المپياد جهاني شيمي
  هلیم: رقیب هیدروژن در عالم
هلیم: رقیب هیدروژن در عالمزنگ تفريح شيمي
هلیوم دومین عنصر فراوان در عالم است که اولین بار در تاج خورشیدی کشف شد و کمی بعدتر در گازهای متصاعد شده از کوه وزوویوس (Mount Vesuvius) مشاهده شد.

 

 

 هلیوم جایگاه دومین عنصر را در جدول تناوبی مندلیف به خود اختصاص داده است. این عنصر بی‌بو، بی‌اثر و بی‌رنگ است، اما کاربردهای جالبی دارد. شما می‌‌توانید هلیوم را در نیم‌رساناها، بادکنک‌‌های تولد و برخورد دهنده‌‌ی بزرگ هادرونی (Large Hadron Collider) بیابید. هلیوم به دلیل چگالی بسیار کمی که دارد، روی هوا شناور می‌‌ماند. این چگالی کم باعث می‌‌شود که هنگام استنشاق گاز هلیوم، صدای انسان بسیار نازک و مانند صدای جیرجیر شود. زیرا هرچه هوایی که در اطراف تارهای صوتی حنجره قرار دارد تراکم کمتری داشته باشد، تارهای صوتی سریع‌تر مرتعش می‌‌شوند و در نتیجه صدای تولید شده زیرتر می‌‌شود. البته اجرا کردن چنین آزمایشی نیاز به آموزش دارد و اگر ریه‌‌ها بیش از حد به جای اکسیژن، از هلیوم تغذیه شوند، این پدیده منجر به مرگ انسان می‌‌شود. 

 

 

 

 

 

شناسنامه‌‌ی هلیوم:
بر اساس اطلاعات ارائه شده از آزمایشگاه ملی شتابدهنده‌‌ی خطی جفرسون ( Jefferson National Linear Accelerator Laboratory)، ویژگی‌‌های مهم هلیوم عبارتنداز
 
 عدد اتمی (تعداد پروتون‌‌های موجود در هسته): ۲
 نماد اتمی (در جدول تناوبی): He
 وزن اتمی (جرم متوسط اتم): ۴.۰۰۲۶۰۲
 حالت فیزیکی در دمای اتاق: گاز
 چگالی: ۰.۰۰۰۱۷۸۵ گرم بر سانتی‌مترمکعب
 نقطه‌‌ی ذوب: ۲۷۲.۲- درجه‌‌ی ساتی‌گراد
 نقطه‌‌ی جوش: ۲۶۸.۹۳- درجه‌‌ی سانتی‌گراد
 تعداد ایزوتوپ‌‌ها (اتم هایی از یک عنصر با تعداد متفاوت نوترون): ۸ ایزوتوپ، که ۲ ایزوتوپ آن پایدار هستند
 رایج ترین ایزوتوپ ها: He-4  (با ۹۹.۹۹۹۸۶۶ درصد فراوانی طبیعی) و He-3 (با ۰.۰۰۰۱۳۴ درصد فراوانی طبیعی)
 
اکتشاف خورشیدی:
در روز هجدهم آگوست سال ۱۸۶۸ میلادی، یک خورشیدگرفتگی کامل رخ داد. پیر یانسن (Pierre Janssen)، ستاره‌شناس
فرانسوی این رخداد سماوی را در کشور هند دنبال می‌‌کرد. هدف او رصد و بررسی اتمسفر خورشید یا همان کروموسفر بود. او در طیف گازهایی که از نور اتمسفر خورشید تهیه کرده بود، خطی پررنگ در ناحیه‌‌ی زرد با طول موج ۵۸۷.۴۹ نانومتر مشاهده کرد. 
 
جانسن نتوانست منبع این نور را معرفی کند. دو ماه بعد ستاره شناسی انگلیسی به نام سر نورمن لاکر (Sir Norman Lockyer)، طیفی را که خود تهیه کرده بود بررسی می‌‌کرد. او نیز متوجه وجود خط زرد پررنگ شد و با همکاری دوستش ادوارد فرانکلند (Edward Frankland) که یک شیمیدان بود، به این نتیجه رسید که این خط متعلق به یک عنصر ناشناخته است. آن‌‌ها این عنصر ناشناخته را هلیوم نام نهادند. زیرا آن را در طیف خورشید یافته بودند و در زمان یونانی واژه‌‌ی «هلیوس» به معنای خورشید است.
 
 
 
 
کشف هلیوم در اتمسفر زمین سالها بعد به وقوع پیوست. بر اساس اطلاعات انجمن سلطنتی شیمی، در سال ۱۸۸۲ لوییجی پالمری (Luigi Palmieri)، فیزیکدان ایتالیایی با بررسی طیف گازهای متصاعد شده از کوه وزویوس، طول موجی به اندازه‌‌ی ۵۸۷.۴۹ نانومتر را مشاهده کرد. این اولین آشکارسازی هلیوم بر روی کره‌‌ی زمین بوده است. در سال ۱۸۹۵ وجود هلیوم در زمین اثبات شد و دو دانشمند موفق شدند وزن اتمی آن را بیابند. آن‌‌ها دو شیمیدان سوئدی به نام‌‌های تئودور کلو (Teodor Cleve) و نیلز آبراهام لانگر (Nils Abraham Langer) بودند. 
 
درصد هلیوم موجود در اتمسفر زمین تنها ۵ قسمت در میلیون یا ۰.۰۰۵ درصد است. به همین دلیل استخراج آن از هوا برای مصارف علمی و صنعتی مقرون به صرفه نیست. امروزه هلیوم را از گاز طبیعی استخراج می‌‌کنند. وجود هلیوم در گاز طبیعی در سال ۱۹۰۵ کشف شد. یافتن گاز هلیوم در گاز طبیعی ماجرای جالبی دارد. در سال ۱۹۰۳ در شهر دکستر کانزاس یک چاه گازی تازه کشف شده بود و به همین مناسبت جشنی تدارک دیده شده بود. در این مراسم شهردار اقدام به مشتعل کردن دهانه‌‌ی گاز کرد تا به طور نمادین روشنی این چاه و آزاد شدن گاز از آن را نشان دهد. اما دهانه‌‌ی چاه گاز شعله‌ور نشد. مردم ناامید شده و متفرق شدند. اما یک زمین‌شناس به نام اراسموس هاورت (Erasmus Haworth) نسبت به این رخداد کنجکاو شد و نمونه گاز متصاعد شده از دهانه‌‌ی چاه را جمع آوری کرد. پس از بررسی معلوم شد که این گاز حاوی ۱۲ درصد هلیوم است. از آنجایی که هلیوم گازی بی اثر است، مانع اشتعال دهانه‌‌ی چاه میشد.
 
 
 
 
 
در ابتدا کسی اطلاعی از کاربردهای فراوان هلیوم نداشت. اما با آغاز جنگ جهانی اول، رهبران نظامی به استفاده از هلیوم در بالن‌‌های بزرگ روی آوردند. در جنگ جهانی دوم استفاده از هلیوم گسترده‌تر شد. زیرا قیمت این عنصر در مقایسه با جنگ جهانی اول کاهش پیدا کرده بود. امروزه هلیوم در آزمایشگاه هایی که امکانات سردکننده دارند استفاده می‌‌شود. زیرا این عنصر در دمای نزدیک به صفر کلوین میعان می‌‌شود.
 
بیشتر هلیوم مصرفی ایالات متحده‌‌ی آمریکا، به عنوان سردکننده‌‌ی ماشین‌‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی یا همان تصویربرداری ام آر‌‌ای ((MRI استفاده می‌‌شود. تنها سه درصد از هلیوم موجود در این کشور صرف پژوهش‌‌های لابراتواری می‌‌شود. یکی دیگر از مصارف هلیوم، سرد کردن برخورددهنده‌‌ی بزرگ هادرونی تا دمای ۲۷۱.۳- درجه‌‌ی سانتی‌گراد است. برخورددهنده‌‌ی هادرونی بزرگترین شتابدهنده‌‌ی موجود جهان است. 
 
در حال حاضر ایالات متحده‌‌ی امریکا ۷۵ درصد هلیوم کل دنیا را تولید می‌‌کند. کشور قطر در رتبه‌‌ی دوم تولید هلیوم قرار دارد. از سال ۲۰۱۳ که بحث کمبود جهانی هلیوم مطرح شده، کشور امریکا میزان فروش خود را کاهش داده و همزمان قیمت هلیوم را نیز بالاتر برده است. 

منبع: 
 

منابع مفید:

 

 

 

 
1395/1/30لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 المپياد شيمي

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد شيمي
 پيوندها
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  3918
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  3918