الهيليوم ( Helium )
 |
للهيليوم استخدامات عديدة. ففي لحام قوس الهيليوم، تنفخ طبقة رقيقة من الهيليوم على فلزات معينة لحمايتها من الأكسجين الموجود في الهواء. |
يؤلف الهيليوم نسبة بسيطة فقط من مادة الكرة الأرضية، إلا أنه أكثر العناصر شيوعًا في الكون. فالشمس ومعظم النجوم الأخرى مكونة من الهيليوم والهيدروجين. وتنتج طاقة هذه النجوم عندما تندمج ذرات الهيدروجين بعضها مع بعض لتكوين ذرات الهيليوم. وينتج عن هذه العملية أيضًا طاقة القنابل الهيدروجينية. ★ تَصَفح: السلاح النووي.
يوجد الهيليوم، على سطح الأرض، في ترسبات الغاز الطبيعي وفي الجو. ويحتوي الغلاف الجوي على حوالي خمسة أجزاء من الهيليوم لكل مليون جزء من الهواء. ونظرًا لأن الهيليوم خفيف جدًا فإنه يتسرب بصورة مستمرة من الغلاف الجوي مندفعًا إلى الفضاء. ولكن الهيليوم المفقود يُستبدل به معادن نشطة إشعاعيًا تطلق جسيمات ألفا (نويات هيليوم). ويستحوذ جسيم ألفا على الكترونين لتكوين ذرة هيليوم كاملة. ★ تَصَفح: النشاط الإشعاعي.
اكتشف الفلكي الفرنسي بيير جانسين الهيليوم في الشمس عام 1868م. وقد وجد جانسين دليلاً لوجود الهيليوم أثناء دراسته لكسوف الشمس. واقترح كل من الفلكي الإنجليزي السير جوزيف لوكير، والكيميائي الإنجليزي السير إدوارد فرانكلاند، اسم الهيليوم لهذا العنصر. والاسم مأخوذ من الكلمة الإغريقية هليوس، التي تعني الشمس. واكتشف الهيليوم أول مرة عام 1895م على الأرض، فقد اكتشفه الكيميائي الأسكتلندي السير وليم رامزي والكيميائيان السويديان نيلز لانجليه وبير ثيودور كليف في الشعب المعدنية.
 |
يستنشق الغواص أحيانا، خليطًا من الهيليوم والأكسجين للحماية من مرض يسمىتخدر النيتروجين |
الاستخدامات:
يتمثل أحد الاستخدامات الأساسية للهيليوم في حفظ الضغوط المناسبة في الصواريخ. فيجب الحفاظ على معدل الضغط في مستودعات وقود الصاروخ أثناء الطيران وإلا تحطمت الجدران الرقيقة للمستودعات مع تسرُّب الوقود منها. كما ينتج عن الهيليوم الضغط الذي يدفع الوقود إلى داخل أنظمة الضخ.وأهم الاستخدامات الصناعية للهيليوم هو لحام قوس الهيليوم (أحد أنواع اللحام القوسي). وفي هذه الطريقة يحفظ الهيليوم الخامل الأكسجين الموجود في الجو من التفاعل مع الفلزات. فإذا وصل الأكسجين للفلز فقد يتسبب إما في احتراق الفلز أو في صدئه. ويستخدم الهيليوم في منع تفاعل المواد الكيميائية مع عناصر أخرى أثناء التخزين، والمناولة، والنقل.
كما يستخدم الهيليوم في ملء البالونات العلمية، فتصعد البالونات إلى ارتفاعات كبيرة، لأن الهيليوم أخف وزنًا من الهواء. وللهيليوم 92% من مقدرة الهيدروجين على الرفع، ولكنه أكثر أمانًا من الهيدروجين ؛ لأنه لا يشتعل مثل الهيدروجين.
ويجب على المصابين بداء الربو، أو من يعانون من صعوبات في التنفس أن يستنشقوا خليطًا من الهيليوم والأكسجين، في بعض الأحيان. يدخل الخليط إلى الرئتين بسهولة أكثر من الهواء لأن ذرات الهيليوم أخف وزنًا من جزيئات النيتروجين الموجودة في الهواء. ويستنشق الغواصون خليطًا من الهيليوم والأكسجين أحيانا لتجنب مرض مؤلم ٍ يدعى خدر النيتروجين. وعادة، يحدث خدر النيتروجين عند أعماق 30م حيث يدفع ضغط الماء على أجسام الغواصين فقاقيع غاز النيتروجين الموجودة في الهواء ـ إلى الدخول إلى دمائهم عند التنفس. ويحمل الدم النيتروجين إلى الدماغ. ويتسبب هذا المرض في فقد الغواصِ القدرة على التفكير بوضوح، ويمكن أن تصدر عنهم تصرفات خطيرة، وقد يغمى عليهم.
الإنتاج:
يأتي معظم الهيليوم، على مستوى العالم، من خمسة حقول غاز في الولايات المتحدة الأمريكية: 1- حقل كليفسيد في تكساس، 2- حقل جرينوود في كنساس وكولورادو 3- حقل هوجوتون في كنساس وأوكلاهوما وتكساس، 4- حقل كييس في أوكلاهوما، 5- حقل بانهاندل في تكساس. ويقدر حجم الهيليوم في هذه الحقول ب 5 بلايين متر مكعب. وتنتج مصانع الهيليوم في الولايات المتحدة حوالي 57 مليون متر مكعب من الهيليوم سنوياً. كما وجد الهيليوم في كندا، والصحراء الكبرى، وجنوب إفريقيا، وروسيا.يحتوي الغاز الطبيعي المستخرج من بعض الآبار على هيليوم تصل نسبته إلى 8%. وينقى الهيليوم عن طريق تبريد الغاز الطبيعي حتى تتحول كل الغازات، باستثناء الهيليوم والأرجون والهيدروجين والنيتروجين، إلى سوائل. ويُحرق الهيدروجين بعد ذلك من الخليط المتبقي، ويتم امتصاص الأرجون بالفحم النباتي عند درجات حرارة منخفضة. وعادة يظل النيتروجين في الهيليوم في صورة شوائب. ويسمى الهيليوم الذي تصل درجة نقائه إلى 99,995% بهيليوم الدرجة الأولى. والهيليوم الخام نصفه هيليوم، ونصفه الآخر نيتروجين.
الخواص:
الهيليوم عديم اللون والطعم والرائحة. وعدده الذري 2 ووزنه الذري 4,00260. وتبلغ كثافة الهيليوم 0,0001664 جم/سم§ عند درجة حرارة 20° م. ويتحول إلى سائل عندما يبرد إلى درجة حرارة - 268,9°م، أي حوالي 4° م فوق الصفر المطلق. ونظرًا لأنه يمكن تبريد الهيليوم إلى مثل هذه الدرجة المنخفضة من الحرارة دون أن يتجمد، فإنه يستخدم سائلا مبردًا في وحدات التبريد المنخفضة الدرجة وفي أبحاث علم التقريس. ★ تَصَفح:التقريس، علم. إضافة إلى ذلك، فإن الهيليوم هو العنصر الكيميائي الوحيد الذي لا يتحول إلى صلب بالتبريد تحت الضغوط المعتادة ولذا يجب أن يُبَرَّد ويضغط. ويتحول الهيليوم إلى الحالة الصلبة عند درجة - 272,2°م، تحت ضغط 26 ضعف ضغط جوي.والهيليوم السائل من أغرب السوائل كلها. فعلى عكس معظم السوائل، فإنه موصل جيد جدًا للحرارة، وينساب تجاه الأماكن الدافئة نسبيًا، ولا ينكمش بل يتمدد عند تبريده. ويكوّن الهيليوم السائل طبقة رقيقة فوق أي جسم يتلامس معه. وتعمل هذه الطبقة الرقيقة بوصفها سحارة، تحمل الهيليوم عبر جانب الوعاء إلى مستوى أدنى.
★ تَصَفح أيضًا:السفينة الهوائية ؛البالون ؛العنصر الكيميائي ؛رامزي، السير وليم.