Helij je element, znan kot žlahtni plin. Je brez barve in vonja ter je razširjen po vsem vesolju. Morda veste o heliju iz helijevih balonov, ki plavajo. Element helij pa ima veliko več uporab kot baloni. Uporablja se tudi v avtomobilskih zračnih blazinah, visokotehnološki opremi, medicinskih pripomočkih in letalih. Helij je še vedno pomembna sestavina sodobnega življenja, čeprav ga ne morete videti neposredno.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Helij je drugi najpogostejši element v vesolju. Čeprav ga ne morete videti ali vohati, ga ima helij v številnih vsakdanjih rabah, v tehnologiji, medicini in celo v avtomobilih.
Zakaj je helij pomemben za svet?
Da bi razumeli pomembnost helija za svet, pomaga izvedeti več o lastnostih elementa. Poleg tega je ključnega pomena spoznati njegovo zgodovino in kako se vprašanja oskrbe vključujejo v vidike sodobnega življenja.
Helij je element, ki obstaja v obliki plina. Njegov atomski simbol je "He", atomsko število pa je 2 na periodnem sistemu. Tališče helija je najnižje od vseh elementov, njegovo vrelišče pa je -452 stopinj Celzija. Samo helij lahko ostane tekoč, tudi če je njegova temperatura znižana. Utrdi se le pri ekstremnih tlakih. Zaradi teh lastnosti je helij nepogrešljiv za nekatere novejše tehnologije, kot so superprevodni materiali.
Element helij je po svoji številčnosti v vesolju takoj za vodikom. Helij obstaja v vsaki zvezdi, največ pa ga je v najbolj vročih zvezdah. Nastaja iz reakcij jedrske fuzije v zvezdah. Pravzaprav je bil helij odkrit najprej med proučevanjem lastne zvezde, sonca. Na soncu prevladuje helij; je bistven element in zato pomemben za svet.
Helij je bil odkrit šele 18. avgusta 1868. Francoski astrofizik Pierre Jules Cesar Janssen je za opazovanje svetlobnih valovnih dolžin uporabil novo astronomsko napravo, imenovano spektroskop. Spektroskop je spektre ali svetlobne valovne dolžine prikazal kot barvne pasove. Med opazovanjem zasenčenega sonca s spektroskopom je Janssen našel valovno dolžino v sončni svetlobi ki ni ustrezala nobenemu drugemu elementu, ki ga še najdemo na Zemlji, v obliki svetlo rumene barve črta. Janssen je spoznal, da je odkril nov element. Tudi drugi astronom, Anglež Norman Lockyer, je to opazoval med gledanjem sonca. Oba sta opazila element helij, ki ga je Lockyer poimenoval po grški besedi za sonce. Sčasoma je bil leta 1882 helij dejansko odkrit na Zemlji v lavi Vezuva, ko je fizik Luigi Palmieri med analizo lave našel svetlo rumene spektre. Kasneje je William Ramsay izvedel poskuse, ki so dokazali, da na zemlji obstaja helij; ugotovil je, da ko element radij propade, tvori helij. Na Teodorja Clevea in Nilsa Abraham Langer bi leta 1895 določil atomsko težo helija.
Preučevanje helija pomaga znanstvenikom, da bolje razumejo ne samo Zemljo, temveč tudi druge planete. V sončnem sistemu so znanstveniki odkrili helij v ozračju velikanskih plinskih planetov Jupiter in Saturn. Na Saturnu v ozračje v ekstremnem okolju temperature in tlaka pade nekakšen helijev dež, pomešan s tekočim vodikom. Znanstveniki menijo, da ta helijev "dež" pade v jedro planeta. Njegova sproščena gravitacijska potencialna energija je morda tista, zaradi katere Saturn sije tako močno, značilnost, ki znanstvenike že leta zmede.
Sčasoma so znanstveniki izvedeli več o lastnostih helija. Opis helija je, da je brez barve in vonja ter lažji od zraka. Zato helij napolnjeni baloni plavajo, helij pa v vodi ni zelo topen. Inertne lastnosti elementa so pogosto opisane v opisu helija. Zgodovinsko gledano kemično inerten, ponavadi ne reagira z drugimi elementi. Helij se noče odreči svojim dvema elektronoma; ostane stabilen s svojo elektronsko lupino. Zaradi tega je helij uvrščen med plemenite pline, skupaj z neonom, argonom, radonom in drugimi žlahtnimi plini v periodnem sistemu.
Pred kratkim so znanstveniki odkrili, da helij ni popolnoma inerten, kot so nekoč mislili. Ko so odkrili kristale iz elementov helija in natrija, so raziskovalci ugotovili, da se helij lahko kombinira z drugimi atomi medtem ko svojih elektronov ne deli - z drugimi besedami, se kombinira z drugimi atomi, vendar v tem procesu ne tvori kemijskih vezi. Namesto tega med seboj ščiti pozitivno nabite atome in preprečuje odbijajočo silo, ki jih običajno potisne narazen. Pod ekstremnim pritiskom, kakršen je morda v jedru Zemlje, se helij in vodik stisneta in tvorita stabilne spojine. Znanstveniki bodo morda odkrili bolj zanimive vidike elementa helij in ali bo še vedno ga lahko štejemo za resnično inertnega ali če lahko v skrajnem primeru resnično tvori stabilne spojine okoljih.
V ozračju je helij zgoščen le približno v enem delu na 200.000. Helij iz zraka ni praktično, stroškovno učinkovit ali učinkovit, zato ljudje ne pridobivajo helija. Namesto tega se helij proizvaja iz zemeljskega plina. Najprej je treba odstraniti nečistoče, kot so voda, sulfidi in ogljikovi dioksidi, nato pa nastala surova helij, ki še vedno vsebuje druge elemente, kot so argon, neon, vodik in dušik, se očisti pri visokih temperaturah pritiski. Ta surova snov se nato super ohladi. Argon in dušik sta utekočinjena in sčasoma dušik izhlapi. Helij se loči od neona, dušika in vodika. Dodatno filtriranje z aktivnim ogljem odstrani druge pline.
Helij najdemo v nekaterih nahajališčih zemeljskega plina po vsem svetu. Ni pa v vseh nahajališčih zemeljskega plina. V ZDA helij pridobivajo iz vodnjakov v Kansasu, Oklahomi in Teksasu. Samo v Teksasu je Federal Helium Reserve, glavna oskrba za ZDA. Ta zaloga pa sčasoma upada. Veliko nahajališče helija obstaja tudi v Tanzaniji. Na svetu je zdaj le 14 rastlin, ki rafinirajo helij. Helij najdemo tudi v razpadajočih radioaktivnih mineralih. Naraven je iz kozmičnega in rentgenskega bombardiranja berilija in litija.
Krčenje ponudbe helija je postalo glavno vprašanje. Odvisnost od helija v sodobni tehnologiji se je povečala in ponudba se je zaradi tega zmanjšala. Znanstveniki si prizadevajo, da bi bila proizvodnja helija bolj učinkovita in trajnostna. Nove metode, kot sta recikliranje in ponovno utekočinjanje helija, lahko delujejo v majhnem obsegu, kar lahko pomaga raziskovalcem. To lahko pripomore k zmanjšanju stroškov helija, saj njegova zaloga pade.
Odkritje helija je privedlo do številnih velikih novosti. Sčasoma bi se pojavile številne uporabe helija. V sodobnem življenju je pomen helija velik na področju tehnologije, medicine in raziskav.
Za kaj se uporablja helij?
Obstaja veliko uporab helija. Seveda se uporablja za polnjenje balonov za zabave, ki razveseljujejo otroke in odrasle po vsem svetu. Helij je v zračnih ladjah nadomestil vodik, potem ko je bilo ugotovljeno, da je vodik zelo reaktiven. Helij se uporablja za medicino, znanstvene raziskave, obločno varjenje, hlajenje, plin za letala, hladilno sredstvo za jedrske reaktorje, kriogene raziskave in odkrivanje puščanja plina. Uporablja se zaradi svojih hladilnih lastnosti, ker je njegovo vrelišče blizu absolutne ničle. Zaradi tega je privlačen za uporabo v superprevodnikih. Helij se uporablja tudi za tlačenje raket in drugih vesoljskih plovil. Uporablja se tudi kot sredstvo za prenos toplote.
V medicini se včasih helij uporablja za pomoč bolnikom s težavami s pljuči, kot so ovirane dihalne poti, astma in KOPB. Helij omogoča boljši prodor plina v distalne alveole v pljučih, zato se po potrebi uporablja za prezračevanje pljuč. Helij se uporablja tudi za testiranje pljučne funkcije. Helij se uporablja tudi v nekaterih laparoskopskih operacijah namesto ogljikovega monoksida. Helij se včasih uporablja kot etiketa za slikanje. Včasih se helij uporablja za operacijo na odprtem srcu, meša se s kisikom in se uporablja kot megla za pljuča. Helij se uporablja tudi za hlajenje superprevodnih magnetov v MRI skenerjih. Monitorji sevanja uporabljajo tudi helij.
Ste vedeli, da je helij pomemben za potapljače? Helij nadomešča dušik v mešanicah potapljaških plinov, tako da lahko potapljači gredo globlje pod vodo brez negativnih učinkov na centralni živčni sistem. Brez te mešanice bi lahko potapljači trpeli zaradi pritiska s stanjem, imenovanim "ovinki".
Obstajajo številne znanstvene uporabe helija. Veliki hadronski trkalnik uporablja helij za hlajenje. Helij je bil uporabljen za odkrivanje Higgsovega bozona, velikega preboja v fiziki. Uporablja se v spektrometrih z jedrsko magnetno resonanco. Superprevodniki lahko delujejo le, če jih obkroža izjemen mraz helija, helij pa se v vesoljski industriji uporablja za hlajenje satelitskih instrumentov in hladilno sredstvo za gorivo vesoljskih plovil. Meteorologi za opazovanje vremena uporabljajo vremenske balone, napolnjene s helijem. Optični elektronski mikroskopi včasih uporabljajo helij za boljšo ločljivost slike.
Helij ima pomembno vlogo tudi pri varnosti vozil. Uporablja se za polnjenje zračnih blazin, če vozilo trči.
Helij je shranjen in odpremljen v tekoči obliki in je zelo hladen. Zaradi pomanjkanja reaktivnosti je idealen za zaščitna okolja. Nikoli ne ravnajte neposredno s helijem. Tako neverjetno je hladno, da lahko povzroči nevarne ozebline.
Kje najdemo helij v vsakdanjem življenju?
Helij lahko uporabljate v vsakdanjem življenju v različnih oblikah. Uporablja se kot dvižno sredstvo v zabavnih balonih, potapljaških mešanicah in optičnih vlaknih. Varilci uporabljajo helij za varjenje oblokov v gradbeništvu. Zdravniki in kirurgi uporabljajo helij za pomoč bolnikom pri pljučnih in srčnih posegih. Ko obiščete trgovino in so vaše živil skenirane, verjetno opazujete helij-neonske laserje. Če kdaj opazite, da nad glavo pluje bleščica, ste prepričani, da jo helij drži nad glavo. Preverite, ali lahko med dnevom opazite uporabo helija v vsakdanjem življenju.
Je helij eksploziven plin?
Helij ni eksploziven plin. Razvrščen je kot negorljiv, kar pomeni, da helij ne more goreti. V tekoči obliki je izredno hladen, tako hladen, da zmrzne druge pline. Če pa je posoda izpostavljena vročini, lahko posoda poči. Utekočinjeni helij lahko močno zavre, če ga damo v vodo, kar lahko privede do velikega pritiska v posodah, kar poveča tveganje, da bi posode eksplodirale od pritiska. Toda sam po sebi helij ne bo eksplodiral.
Kakšne so posledice vdihavanja helija?
Morda ste že slišali šaljiv zvok nekoga, ki iz balona vdihne malo helija. Dihalni helij spreminja višino človeškega glasu, zaradi česar je veliko višji, škripav in risan. Težava pri tem je, da ko vdihnete helij iz balona, ne dihate zraka. Človeška telesa morajo dihati zrak, da lahko pravilno delujejo in kisik dobijo tam, kjer je potreben v možganih in telesu. Tudi vdihavanje majhne količine helija lahko povzroči omotico. Lahko pa povzroči tudi izgubo zavesti in povzroči zadušitev. Nadaljevanje dihanja helija lahko privede tudi do smrti zaradi anoksije, kar pomeni stradanje kisika iz telesa.
