Hélium je prvok známy ako vzácny plyn. Je bezfarebný a bez zápachu a prevláda v celom vesmíre. O héliu možno viete z héliových balónov, ktoré plávajú. Element hélium má však oveľa viac použití ako párty balóny. Používa sa tiež v airbagoch automobilov, špičkových zariadeniach, zdravotníckych prístrojoch a lietadlách. Hélium je naďalej hlavnou súčasťou moderného života, aj keď ho priamo nevidíte.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Hélium je druhým najhojnejším prvkom vo vesmíre. Aj keď ho nevidíte ani necítite, hélium sa nachádza v mnohých každodenných použitiach, v technológiách, medicíne alebo dokonca v automobiloch.
Prečo je hélium pre svet dôležité?
Aby sme pochopili význam hélia pre svet, pomáha to dozvedieť sa viac o vlastnostiach prvku. Ďalej je dôležité dozvedieť sa viac o jeho histórii a o tom, ako problémy s jeho dodávkami vystupujú v aspektoch moderného života.
Hélium je prvok, ktorý existuje v plynnej forme. Jeho atómový symbol je „He“ a jeho atómové číslo je 2 na periodickej tabuľke. Bod topenia hélia je najnižší zo všetkých prvkov a jeho teplota varu je -452 stupňov Fahrenheita. Iba hélium môže zostať tekuté, aj keď je jeho teplota znížená. Tuhne iba pri extrémnom tlaku. Vďaka týmto vlastnostiam je hélium nevyhnutné pre niektoré novšie technológie, ako sú napríklad supravodivé materiály.
Element hélium je na druhom mieste po vodíku v jeho množstve vo vesmíre. Hélium existuje v každej hviezde a najhojnejšie sa vyskytuje v najhorúcejších hviezdach. Vyrába sa z jadrových reakcií vo hviezdach. V skutočnosti bolo hélium objavené najskôr pri štúdiu našej vlastnej hviezdy, slnka. Na slnku prevláda hélium; je to podstatný prvok, a preto je pre svet dôležitý.
Hélium bolo objavené až 18. augusta 1868. Francúzsky astrofyzik Pierre Jules Cesar Janssen používal na pozorovanie vlnových dĺžok svetla nové astronomické zariadenie zvané spektroskop. Spektroskop zobrazoval spektrá alebo vlnové dĺžky svetla ako farebné pásy. Pri pozorovaní zatmeného slnka spektroskopom Janssen našiel vlnovú dĺžku v slnečnom svetle ktorý nezodpovedal žiadnemu inému prvku, ktorý sa na Zemi zatiaľ nachádza, vo forme jasne žltej farby riadok. Janssen si uvedomil, že objavil nový prvok. Toto pozorovanie urobil pri pozorovaní slnka aj ďalší astronóm, Angličan Norman Lockyer. Obaja pozorovali prvok hélium, ktorý Lockyer pomenoval podľa gréckeho slova pre slnko. Nakoniec bolo v roku 1882 hélium skutočne objavené na Zemi, v láve na Vezuve, keď fyzik Luigi Palmieri našiel žiarivo žlté spektrum, keď analyzoval lávu. Neskôr William Ramsay uskutočnil experimenty, ktoré dokázali, že na Zemi existuje hélium; zistil, že keď sa prvok rádium rozpadol, vyprodukovalo hélium. Per Teodor Cleve a Nils Abraham Langer by v roku 1895 odradili atómovú hmotnosť hélia.
Štúdium hélia pomáha vedcom lepšie porozumieť nielen Zemi, ale aj ostatným planétam. V slnečnej sústave vedci objavili hélium v atmosfére obrovských plynných planét Jupiter a Saturn. Na Saturn spadá do atmosféry akýsi héliový dážď zmiešaný s kvapalným vodíkom v extrémnom prostredí teploty a tlaku. Vedci si myslia, že tento „dážď“ hélia spadá do jadra planéty. Jeho uvoľnená gravitačná potenciálna energia môže byť tým, čo robí Saturn tak žiarivým, čo je vlastnosť, ktorá vedcov trápi už roky.
Vedci sa časom dozvedeli viac o vlastnostiach hélia. Hélium sa vyznačuje tým, že je bezfarebné a bez zápachu a ľahšie ako vzduch. Preto plávajú balóny naplnené héliom a hélium nie je veľmi rozpustné vo vode. V popise hélia sa často vyskytujú inertné vlastnosti prvku. Historicky považovaný za chemicky inertný, má tendenciu nereagovať s inými prvkami. Hélium sa nechce vzdať svojich dvoch elektrónov; zostáva stabilný so svojím elektrónovým plášťom. Z tohto dôvodu je hélium v periodickej tabuľke kategorizované ako jeden z vzácnych plynov spolu s neónmi, argónom, radónom a inými vzácnymi plynmi.
Vedci nedávno zistili, že hélium nie je úplne inertné, ako sa kedysi myslelo. Po objavení kryštálov vyrobených z prvkov hélia a sodíka vedci zistili, že hélium sa môže kombinovať s inými atómami aj keď nezdieľa svoje elektróny - inými slovami, kombinuje sa s inými atómami, ale nevytvára v procese chemické väzby. Namiesto toho chráni kladne nabité atómy jeden od druhého a bojuje proti odpudivej sile, ktorá ich bežne tlačí od seba. Pod extrémnym tlakom, aký môže byť v jadre Zeme, sa hélium a vodík lisujú a vytvárajú stabilné zlúčeniny. Vedci môžu odhaliť fascinujúcejšie aspekty prvku hélium a to, či ním ešte bude možno ho považovať za skutočne inertný, alebo ak skutočne môže extrémne vytvárať stabilné zlúčeniny prostrediach.
V atmosfére je hélium koncentrované iba v približne 1 diele z 200 000. Nie je praktické, nákladovo efektívne ani efektívne vyťažiť hélium zo vzduchu, takže to nie je to, ako ľudia hélium získavajú. Namiesto toho sa hélium vyrába zo zemného plynu. Najskôr sa musia odstrániť nečistoty ako voda, sulfidy a oxidy uhlíka a potom výsledná surovina hélium, ktoré stále obsahuje ďalšie prvky ako argón, neón, vodík a dusík, sa čistí na vysokej úrovni tlaky. Táto surovina sa potom super ochladí. Argón a dusík sa skvapalňujú a nakoniec sa dusík odparí. Hélium sa oddeľuje od neónu, dusíka a vodíka. Dodatočné filtrovanie s aktívnym uhlím odstraňuje ďalšie plyny.
Hélium sa nachádza v niektorých ložiskách zemného plynu po celom svete. Nie je to však na každom ložisku zemného plynu. V Spojených štátoch sa hélium extrahuje z vrtov v Kansase, Oklahome a Texase. Len v Texase je rezerva Federálneho hélia, ktorá je hlavnou dodávkou pre USA. Táto zásoba sa však časom zmenšuje. Veľké nálezisko hélia existuje aj v Tanzánii. Na svete je v súčasnosti iba 14 rastlín, ktoré rafinujú hélium. Hélium sa nachádza aj v rozpadajúcich sa rádioaktívnych mineráloch. Prirodzene sa vyrába z kozmického a röntgenového bombardovania berýliom a lítiom.
Zmenšujúca sa dodávka hélia sa stala hlavným problémom. Závislosť na héliu v moderných technológiách sa zvýšila a v dôsledku toho sa znížila ponuka. Vedci pracujú na tom, aby bola výroba hélia efektívnejšia a udržateľnejšia. Nové metódy ako recyklácia a opätovné skvapalnenie hélia môžu fungovať v malom rozsahu, čo môže pomôcť výskumníkom. To môže pomôcť znížiť náklady na hélium, pretože klesá jeho zásoba.
Objav hélia viedol k mnohým veľkým inováciám. Nakoniec by vzniklo veľa použití hélia. V modernom živote má hélium obrovský význam v oblastiach technológie, medicíny a výskumu.
Na čo sa hélium používa?
Existuje veľa využití hélia. Samozrejme sa používa na plnenie párty balónov, ktoré potešia deti i dospelých po celom svete. Hélium nahradilo vodík vo vzducholodiach potom, čo sa zistilo, že vodík je vysoko reaktívny. Hélium sa používa na lekárstvo, vedecký výskum, oblúkové zváranie, chladenie, plyn pre lietadlá, chladivo pre jadrové reaktory, kryogénny výskum a zisťovanie únikov plynov. Používa sa pre svoje chladiace vlastnosti, pretože jeho bod varu je takmer nulový. Vďaka tomu je atraktívny pre použitie v supravodičoch. Hélium sa tiež používa na natlakovanie rakiet a iných kozmických lodí. Používa sa tiež ako prostriedok na prenos tepla.
V medicíne sa niekedy hélium používa na pomoc pacientom s pľúcnymi problémami, ako sú upchaté dýchacie cesty, astma a CHOCHP. Hélium umožňuje lepší prienik plynov do distálnych alveol v pľúcach, preto sa v prípade potreby používa na ventiláciu pľúc. Hélium sa tiež používa na testovanie pľúcnych funkcií. Hélium sa tiež používa pri niektorých laparoskopických operáciách namiesto oxidu uhoľnatého. Hélium sa niekedy používa ako štítok na zobrazovanie. Niekedy sa hélium používa na chirurgiu s otvoreným srdcom, zmieša sa s kyslíkom a používa sa ako hmla pre pľúca. Hélium sa tiež používa na chladenie supravodivých magnetov v MRI skeneroch. Radiačné monitory tiež používajú hélium.
Vedeli ste, že hélium je pre potápačov dôležité? Hélium nahrádza dusík v potápačských plynných zmesiach, takže potápači môžu ísť hlbšie pod vodu bez negatívnych účinkov na centrálny nervový systém. Bez tejto zmesi by potápači mohli trpieť tlakovými účinkami, ktoré by sa nazývali „ohyby“.
Existuje veľké množstvo vedeckých použití hélia. Veľký hadrónový urýchľovač používa na chladenie hélium. Hélium sa použilo na objavenie Higgsovho bozónu, veľkého prielomu vo fyzike. Používa sa v spektrometroch nukleárnej magnetickej rezonancie. Supravodiče môžu fungovať, iba ak sú obklopené extrémnym chladom hélia a hélium sa v kozmickom priemysle používalo na chladenie satelitných prístrojov a chladivo pre kozmické lode. Meteorológovia používajú na pozorovanie počasia meteorologické balóny naplnené héliom. Skenovacie elektrónové mikroskopy niekedy používajú hélium na lepšie rozlíšenie obrazu.
Hélium tiež hrá dôležitú úlohu v bezpečnosti vozidiel. Používa sa na naplnenie airbagov v prípade nárazu vozidla.
Hélium sa skladuje a dodáva v tekutej forme a je mimoriadne chladné. Jeho nedostatok reaktivity ho robí ideálnym pre ochranné prostredie. S héliom nikdy nemanipulujte priamo. Je tak neskutočne chladno, že môže spôsobiť nebezpečné omrzliny.
Kde sa hélium nachádza v každodennom živote?
Nájdete hélium používané v každodennom živote v rôznych formách. Používa sa ako zdvíhací prostriedok, do balónov, do potápačských zmesí a do optických vlákien. Zvárači používajú hélium na zváranie oblúkov v stavebníctve. Lekári a chirurgovia používajú hélium na pomoc pacientom s pľúcami a srdcami. Keď navštívite obchod s potravinami a skontrolujete svoje potraviny, pravdepodobne pozorujete hélium-neónové lasery. Ak niekedy uvidíte vzducholoď, ktorá sa plaví nad hlavou, môžete si byť istí, že ju drží vo vzduchu hélium. Zistite, či môžete počas dňa spozorovať použitie hélia v každodennom živote.
Je hélium výbušný plyn?
Hélium nie je výbušný plyn. Je klasifikovaný ako nehorľavý, čo znamená, že hélium nemôže horieť. Je mimoriadne chladný v tekutej forme, taký chladný, že zmrazuje ďalšie plyny. Ak je však nádoba vystavená teplu, môže nádoba prasknúť. Skvapalnené hélium môže pri vložení do vody prudko vrieť a môže to viesť k vysokému tlaku vo vnútri nádob, čo zvyšuje riziko, že nádoby môžu z tlaku explodovať. Ale hélium samo o sebe nevybuchne.
Aké sú dôsledky vdýchnutia hélia?
Možno ste už počuli vtipný zvuk niekoho, kto z balóna nadýchol trochu hélia. Dýchanie hélia mení výšku ľudského hlasu, takže je oveľa vyššia, piskľavá a kreslená. Problém pri tom je, že keď dýchate hélium z balóna, nedýchate vzduch. Ľudské telá musia dýchať vzduch, aby správne fungovali a aby v mozgu a tele dostali kyslík tam, kde je to potrebné. Aj vdychovanie malého množstva hélia môže spôsobiť závraty. Môže však tiež spôsobiť stratu vedomia a spôsobiť udusenie. Pokračujúce dýchanie hélia môže dokonca viesť k smrti anoxiou, čo znamená vyhladovanie kyslíka z tela.