilācijai, kad tas ir medicīniski nepieciešams. Hēliju izmanto arī plaušu funkciju pārbaudei. Dažās laparoskopiskās operācijās hēliju izmanto arī oglekļa monoksīda vietā. Hēliju dažreiz izmanto kā attēlu marķējumu. Dažreiz hēliju lieto atvērtas sirds operācijām, sajauc ar skābekli un izmanto kā plaušu miglu. Hēlijs tiek izmantots arī supravadītāju magnētu atdzesēšanai MRI skeneros. Radiācijas monitoros tiek izmantots arī hēlijs.
Vai zinājāt, ka hēlijs ir svarīgs ūdenslīdējiem? Hēlijs aizstāj slāpekli niršanas gāzu maisījumos, lai ūdenslīdēji varētu nokļūt dziļāk zem ūdens bez negatīvām centrālās nervu sistēmas sekām. Bez šī maisījuma ūdenslīdēji varētu ciest no spiediena ar stāvokli, ko sauc par “līkumiem”.
Hēliju zinātniski izmanto daudzos veidos. Lielais hadronu paātrinātājs dzesēšanai izmanto hēliju. Hēlijs tika izmantots, lai atklātu Higsa bozonu, kas ir nozīmīgs sasniegums fizikā. To lieto kodolmagnētiskās rezonanses spektrometros. Supravadītāji var darboties tikai tad, ja tos ieskauj ārkārtīgs hēlija aukstums, un hēlijs kosmosa industrijā izmantots satelītinstrumentu dzesēšanai un kosmosa kuģu degvielas dzesēšanai. Meteorologi laika apstākļu novērošanai izmanto hēlija pildītus laika balonus. Skenējošie elektronu mikroskopi dažreiz izmanto hēliju labākai attēla izšķirtspējai.
Hēlijam ir svarīga loma arī transportlīdzekļu drošībā. To izmanto, lai aizpildītu drošības spilvenus, ja transportlīdzeklis avarē.
Hēlijs tiek uzglabāts un nosūtīts šķidrā veidā, un tas ir ārkārtīgi auksts. Tā reaktivitātes trūkums padara to ideāli piemērotu aizsargājošai videi. Nekad nerīkojieties tieši ar hēliju. Tas ir tik neticami auksts, ka var izraisīt bīstamus apsaldējumus.
Kur ikdienā sastopams hēlijs?
Ikdienā izmantoto hēliju var atrast dažādās formās. To lieto kā celšanas līdzekli, ballīšu balonos, niršanas maisījumos un optiskajās šķiedrās. Metinātāji izmanto hēliju loku metināšanai būvniecībā. Ārsti un ķirurgi izmanto hēliju, lai palīdzētu pacientiem ar plaušu un sirds procedūrām. Apmeklējot pārtikas preču veikalu, un jūsu pārtikas preces tiek skenētas, jūs, iespējams, novērojat hēlija-neona lāzerus. Ja jūs kādreiz redzat, ka virs galvas burbuļo, jūs varat būt pārliecināts, ka hēlijs to tur augšā. Pārbaudiet, vai ikdienas gaitā varat pamanīt hēlija lietošanu.
Vai hēlijs ir sprādzienbīstama gāze?
Hēlijs nav sprādzienbīstama gāze. Tas tiek klasificēts kā nedegošs, kas nozīmē, ka hēlijs nevar sadedzināt. Šķidrā veidā tas ir ārkārtīgi auksts, tik auksts, ka sasaldē citas gāzes. Tomēr, ja tā trauks ir pakļauts karstumam, pats konteiners var pārsprāgt. Sašķidrinātais hēlijs, to ievietojot ūdenī, var strauji vārīties, un tas var izraisīt lielu spiedienu konteineru iekšpusē, palielinot risku, ka konteineri var eksplodēt no spiediena. Bet pats par sevi hēlijs nesprāgs.
Kādas ir hēlija ieelpošanas sekas?
Iespējams, esat dzirdējis humora skaņu, kad kāds no balona elpo mazliet hēlija. Elpojot hēliju, mainās cilvēka balss augstums, padarot to daudz augstāku, čīkstošu un karikatūrisku. Tā darīšanas problēma ir tāda, ka, elpojot no balona hēliju, jūs neelpojat gaisu. Cilvēka ķermenim ir nepieciešams elpot gaisu, lai tas darbotos pareizi, un lai iegūtu skābekli tur, kur tas nepieciešams smadzenēs un ķermenī. Pat elpošana niecīgā daudzumā hēlija var izraisīt reiboni. Bet tas var izraisīt arī samaņas zudumu un nosmakšanu. Turpinot hēlija elpošanu, anoksija var izraisīt pat nāvi, kas nozīmē skābekļa badu no ķermeņa.