การใช้ก๊าซฮีเลียมทุกวัน

ฮีเลียมเป็นธาตุที่เรียกว่าก๊าซมีตระกูล ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น และแพร่หลายไปทั่วทั้งจักรวาล คุณอาจรู้จักฮีเลียมจากลูกโป่งฮีเลียมที่ลอยอยู่ ธาตุฮีเลียมมีประโยชน์มากกว่าลูกโป่งปาร์ตี้มากมาย นอกจากนี้ยังใช้ในถุงลมนิรภัยในรถยนต์ อุปกรณ์ไฮเทค อุปกรณ์ทางการแพทย์ และเครื่องบิน ฮีเลียมยังคงเป็นองค์ประกอบสำคัญของชีวิตสมัยใหม่ แม้ว่าคุณจะมองไม่เห็นโดยตรงก็ตาม

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ฮีเลียมเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองในจักรวาล แม้ว่าคุณจะมองไม่เห็นหรือดมกลิ่นฮีเลียมก็มีคุณสมบัติในการใช้งานในชีวิตประจำวันหลายอย่าง ทั้งในด้านเทคโนโลยี ยารักษาโรค และแม้แต่ในรถยนต์

เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของฮีเลียมที่มีต่อโลก การเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของธาตุจะช่วยได้ นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องเรียนรู้เกี่ยวกับประวัติและปัญหาด้านอุปทานในแง่มุมของชีวิตสมัยใหม่อย่างไร

ฮีเลียมเป็นธาตุที่มีอยู่ในรูปก๊าซ สัญลักษณ์อะตอมของมันคือ "เขา" และเลขอะตอมของมันคือ 2 ในตารางธาตุ จุดหลอมเหลวของฮีเลียมเป็นจุดต่ำสุดขององค์ประกอบทั้งหมด และมีจุดเดือดอยู่ที่ -452 องศาฟาเรนไฮต์ ฮีเลียมเท่านั้นที่สามารถยังคงเป็นของเหลวได้แม้ว่าอุณหภูมิจะลดลง มันจะแข็งตัวเมื่อมีแรงกดดันมากเท่านั้น คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ฮีเลียมขาดไม่ได้สำหรับเทคโนโลยีใหม่บางอย่าง เช่น วัสดุตัวนำยิ่งยวด

ธาตุฮีเลียมเป็นอันดับสองรองจากไฮโดรเจนในความอุดมสมบูรณ์ในจักรวาล ฮีเลียมมีอยู่ในดาวทุกดวง และมีมากที่สุดในดาวที่ร้อนแรงที่สุด ผลิตจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดาวฤกษ์ อันที่จริง ฮีเลียมถูกค้นพบก่อนในขณะที่ศึกษาดาวฤกษ์ของเรา นั่นคือดวงอาทิตย์ ฮีเลียมเป็นที่แพร่หลายในดวงอาทิตย์ เป็นองค์ประกอบสำคัญและมีความสำคัญต่อโลก

ฮีเลียมไม่ถูกค้นพบจนถึงวันที่ 18 สิงหาคม พ.ศ. 2411 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Pierre Jules Cesar Janssen ใช้อุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ใหม่ที่เรียกว่าสเปกโตรสโคปเพื่อสังเกตความยาวคลื่นแสง สเปกโตรสโคปแสดงสเปกตรัมหรือความยาวคลื่นแสงเป็นแถบสี ขณะสังเกตดวงอาทิตย์ที่บดบังด้วยเครื่องสเปกโตรสโคป Janssen พบความยาวคลื่นในแสงของดวงอาทิตย์ ที่ไม่ตรงกับธาตุอื่นใดในโลก ที่มีลักษณะเป็นสีเหลืองสดใส ไลน์. Janssen ตระหนักว่าเขาได้ค้นพบองค์ประกอบใหม่ นักดาราศาสตร์อีกคนหนึ่งคือ Norman Lockyer ชาวอังกฤษ ได้ทำการสังเกตนี้ขณะดูดวงอาทิตย์ด้วย ทั้งคู่เคยสังเกตธาตุฮีเลียม ซึ่งล็อกเยอร์ตั้งชื่อตามคำภาษากรีกที่แปลว่าดวงอาทิตย์ ในที่สุดในปี 1882 ความจริงแล้วการค้นพบฮีเลียมบนโลกในลาวาของภูเขาไฟวิสุเวียส เมื่อนักฟิสิกส์ลุยจิ พัลมิเอรีพบสเปกตรัมสีเหลืองสดใสในขณะที่เขาวิเคราะห์ลาวา ต่อมา William Ramsay ได้ทำการทดลองที่พิสูจน์ว่ามีฮีเลียมอยู่บนโลก เขาพบว่าเมื่อธาตุเรเดียมสลายตัว จะผลิตฮีเลียม Per Teodor Cleve และ Nils Abraham Langer จะทำในปี 1895 ควบคุมน้ำหนักอะตอมของฮีเลียม

การศึกษาฮีเลียมช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น ไม่เพียงแต่โลกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ด้วย ในระบบสุริยะ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบฮีเลียมในบรรยากาศของดาวเคราะห์ก๊าซขนาดยักษ์อย่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ บนดาวเสาร์ ฝนฮีเลียมชนิดหนึ่งที่ผสมกับไฮโดรเจนเหลว ตกลงสู่ชั้นบรรยากาศในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและความดันรุนแรง นักวิทยาศาสตร์คิดว่า "ฝน" ของฮีเลียมนี้ตกลงไปที่แกนกลางของดาวเคราะห์ พลังงานศักย์โน้มถ่วงที่ปล่อยออกมาอาจเป็นสิ่งที่ทำให้ดาวเสาร์ส่องแสงเจิดจ้า ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมานานหลายปี

เมื่อเวลาผ่านไป นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของฮีเลียม คำอธิบายของฮีเลียมคือไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และเบากว่าอากาศ นี่คือเหตุผลที่ลูกโป่งที่เติมฮีเลียมลอยอยู่ และฮีเลียมไม่ละลายในน้ำมากนัก คุณสมบัติเฉื่อยขององค์ประกอบมักจะอยู่ในคำอธิบายของฮีเลียม ในอดีตถือว่าเฉื่อยทางเคมี มีแนวโน้มที่จะไม่ทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่นๆ ฮีเลียมไม่ต้องการทิ้งอิเล็กตรอนสองตัว มันยังคงมีเสถียรภาพด้วยเปลือกอิเล็กตรอน ด้วยเหตุนี้ ฮีเลียมจึงถูกจัดประเภทเป็นหนึ่งในก๊าซมีตระกูล ร่วมกับนีออน อาร์กอน เรดอน และก๊าซมีตระกูลอื่นๆ ในตารางธาตุ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าฮีเลียมไม่ได้เฉื่อยอย่างสมบูรณ์อย่างที่คิด เมื่อค้นพบผลึกที่ทำจากธาตุฮีเลียมและโซเดียม นักวิจัยพบว่าฮีเลียมสามารถรวมเข้ากับอะตอมอื่นได้ ในขณะที่ไม่ใช้อิเลคตรอนร่วมกัน กล่าวคือ มันรวมกับอะตอมอื่น แต่ไม่ได้สร้างพันธะเคมีในกระบวนการ แต่จะปกป้องอะตอมที่มีประจุบวกจากกันและกันและตอบโต้แรงขับไล่ที่ปกติจะผลักพวกมันออกจากกัน ภายใต้แรงกดดันที่รุนแรง เช่น อาจอยู่ที่แกนโลก ฮีเลียมและไฮโดรเจนจะบีบอัดและสร้างสารประกอบที่เสถียร นักวิทยาศาสตร์อาจค้นพบแง่มุมที่น่าสนใจมากขึ้นของธาตุฮีเลียม และไม่ว่าจะเป็นธาตุฮีเลียมหรือไม่ เป็นไปได้ที่จะพิจารณาว่ามันเฉื่อยจริง ๆ หรือถ้ามันสามารถสร้างสารประกอบที่เสถียรได้ในสุดขั้ว สภาพแวดล้อม

ในชั้นบรรยากาศ ฮีเลียมมีความเข้มข้นเพียงประมาณ 1 ส่วนใน 200,000 เท่านั้น การแยกฮีเลียมออกจากอากาศนั้นไม่มีประโยชน์ คุ้มค่า หรือมีประสิทธิภาพ ผู้คนจึงไม่ได้รับฮีเลียม ฮีเลียมผลิตจากก๊าซธรรมชาติแทน สิ่งเจือปน เช่น น้ำ ซัลไฟด์ และคาร์บอนไดออกไซด์จะต้องถูกกำจัดออกก่อน จากนั้นจึงค่อยเอาน้ำมันดิบที่เป็นผลออกมา ฮีเลียม ซึ่งยังคงมีองค์ประกอบอื่นๆ เช่น อาร์กอน นีออน ไฮโดรเจน และไนโตรเจน ถูกทำให้บริสุทธิ์ที่ระดับสูง แรงกดดัน น้ำมันดิบนี้จะถูกทำให้เย็นลงเป็นพิเศษ อาร์กอนและไนโตรเจนถูกทำให้เป็นของเหลว และในที่สุดไนโตรเจนก็ระเหยไป ฮีเลียมแยกจากนีออน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน การกรองเพิ่มเติมด้วยถ่านกัมมันต์จะขจัดก๊าซอื่นๆ

ฮีเลียมสามารถพบได้ในแหล่งก๊าซธรรมชาติบางแห่งทั่วโลก อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เกิดขึ้นในแหล่งก๊าซธรรมชาติทุกแห่ง ในสหรัฐอเมริกา ฮีเลียมถูกสกัดจากบ่อน้ำในแคนซัส โอคลาโฮมา และเท็กซัส เท็กซัสเป็นที่ตั้งของ Federal Helium Reserve ซึ่งเป็นแหล่งจ่ายหลักสำหรับสหรัฐอเมริกา อย่างไรก็ตาม อุปทานนี้ลดน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป มีเงินฝากฮีเลียมจำนวนมากในแทนซาเนีย ขณะนี้มีเพียง 14 โรงงานในโลกที่กลั่นฮีเลียม ฮีเลียมยังพบได้ในแร่ธาตุกัมมันตภาพรังสีที่สลายตัว มันถูกสร้างขึ้นตามธรรมชาติจากการทิ้งระเบิดของเบริลเลียมและลิเธียมในจักรวาลและเอ็กซ์เรย์

อุปทานฮีเลียมที่หดตัวกลายเป็นปัญหาสำคัญ การพึ่งพาฮีเลียมในเทคโนโลยีสมัยใหม่เพิ่มขึ้น และอุปทานลดลงด้วย นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อให้การผลิตฮีเลียมมีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้น วิธีการใหม่ๆ เช่น การรีไซเคิลและการทำให้ฮีเลียมเป็นของเหลวใหม่ อาจใช้ได้ผลในขนาดเล็กที่สามารถช่วยเหลือนักวิจัยได้ สิ่งนี้สามารถช่วยลดต้นทุนของฮีเลียมเมื่ออุปทานลดลง

การค้นพบฮีเลียมทำให้เกิดนวัตกรรมที่ยอดเยี่ยมมากมาย ในที่สุด การใช้ฮีเลียมหลายครั้งก็เกิดขึ้น ในชีวิตสมัยใหม่ ฮีเลียมมีความสำคัญอย่างมากในด้านเทคโนโลยี การแพทย์ และการวิจัย

ฮีเลียมมีประโยชน์หลายอย่าง แน่นอนว่าใช้เติมลูกโป่งปาร์ตี้ที่สร้างความสุขให้เด็กและผู้ใหญ่ทั่วโลก ฮีเลียมแทนที่ไฮโดรเจนในเรือบิน หลังจากที่พบว่าไฮโดรเจนมีปฏิกิริยาสูง ฮีเลียมใช้สำหรับการแพทย์ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การเชื่อมอาร์ก การทำความเย็น แก๊สสำหรับเครื่องบิน สารหล่อเย็นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การวิจัยด้วยความเย็น และการตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซ ใช้สำหรับคุณสมบัติการทำความเย็นเนื่องจากจุดเดือดใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ ทำให้น่าสนใจสำหรับการใช้งานในตัวนำยิ่งยวด ฮีเลียมยังใช้สำหรับอัดความดันจรวดและยานอวกาศอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารถ่ายเทความร้อน

ในทางการแพทย์ บางครั้งใช้ฮีเลียมเพื่อช่วยผู้ป่วยที่มีปัญหาเกี่ยวกับปอด เช่น ระบบทางเดินหายใจอุดกั้น โรคหอบหืด และโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง ฮีเลียมช่วยให้ก๊าซแทรกซึมไปยังถุงลมส่วนปลายในปอดได้ดีขึ้น ดังนั้นจึงใช้สำหรับการระบายอากาศของปอดเมื่อมีความจำเป็นทางการแพทย์ ฮีเลียมยังใช้สำหรับการทดสอบการทำงานของปอด ฮีเลียมยังใช้ในการผ่าตัดผ่านกล้องบางชนิดแทนการใช้คาร์บอนมอนอกไซด์ บางครั้งใช้ฮีเลียมเป็นฉลากสำหรับการถ่ายภาพ บางครั้งใช้ฮีเลียมในการผ่าตัดหัวใจแบบเปิด ผสมกับออกซิเจนและใช้เป็นละอองสำหรับปอด ฮีเลียมยังใช้เพื่อทำให้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเย็นลงในเครื่องสแกน MRI จอภาพรังสียังใช้ฮีเลียม

คุณรู้หรือไม่ว่าฮีเลียมมีความสำคัญต่อนักดำน้ำ? ฮีเลียมแทนที่ไนโตรเจนในส่วนผสมของก๊าซดำน้ำ เพื่อให้นักดำน้ำสามารถดำน้ำได้ลึกขึ้นโดยไม่กระทบต่อระบบประสาทส่วนกลาง หากไม่มีส่วนผสมนี้ นักดำน้ำอาจได้รับผลกระทบจากแรงกดดันด้วยสภาพที่เรียกว่า "ส่วนโค้ง"

มีการใช้ฮีเลียมทางวิทยาศาสตร์มากมาย Large Hadron Collider ใช้ฮีเลียมเพื่อการทำความเย็น ฮีเลียมถูกใช้เพื่อค้นหาฮิกส์โบซอน ซึ่งเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านฟิสิกส์ มันถูกใช้ในสเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ตัวนำยิ่งยวดสามารถทำงานได้ก็ต่อเมื่อถูกล้อมรอบด้วยความเย็นจัดของฮีเลียม และมีการใช้ฮีเลียมในอุตสาหกรรมอวกาศเพื่อระบายความร้อนของอุปกรณ์ดาวเทียมและสารหล่อเย็นเชื้อเพลิงสำหรับยานอวกาศ นักอุตุนิยมวิทยาใช้บอลลูนอากาศที่เติมฮีเลียมเพื่อสังเกตการณ์สภาพอากาศ การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในบางครั้งใช้ฮีเลียมเพื่อความละเอียดของภาพที่ดีขึ้น

ฮีเลียมยังมีบทบาทสำคัญในความปลอดภัยของรถยนต์ ใช้สำหรับเติมถุงลมนิรภัยหากรถชน

ฮีเลียมถูกจัดเก็บและขนส่งในรูปของเหลว และอากาศเย็นจัด การขาดปฏิกิริยาทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการป้องกัน ห้ามใช้ฮีเลียมโดยตรง อากาศหนาวมากจนสามารถทำให้เกิดอาการบวมเป็นน้ำเหลืองที่เป็นอันตรายได้

คุณสามารถหาฮีเลียมที่ใช้ในชีวิตประจำวันได้หลายรูปแบบ ใช้เป็นสารช่วยยก ในบอลลูน สารผสมการดำน้ำ และใยแก้วนำแสง ช่างเชื่อมใช้ฮีเลียมในการเชื่อมอาร์คในการก่อสร้าง แพทย์และศัลยแพทย์ใช้ฮีเลียมเพื่อช่วยผู้ป่วยในกระบวนการเกี่ยวกับปอดและหัวใจ เมื่อคุณไปที่ร้านของชำและสแกนของชำของคุณ คุณอาจสังเกตเห็นเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน หากคุณเคยเห็นเรือเหาะแล่นอยู่เหนือศีรษะ คุณสามารถมั่นใจได้ว่ามันถูกยกขึ้นโดยฮีเลียม ดูว่าคุณสามารถระบุการใช้ฮีเลียมในชีวิตประจำวันได้หรือไม่

ฮีเลียมไม่ใช่ก๊าซระเบิด จัดอยู่ในประเภทไม่ติดไฟ ซึ่งหมายความว่าฮีเลียมไม่สามารถเผาไหม้ได้ มันเย็นมากในรูปของเหลว เย็นมากจนทำให้ก๊าซอื่นเป็นน้ำแข็ง อย่างไรก็ตาม หากภาชนะถูกความร้อน ตัวภาชนะอาจระเบิดได้ ฮีเลียมเหลวสามารถเดือดอย่างรุนแรงเมื่อใส่ในน้ำ และอาจนำไปสู่ความดันสูงภายในภาชนะบรรจุ ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงที่ภาชนะบรรจุจะระเบิดจากแรงดันได้ แต่ฮีเลียมจะไม่ระเบิดด้วยตัวมันเอง

คุณอาจเคยได้ยินเสียงตลกๆ ของใครบางคนที่หายใจเอาฮีเลียมออกมาจากบอลลูน การหายใจด้วยฮีเลียมจะเปลี่ยนระดับเสียงของมนุษย์ ทำให้สูงขึ้น ส่งเสียงดังเอี๊ยด และเป็นเสียงการ์ตูน ปัญหาของการทำเช่นนี้คือเมื่อคุณหายใจเอาฮีเลียมจากบอลลูนเข้าไป คุณจะไม่หายใจในอากาศ ร่างกายมนุษย์จำเป็นต้องหายใจเอาอากาศเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง และรับออกซิเจนในที่ที่จำเป็นต่อสมองและร่างกาย แม้แต่การหายใจด้วยฮีเลียมเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดอาการวิงเวียนศีรษะได้ แต่ก็สามารถทำให้หมดสติและทำให้หายใจไม่ออกได้เช่นกัน การหายใจฮีเลียมอย่างต่อเนื่องอาจทำให้เสียชีวิตจากการขาดออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าร่างกายขาดออกซิเจน