Hel to pierwiastek znany jako gaz szlachetny. Jest bezbarwny i bezwonny i występuje w całym wszechświecie. Możesz dowiedzieć się o helu z balonów z helem, które unoszą się na wodzie. Hel ma jednak znacznie więcej zastosowań niż balony imprezowe. Jest również stosowany w samochodowych poduszkach powietrznych, sprzęcie high-tech, urządzeniach medycznych i samolotach. Hel nadal jest głównym składnikiem współczesnego życia, chociaż nie można go zobaczyć bezpośrednio.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Hel jest drugim najliczniejszym pierwiastkiem we wszechświecie. Chociaż nie można go zobaczyć ani wyczuć, hel ma wiele zastosowań na co dzień, w technologii, medycynie, a nawet w samochodach.
Dlaczego hel jest ważny dla świata?
Aby zrozumieć znaczenie helu dla świata, warto dowiedzieć się więcej o jego właściwościach. Ponadto ważne jest poznanie jego historii i tego, w jaki sposób problemy z zaopatrzeniem wpisują się w aspekty współczesnego życia.
Hel to pierwiastek, który istnieje w postaci gazowej. Jego symbol atomowy to „On”, a jego liczba atomowa to 2 w układzie okresowym. Temperatura topnienia helu jest najniższa ze wszystkich pierwiastków, a jego temperatura wrzenia wynosi -452 stopnie Fahrenheita. Tylko hel może pozostać w stanie ciekłym, nawet jeśli jego temperatura jest obniżona. Zestala się tylko pod ekstremalnym ciśnieniem. Te właściwości sprawiają, że hel jest niezbędny w niektórych nowszych technologiach, takich jak materiały nadprzewodnikowe.
Hel jest drugim po wodorze pod względem obfitości we wszechświecie. Hel istnieje w każdej gwieździe, a najliczniej występuje w najgorętszych gwiazdach. Powstaje w wyniku reakcji syntezy jądrowej w gwiazdach. W rzeczywistości hel odkryto po raz pierwszy podczas badania naszej własnej gwiazdy, Słońca. Hel występuje w słońcu; jest to element niezbędny i dlatego ważny dla świata.
Hel odkryto dopiero 18 sierpnia 1868 roku. Francuski astrofizyk Pierre Jules Cesar Janssen użył nowego urządzenia astronomicznego zwanego spektroskopem do obserwacji długości fal świetlnych. Spektroskop wyświetlał widma lub długości fal światła jako pasma koloru. Obserwując zaćmione słońce za pomocą spektroskopu, Janssen znalazł długość fali w świetle słonecznym który nie odpowiadał żadnemu innemu elementowi dotychczas znalezionemu na Ziemi, w postaci jasnożółtego linia. Janssen zdał sobie sprawę, że odkrył nowy pierwiastek. Inny astronom, Anglik Norman Lockyer, również dokonał tej obserwacji, obserwując słońce. Obaj zaobserwowali pierwiastek hel, który Lockyer nazwał od greckiego słowa oznaczającego słońce. Ostatecznie w 1882 roku hel został faktycznie odkryty na Ziemi, w lawie Wezuwiusza, kiedy fizyk Luigi Palmieri podczas analizy lawy znalazł jasnożółte widma. Później William Ramsay przeprowadził eksperymenty, które wykazały istnienie helu na Ziemi; odkrył, że gdy pierwiastek radu rozpada się, wytwarza hel. Per Teodor Cleve i Nils Abraham Langer w 1895 roku zmienili masę atomową helu.
Badanie helu pomaga naukowcom lepiej zrozumieć nie tylko Ziemię, ale także inne planety. W Układzie Słonecznym naukowcy odkryli hel w atmosferze gigantycznych planet gazowych Jowisza i Saturna. Na Saturnie rodzaj helowego deszczu zmieszanego z ciekłym wodorem wpada do atmosfery w ekstremalnych warunkach temperatury i ciśnienia. Naukowcy uważają, że ten „deszcz” helu spada do jądra planety. Jego uwolniona grawitacyjna energia potencjalna może być tym, co sprawia, że Saturn świeci tak jasno, co od lat intryguje naukowców.
Z biegiem czasu naukowcy dowiedzieli się więcej o właściwościach helu. Opis helu jest taki, że jest bezbarwny i bezwonny oraz lżejszy od powietrza. To dlatego balony wypełnione helem unoszą się na wodzie, a hel jest słabo rozpuszczalny w wodzie. Właściwości obojętne pierwiastka często występują w opisie helu. Historycznie uważany za chemicznie obojętny, nie reaguje z innymi pierwiastkami. Hel nie chce oddać swoich dwóch elektronów; pozostaje stabilny dzięki swojej powłoce elektronowej. Z tego powodu hel jest klasyfikowany jako jeden z gazów szlachetnych, obok neonu, argonu, radonu i innych gazów szlachetnych w układzie okresowym.
Niedawno naukowcy odkryli, że hel nie jest całkowicie obojętny, jak kiedyś sądzono. Po odkryciu kryształów zbudowanych z pierwiastków helu i sodu naukowcy odkryli, że hel może łączyć się z innymi atomami nie dzieląc się swoimi elektronami – innymi słowy, łączy się z innymi atomami, ale nie tworzy w tym procesie wiązań chemicznych. Zamiast tego chroni przed sobą naładowane dodatnio atomy i przeciwdziała sile odpychania, która normalnie je odpycha. Pod wpływem ekstremalnego ciśnienia, jakie może panować w jądrze Ziemi, hel i wodór ulegają kompresji i tworzą stabilne związki. Naukowcy mogą odkryć bardziej fascynujące aspekty pierwiastka helu i czy nadal będzie można uznać, że jest naprawdę obojętny, lub jeśli rzeczywiście może tworzyć stabilne związki w ekstremalnych przypadkach środowiska.
W atmosferze hel jest skoncentrowany tylko w około 1 części na 200 000. Pozyskiwanie helu z powietrza nie jest praktyczne, opłacalne ani efektywne, więc nie w ten sposób ludzie pozyskują hel. Zamiast tego hel jest produkowany z gazu ziemnego. Zanieczyszczenia, takie jak woda, siarczki i dwutlenek węgla, muszą być najpierw usunięte, a następnie powstały surowy hel, który nadal zawiera inne pierwiastki, takie jak argon, neon, wodór i azot, jest oczyszczany na wysokim poziomie naciski. Ten surowy produkt jest następnie przechładzany. Argon i azot ulegają upłynnieniu i ostatecznie azot odparowuje. Hel oddziela się od neonu, azotu i wodoru. Dodatkowe filtrowanie węglem aktywnym usuwa inne gazy.
Hel można znaleźć w niektórych złożach gazu ziemnego na całym świecie. Nie występuje jednak w każdym złożu gazu ziemnego. W Stanach Zjednoczonych hel jest pozyskiwany ze studni w Kansas, Oklahomie i Teksasie. W samym Teksasie znajduje się Federalna Rezerwa Helu, główna podaż dla Stanów Zjednoczonych. Ta podaż jednak z czasem maleje. Duże złoża helu istnieją również w Tanzanii. Obecnie na świecie jest tylko 14 zakładów uszlachetniających hel. Hel znajduje się również w rozkładających się minerałach radioaktywnych. Jest naturalnie wytwarzany z kosmicznego i rentgenowskiego bombardowania berylem i litem.
Poważnym problemem stała się kurcząca się podaż helu. Wzrosło uzależnienie od helu w nowoczesnych technologiach, w wyniku czego podaż spadła. Naukowcy pracują nad tym, aby produkcja helu była bardziej wydajna i zrównoważona. Nowatorskie metody, takie jak recykling i ponowne skraplanie helu, mogą działać na małą skalę, co może pomóc naukowcom. Może to pomóc w obniżeniu kosztów helu, gdy spada jego podaż.
Odkrycie helu doprowadziło do wielu wspaniałych innowacji. W końcu pojawi się wiele zastosowań helu. We współczesnym życiu znaczenie helu w dziedzinie technologii, medycyny i badań jest ogromne.
Do czego służy hel?
Istnieje wiele zastosowań helu. Oczywiście służy do napełniania balonów imprezowych, które zachwycają dzieci i dorosłych na całym świecie. Hel zastąpił wodór w sterowcach po tym, jak wodór okazał się wysoce reaktywny. Hel jest używany w medycynie, badaniach naukowych, spawaniu łukowym, chłodnictwie, gazie do samolotów, chłodziwie do reaktorów jądrowych, badaniach kriogenicznych i wykrywaniu wycieków gazu. Jest używany ze względu na swoje właściwości chłodzące, ponieważ jego temperatura wrzenia jest bliska zeru bezwzględnego. To czyni go atrakcyjnym do stosowania w nadprzewodnikach. Hel jest również używany do sprężania rakiet i innych statków kosmicznych. Jest również stosowany jako nośnik ciepła.
W medycynie czasami stosuje się hel, aby pomóc pacjentom z problemami z płucami, takimi jak niedrożność dróg oddechowych, astma i POChP. Hel umożliwia lepszą penetrację gazu do dystalnych pęcherzyków płucnych, dlatego jest stosowany do wentylacji płuc, gdy jest to konieczne z medycznego punktu widzenia. Hel jest również używany do badania czynności płuc. Hel jest również stosowany w niektórych operacjach laparoskopowych zamiast tlenku węgla. Hel jest czasami używany jako etykieta do obrazowania. Czasami hel jest używany do operacji na otwartym sercu, zmieszany z tlenem i używany jako mgiełka do płuc. Hel jest również używany do chłodzenia magnesów nadprzewodzących w skanerach MRI. Monitory promieniowania również wykorzystują hel.
Czy wiesz, że hel jest ważny dla nurków? Hel zastępuje azot w nurkowych mieszankach gazowych, dzięki czemu nurkowie mogą zanurzać się głębiej pod wodę bez negatywnego wpływu na centralny układ nerwowy. Bez tej mieszanki nurkowie mogliby cierpieć z powodu efektu ciśnienia w stanie zwanym „zakrętami”.
Istnieje wiele naukowych zastosowań helu. Wielki Zderzacz Hadronów wykorzystuje hel do celów chłodzenia. Hel został użyty do odkrycia bozonu Higgsa, wielkiego przełomu w fizyce. Znajduje zastosowanie w spektrometrach magnetycznego rezonansu jądrowego. Nadprzewodniki mogą działać tylko wtedy, gdy są otoczone ekstremalnym zimnem helu, a hel jest używany w przemyśle kosmicznym do chłodzenia instrumentów satelitarnych i chłodziwa dla statków kosmicznych. Meteorolodzy używają balonów meteorologicznych wypełnionych helem do obserwacji pogody. Skaningowe mikroskopy elektronowe czasami używają helu w celu uzyskania lepszej rozdzielczości obrazu.
Hel odgrywa również ważną rolę w bezpieczeństwie pojazdów. Służy do napełniania poduszek powietrznych w razie wypadku pojazdu.
Hel jest przechowywany i transportowany w postaci płynnej i jest bardzo zimny. Jego brak reaktywności sprawia, że idealnie nadaje się do środowisk ochronnych. Nigdy nie używaj helu bezpośrednio. Jest tak niesamowicie zimno, że może powodować groźne odmrożenia.
Gdzie znajduje się hel w życiu codziennym?
W życiu codziennym można znaleźć hel w różnych postaciach. Stosowany jest jako środek liftingujący, w balonach imprezowych, w mieszankach nurkowych oraz w światłowodach. Spawacze używają helu do spawania łuków w budownictwie. Lekarze i chirurdzy używają helu do pomocy pacjentom przy zabiegach na płuca i serce. Kiedy odwiedzasz sklep spożywczy, a twoje artykuły spożywcze są skanowane, prawdopodobnie obserwujesz lasery helowo-neonowe. Jeśli kiedykolwiek zobaczysz sterowiec płynący nad głową, możesz być pewien, że jest utrzymywany w powietrzu przez hel. Sprawdź, czy możesz zauważyć użycie helu w codziennym życiu.
Czy hel jest gazem wybuchowym?
Hel nie jest gazem wybuchowym. Jest klasyfikowany jako niepalny, co oznacza, że hel nie może się palić. Jest ekstremalnie zimny w postaci płynnej, tak zimny, że zamraża inne gazy. Jeśli jednak pojemnik zostanie wystawiony na działanie ciepła, sam pojemnik może pęknąć. Skroplony hel może gwałtownie wrzeć po umieszczeniu w wodzie, co może prowadzić do dużego ciśnienia wewnątrz pojemników, zwiększając ryzyko, że pojemniki mogą eksplodować pod wpływem ciśnienia. Ale sam hel nie wybuchnie.
Jakie są konsekwencje wdychania helu?
Być może słyszeliście zabawny dźwięk kogoś, kto wdycha trochę helu z balonu. Oddychanie helem zmienia wysokość ludzkiego głosu, czyniąc go znacznie wyższym, piskliwym i kreskówkowym. Problem z robieniem tego polega na tym, że kiedy wdychasz hel z balonu, nie wdychasz powietrza. Organizm ludzki musi oddychać powietrzem, aby prawidłowo funkcjonować i pozyskiwać tlen tam, gdzie jest potrzebny w mózgu i ciele. Nawet wdychanie niewielkiej ilości helu może powodować zawroty głowy. Ale może również spowodować utratę przytomności i uduszenie. Ciągłe oddychanie helem może nawet doprowadzić do śmierci z powodu anoksji, co oznacza niedobór tlenu z organizmu.