Helium är ett ämne som kallas ädelgas. Det är färglöst och luktfritt, och det är vanligt i hela universum. Du kanske känner till helium från heliumballonger som flyter. Elementet helium har dock många fler användningsområden än festballonger. Det används också i bilkrockkuddar, högteknologisk utrustning, medicinsk utrustning och flygplan. Helium fortsätter att vara en viktig del av det moderna livet, även om du inte kan se det direkt.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Helium är det näst vanligaste elementet i universum. Medan du inte kan se eller lukta, har helium många dagliga användningsområden, inom teknik, medicin och till och med i bilar.
Varför är Helium viktigt för världen?
För att förstå heliums betydelse för världen hjälper det att lära sig mer om elementets egenskaper. Dessutom är det avgörande att lära sig om dess historia och hur dess leveransfrågor ingår i aspekter av det moderna livet.
Helium är ett element som finns i gasform. Dess atomsymbol är "Han" och dess atomnummer är 2 på det periodiska systemet. Heliums smältpunkt är den lägsta av alla grundämnen, och dess kokpunkt är -452 grader Fahrenheit. Endast helium kan förbli flytande även om temperaturen sänks. Den stelnar endast vid extremt tryck. Dessa egenskaper gör helium oumbärligt för vissa nyare tekniker som superledande material.
Elementet helium är näst bara väte i sitt överflöd i universum. Helium finns i varje stjärna, och det är vanligast i de allra hetaste stjärnorna. Det produceras från kärnfusionsreaktioner i stjärnor. Faktum är att helium upptäcktes först när vi studerade vår egen stjärna, solen. Helium förekommer i solen; det är ett väsentligt element och därför viktigt för världen.
Helium upptäcktes inte förrän 18 augusti 1868. En fransk astrofysiker vid namn Pierre Jules Cesar Janssen använde en ny astronomisk anordning som kallades spektroskop för att observera ljusvåglängder. Spektroskopet visade spektra, eller ljusvåglängder, som färgband. Medan han observerade den förmörkade solen med ett spektroskop fann Janssen en våglängd i solens ljus som inte motsvarade något annat element som ännu hittats på jorden, i form av en ljusgul linje. Janssen insåg att han hade upptäckt ett nytt element. En annan astronom, engelsmannen Norman Lockyer, gjorde också denna observation medan han tittade på solen. Båda hade observerat elementet helium, som Lockyer döpt efter det grekiska ordet för solen. Så småningom 1882 upptäcktes helium i själva verket på jorden i Vesuvius lava, när fysikern Luigi Palmieri hittade de ljusgula spektra medan han analyserade lavan. Senare genomförde William Ramsay experiment som visade att helium fanns på jorden; han upptäckte att när elementet radium förruttnade producerade det helium. Per Teodor Cleve och Nils Abraham Langer skulle 1895 avskräcka heliums atomvikt.
Att studera helium hjälper forskare att bättre förstå inte bara jorden utan även de andra planeterna. I solsystemet upptäckte forskare helium i atmosfären på de jätte gasplaneterna Jupiter och Saturnus. På Saturnus faller ett slags heliumregn blandat med flytande väte i atmosfären i en extrem miljö med temperatur och tryck. Forskare tror att detta helium "regn" faller till kärnan på planeten. Dess frigörda gravitationella potentiella energi kan vara det som får Saturnus att skina så starkt, en funktion som har förbryllat forskare i flera år.
Med tiden lärde sig forskare mer om egenskaperna hos helium. Beskrivningen av helium är att det är färglöst och luktfritt och lättare än luft. Det är därför heliumfyllda ballonger flyter och helium är inte särskilt lösligt i vatten. Elementets inerta egenskaper finns ofta i beskrivningen av helium. Historiskt betraktat som kemiskt inert tenderar det att inte reagera med andra element. Helium vill inte ge upp sina två elektroner; den förblir stabil med sitt elektronskal. På grund av detta kategoriseras helium som en av ädelgaserna, tillsammans med neon-, argon-, radon- och andra ädelgaser i det periodiska systemet.
Nyligen upptäckte forskare att helium inte är helt inert, som man en gång trodde. När de upptäckte kristaller gjorda av grundämnena helium och natrium fann forskare att helium kan kombineras med andra atomer medan den inte delar sina elektroner - med andra ord, den kombineras med andra atomer men skapar inte kemiska bindningar i processen. Istället skyddar den positivt laddade atomer från varandra och motverkar den avvisande kraften som normalt skjuter isär dem. Under extremt tryck, som kan vara vid jordens kärna, komprimerar helium och väte och bildar stabila föreningar. Forskare kan avslöja mer fascinerande aspekter av elementet helium, och om det fortfarande kommer att vara möjligt att betrakta det som riktigt inert, eller om det verkligen kan bilda stabila föreningar i extremitet miljöer.
I atmosfären koncentreras helium bara till cirka 1 del av 200 000. Det är inte praktiskt, kostnadseffektivt eller effektivt att extrahera helium från luften, så det är inte så människor får helium. Istället produceras helium från naturgas. Föroreningar som vatten, sulfider och koldioxid måste först avlägsnas och därefter den resulterande råoljan helium, som fortfarande innehåller andra element som argon, neon, väte och kväve, renas på hög nivå tryck. Denna råolja kyls sedan superkyld. Argon och kväve flytande och så småningom avdunstar kväve. Helium separeras från neon, kväve och väte. Ytterligare filtrering med aktivt kol tar bort andra gaser.
Helium finns i vissa naturgasfyndigheter runt om i världen. Det finns dock inte i varje naturgasfyndighet. I USA extraheras helium från brunnar i Kansas, Oklahoma och Texas. Texas ensam rymmer Federal Helium Reserve, USA: s huvudförsörjning. Denna leverans minskar dock med tiden. En stor deponering av helium finns också i Tanzania. Det finns nu bara 14 växter i världen som förädlar helium. Helium finns också i förfallna radioaktiva mineraler. Den är naturligt gjord av kosmisk och röntgenbombardemang av beryllium och litium.
Den krympande tillförseln av helium har blivit en stor fråga. Beroendet av helium i modern teknik har ökat och tillgången minskat som ett resultat. Forskare arbetar för att göra heliumproduktionen mer effektiv och hållbar. Nya metoder som återvinning och återvätska av helium kan fungera i liten skala som kan hjälpa forskare. Detta kan bidra till att minska kostnaden för helium när dess tillförsel sjunker.
Upptäckten av helium har lett till många stora innovationer. Så småningom skulle många användningar av helium uppstå. I det moderna livet är heliums betydelse stor inom teknik, medicin och forskning.
Vad används helium för?
Det finns många användningsområden för helium. Naturligtvis används den för att fylla festballonger som glädjer barn och vuxna runt om i världen. Helium ersatte väte i luftskepp, efter att väte visade sig vara mycket reaktivt. Helium används för medicin, vetenskaplig forskning, bågsvetsning, kylning, gas för flygplan, kylvätska för kärnreaktorer, kryogen forskning och detektering av gasläckor. Den används för sina kylningsegenskaper på grund av att kokpunkten är nära absolut noll. Detta gör det attraktivt för användning i superledare. Helium används också för att sätta raketer och andra rymdfarkoster under tryck. Det används också som ett värmeöverföringsmedel.
I medicin används ibland helium för att hjälpa patienter med lungproblem som hindrade luftvägar, astma och KOL. Helium möjliggör bättre gaspenetration till de distala alveolerna i lungorna, så det används för lungventilation när det är medicinskt nödvändigt. Helium används också för lungfunktionstestning. Helium används också i vissa laparoskopiska operationer istället för kolmonoxid. Helium används ibland som en etikett för avbildning. Ibland används helium för öppen hjärtkirurgi, blandat med syre och används som en dimma för lungorna. Helium används också för att kyla de superledande magneterna i MR-skannrar. Strålningsskärmar använder också helium.
Visste du att helium är viktigt för dykare? Helium ersätter kväve i dykgasblandningar, så att dykare kan gå djupare under vatten utan negativa effekter på centrala nervsystemet. Utan denna blandning kan dykare drabbas av tryckeffekter med det tillstånd som kallas "böjarna".
Det finns många vetenskapliga användningar av helium. Large Hadron Collider använder helium för kylning. Helium användes för att upptäcka Higgs-bosonen, ett stort genombrott inom fysik. Den används i kärnmagnetiska resonansspektrometrar. Supraledare kan bara fungera om de är omgivna av extrem kyla av helium och helium har använts i rymdindustrin för kylning av satellitinstrument och bränslekylmedel för rymdfarkoster. Meteorologer använder heliumfyllda väderballonger för väderobservationer. Skannande elektronmikroskop använder ibland helium för bättre bildupplösning.
Helium spelar också en viktig roll i fordonssäkerheten. Den används för att fylla krockkuddar om ett fordon kraschar.
Helium lagras och transporteras i flytande form och det är extremt kallt. Dess bristande reaktivitet gör den idealisk för skyddande miljöer. Hantera aldrig helium direkt. Det är så otroligt kallt att det kan orsaka farlig frostskada.
Var finns helium i vardagen?
Du kan hitta helium som används i vardagen i olika former. Det används som ett lyftmedel, i festballonger, i dykblandningar och i optiska fibrer. Svetsare använder helium för svetsbågar i konstruktionen. Läkare och kirurger använder helium för att hjälpa patienter med lung- och hjärtprocedurer. När du besöker en livsmedelsbutik och dina livsmedel skannas observerar du troligen heliumneonlasrar. Om du någonsin ser en blimp som seglar över huvudet, kan du vara säker på att den hålls uppe av helium. Se om du kan upptäcka användningen av helium i vardagen när du går om dagen.
Är Helium en explosiv gas?
Helium är inte en explosiv gas. Det klassificeras som icke brännbart, vilket innebär att helium inte kan brinna. Det är extremt kallt i flytande form, så kallt att det fryser andra gaser. Om dess behållare utsätts för värme kan containern själv sprängas. Flytande helium kan koka våldsamt när det placeras i vatten, och detta kan leda till stort tryck inuti behållare, vilket ökar risken för att behållarna kan explodera från trycket. Men på egen hand kommer helium inte att explodera.
Vad är konsekvenserna av att andas in helium?
Du kanske har hört det humoristiska ljudet av att någon andas in lite helium från en ballong. Andning av helium ändrar tonhöjden för den mänskliga rösten, vilket gör den mycket högre, knarrig och tecknad. Problemet med att göra detta är att när du andas in helium från en ballong andas du inte in luft. Människokroppar måste andas luft för att fungera ordentligt och för att få syre där det behövs i hjärnan och kroppen. Även att andas in en liten mängd helium kan orsaka yrsel. Men det kan också orsaka medvetslöshet och orsaka kvävning. Fortsatt andning av helium kan till och med leda till döden av anoxi, vilket innebär en svält av syre från kroppen.