ฮีเลียม: ประวัติคุณสมบัติโครงสร้างความเสี่ยงการใช้งาน - เคมี - 2026

ฮีเลียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสัญลักษณ์เขา เป็นก๊าซมีตระกูลชนิดแรกในตารางธาตุและโดยปกติจะอยู่ทางขวาสุดของมัน ภายใต้สภาวะปกติมันเป็นก๊าซเฉื่อยเนื่องจากไม่มีสารประกอบใด ๆ ที่เสถียร นอกจากนี้ยังขยายตัวเร็วมากและเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำที่สุด

ในระดับที่ได้รับความนิยมมันเป็นก๊าซที่รู้จักกันดีเนื่องจากในงานอีเวนต์นับไม่ถ้วนหรืองานปาร์ตี้ของเด็ก ๆ เป็นเรื่องปกติที่จะได้เห็นว่าบอลลูนลอยขึ้นได้อย่างไรจนกว่าจะหายไปในท้องฟ้า อย่างไรก็ตามสิ่งที่สูญเสียไปตลอดกาลในมุมของระบบสุริยะและอื่น ๆ คืออะตอมของฮีเลียมที่ปล่อยออกมาเมื่อบอลลูนระเบิดหรือยุบตัว

ลูกโป่งที่พองตัวด้วยฮีเลียมเป็นลูกโป่งที่ใกล้เคียงที่สุดที่คุณสามารถเข้าถึงองค์ประกอบนี้ได้ในสถานการณ์ประจำวัน ที่มา: Pixabay

ในความเป็นจริงมีหลายคนที่พิจารณาว่าลูกโป่งฮีเลียมเป็นตัวแทนของการปฏิบัติที่ไม่เหมาะสมสำหรับก๊าซนี้ด้วยเหตุผลที่ดี โชคดีที่มีการใช้งานที่สำคัญและน่าสนใจกว่าเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แยกออกจากองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ

ตัวอย่างเช่นฮีเลียมเหลวจะเย็นมากจนสามารถแช่แข็งอะไรก็ได้เช่นโลหะผสมทำให้กลายเป็นวัสดุตัวนำยิ่งยวด ในทำนองเดียวกันมันเป็นของเหลวที่แสดงถึงความฟุ่มเฟือยซึ่งสามารถปีนขึ้นไปบนผนังของภาชนะแก้วได้

ชื่อของมันเกิดจากการที่มันถูกระบุเป็นครั้งแรกบนดวงอาทิตย์ไม่ใช่บนโลก เป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์เป็นอันดับสองในจักรวาลทั้งหมดและแม้ว่าความเข้มข้นของมันจะมีค่าเล็กน้อยในเปลือกโลก แต่ก็สามารถหาได้จากก๊าซธรรมชาติและแร่ธาตุกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมและทอเรียม

ฮีเลียมแสดงให้เห็นถึงข้อเท็จจริงที่น่าสงสัยอีกประการหนึ่งนั่นคือก๊าซที่มีอยู่มากมายในดินดานมากกว่าในชั้นบรรยากาศซึ่งสุดท้ายแล้วมันจะหนีออกจากโลกและสนามโน้มถ่วงของมัน

ประวัติศาสตร์

ฮีเลียมไม่ได้ถูกค้นพบบนโลก แต่อยู่บนดวงอาทิตย์อันที่จริงชื่อของมันมาจากคำภาษากรีก 'helios' ซึ่งแปลว่าดวงอาทิตย์ การดำรงอยู่ขององค์ประกอบนั้นแตกต่างจากตารางธาตุของ Dmitri Mendeleev เนื่องจากไม่มีที่สำหรับก๊าซใหม่ กล่าวอีกนัยหนึ่งจากนั้นก็ไม่มีอะไรต้องสงสัยเกี่ยวกับก๊าซมีตระกูล

ชื่อ 'ฮีเลียม' เขียนเป็น 'ฮีเลียม' ในภาษาอังกฤษลงท้ายด้วยคำต่อท้าย -ium หมายถึงโลหะ เนื่องจากไม่สามารถยอมรับการมีอยู่ของก๊าซอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจนไฮโดรเจนฟลูออรีนคลอรีนและไนโตรเจน

ชื่อนี้กำหนดโดยนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Norman Lockyer ผู้ซึ่งศึกษาจากอังกฤษสิ่งที่นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jules Janssen สังเกตเห็นในอินเดียในช่วงสุริยุปราคาในปี พ.ศ. 2411

มันเป็นเส้นสเปกตรัมสีเหลืองจากองค์ประกอบที่ไม่รู้จักมาจนบัดนี้ Lockyer อ้างว่านี่เป็นเพราะมีองค์ประกอบทางเคมีใหม่ที่พบในดวงอาทิตย์

ในปีพ. ศ. 2438 เกือบยี่สิบปีต่อมาเซอร์วิลเลียมแรมเซย์นักเคมีชาวสก็อตได้รับรู้สเปกตรัมเดียวกันจากก๊าซที่เหลืออยู่เมื่อเขาศึกษาแร่กัมมันตภาพรังสี: cleveite ดังนั้นจึงมีฮีเลียมอยู่บนโลกด้วย

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

การปรากฏ

หลอดที่มีตัวอย่างฮีเลียมเรืองแสงหลังจากไฟฟ้าช็อต ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี

ฮีเลียมเป็นก๊าซที่ไม่มีสีไม่มีกลิ่นไม่มีรสชาติและยังเฉื่อยอีกด้วย อย่างไรก็ตามเมื่อเกิดไฟฟ้าช็อตและขึ้นอยู่กับความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าไฟจะเริ่มเรืองแสงเป็นหมอกควันสีม่วงอมเทา (ภาพด้านบน) จากนั้นจะเรืองแสงด้วยแสงสีส้ม ดังนั้นไฟฮีเลียมจึงเป็นสีส้ม

เลขอะตอม (Z)

สอง

มวลโมลาร์

4.002 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

-272.2 ºC

จุดเดือด

-268.92 ºC

ความหนาแน่น

-0.1786 g / L ภายใต้สภาวะปกตินั่นคือในเฟสก๊าซ

-0.145 g / mL ที่จุดหลอมเหลวฮีเลียมเหลว

-0.125 g / mL เช่นเดียวกับฮีเลียมเริ่มเดือด

-0.187 g / mL ที่ 0 K และ 25 atm นั่นคือฮีเลียมแข็งที่สภาวะความดันและอุณหภูมิเฉพาะเหล่านั้น

จุดสามจุด

2.177 K และ 5.043 kPa (0.04935 atm)

จุดวิกฤต

5.1953 K และ 0.22746 MPa (2.2448 atm)

ความร้อนของฟิวชั่น

0.0138 กิโลจูล / โมล

ความร้อนของการกลายเป็นไอ

0.0829 กิโลจูล / โมล

ความจุความร้อนกราม

20.78 J / (โมล K)

ความดันไอ

0.9869 atm ที่ 4.21 K. ค่านี้ช่วยให้คุณทราบว่าฮีเลียมที่หายวับไปเป็นอย่างไรและสามารถหลบหนีที่อุณหภูมิห้องได้ง่ายเพียงใด (ใกล้ 298 K)

พลังงานไอออไนเซชัน

- ขั้นแรก: 2372.3 kJ / mol (เขา⁺ก๊าซ)

- วินาที: 5250.5 กิโลจูล / โมล ( ก๊าซ²⁺เขา)

พลังงานไอออไนเซชันสำหรับฮีเลียมนั้นสูงเป็นพิเศษเนื่องจากอะตอมของก๊าซจะต้องสูญเสียอิเล็กตรอนซึ่งจะได้รับประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ยังสามารถเข้าใจได้โดยการพิจารณาขนาดที่เล็กของอะตอมและอิเล็กตรอนทั้งสอง "ใกล้" แค่ไหนกับนิวเคลียส (มีโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว)

การละลาย

ในน้ำ 0.97 มล. ละลายน้ำทุกๆ 100 มล. ที่อุณหภูมิ 0 0C ซึ่งหมายความว่าละลายได้ไม่ดี

การเกิดปฏิกิริยา

ฮีเลียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีปฏิกิริยาน้อยที่สุดเป็นอันดับสองในธรรมชาติ ภายใต้สภาวะปกติการบอกว่าเป็นก๊าซเฉื่อยนั้นถูกต้อง ไม่ (ดูเหมือนว่า) สารประกอบฮีเลียมจะถูกจัดการในห้องหรือห้องปฏิบัติการโดยไม่มีแรงกดดันมหาศาลที่กระทำกับมัน หรืออาจมีอุณหภูมิสูงหรือต่ำมาก

ตัวอย่างมีให้เห็นในสารประกอบ Na ₂ He ซึ่งมีความเสถียรภายใต้ความดัน 300 GPa เท่านั้นโดยทำซ้ำในเซลล์ทั่งของเพชร

แม้ว่าพันธะเคมีใน Na ₂จะ "แปลก" เพราะมีอิเล็กตรอนอยู่ในผลึกได้ดี แต่ก็ยังห่างไกลจากปฏิสัมพันธ์ของ Van der Walls ที่เรียบง่ายดังนั้นจึงไม่เพียง แต่ประกอบด้วยอะตอมของฮีเลียมที่ติดอยู่โดยมวลรวมของโมเลกุล . ที่นี่ประเด็นที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกเกิดขึ้นระหว่างสารประกอบฮีเลียมเป็นของจริงกับสิ่งที่ไม่ใช่

ตัวอย่างเช่นโมเลกุลของไนโตรเจนที่ความดันสูงสามารถดักจับอะตอมของฮีเลียมเพื่อสร้างคลาเทรตชนิดหนึ่งได้เขา (N ₂ ) ₁₁ .

ในทำนองเดียวกันมีคอมเพล็กซ์เอนโดฮีดอลของไอออนบวกเต็ม C ₆₀ ^{+ n}และ C ₇₀ ^{+ n}ซึ่งพวกมันสามารถเป็นที่อยู่ของอะตอมของฮีเลียมได้ และไอออนบวกของโมเลกุล HeH ⁺ (He-H ⁺ ) ซึ่งพบในเนบิวล่าที่อยู่ห่างไกลมาก

เลขออกซิเดชัน

อยากรู้อยากเห็นที่พยายาม ที่จะ คำนวณจำนวนการเกิดออกซิเดชันฮีเลียมในใด ๆ ของสารประกอบจะพบว่าเรื่องนี้จะมีค่าเท่ากับ 0 ในนา₂ได้ยกตัวอย่างเช่นอาจจะคิดว่าสอดคล้องสูตรสมมุตินา₂ ⁺ฉัน^2- ; แต่จะถือว่ามีลักษณะไอออนิกบริสุทธิ์เมื่อในความเป็นจริงพันธะของมันยังห่างไกลจากการเป็นเช่นนั้น

นอกจากนี้ฮีเลียมไม่ได้รับอิเล็กตรอนเนื่องจากไม่สามารถรองรับได้ในวงโคจร 2 วินาทีไม่สามารถใช้งานได้อย่างกระปรี้กระเปร่า และเป็นไปไม่ได้ที่จะสูญเสียพวกมันไปด้วยเนื่องจากอะตอมของมันมีขนาดเล็กและประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสูงของนิวเคลียส นั่นคือเหตุผลที่ฮีเลียมมีส่วนร่วม (ในทางทฤษฎี) เสมอในฐานะอะตอม He ⁰ในสารประกอบที่ได้มา

โครงสร้างและการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

ฮีเลียมเช่นเดียวกับก๊าซทั้งหมดที่สังเกตได้ในระดับมหภาคตรงตามปริมาตรของภาชนะบรรจุที่เก็บมันจึงมีรูปร่างไม่แน่นอน อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิลดลงและเริ่มเย็นลงต่ำกว่า -269 ºCก๊าซจะควบแน่นเป็นของเหลวไม่มีสี ฮีเลียม I ซึ่งเป็นเฟสแรกของของเหลวสองเฟสสำหรับองค์ประกอบนี้

สาเหตุที่ฮีเลียมควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำเช่นนี้เนื่องมาจากแรงกระเจิงต่ำที่ยึดอะตอมของมันเข้าด้วยกัน สิ่งที่พิจารณาเฟส สิ่งนี้สามารถอธิบายได้จากการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์:

1 วินาที²

ซึ่งอิเล็กตรอนสองตัวครอบครองออร์บิทัลอะตอม 1s อะตอมของฮีเลียมสามารถมองเห็นได้ว่าเป็นทรงกลมที่เกือบสมบูรณ์แบบซึ่งรอบนอกแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเนื้อเดียวกันนั้นไม่น่าจะเป็นขั้วโดยประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพของโปรตอนทั้งสองในนิวเคลียส

ดังนั้นโมเมนต์ไดโพลที่เกิดขึ้นเองและเกิดขึ้นเองจึงหายากและอ่อนแอมาก ดังนั้นอุณหภูมิจะต้องเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์เพื่อให้อะตอมของ He เข้าใกล้ช้าพอและบรรลุตามที่กองกำลังกระจายตัวกำหนดของเหลว หรือดีกว่านั้นคือคริสตัลฮีเลียม

dimers

ในเฟสของก๊าซช่องว่างที่แยกอะตอมของ He นั้นสามารถสันนิษฐานได้ว่าแยกออกจากกันเสมอ มากจนในขวดขนาดเล็กฮีเลียมจะไม่มีสีจนกว่าจะมีการคายประจุไฟฟ้าซึ่งทำให้อะตอมของมันแตกตัวเป็นละอองสีเทาและมีแสงสลัว

อย่างไรก็ตามในช่วงของเหลวอะตอมของ He ก็ไม่สามารถ "ละเว้น" ได้อีกต่อไป ตอนนี้แรงกระจายช่วยให้พวกเขาชั่วขณะร่วมกันเพื่อ dimers รูปแบบ: เขา-เขาหรือเขา2 ดังนั้นฮีเลียมจึงสามารถคิดได้ว่าเป็นกลุ่มก้อนขนาดใหญ่ของ He ₂ในสภาวะสมดุลกับอะตอมในระยะไอ

นั่นคือเหตุผลที่ฮีเลียมฉันแยกความแตกต่างจากไอระเหยของมันได้ยากมาก หากของเหลวนี้หกออกมาจากภาชนะบรรจุสุญญากาศของเหลวนั้นจะหลุดรอดออกมาเป็นเปลวไฟสีขาว

ฮีเลียม II

เมื่ออุณหภูมิลดลงมากขึ้นแตะ 2,178 K (-270,972 ºC) การเปลี่ยนเฟสจะเกิดขึ้นฮีเลียม I เปลี่ยนเป็นฮีเลียม II

จากจุดนี้ของเหลวฮีเลียมที่น่าสนใจอยู่แล้วจะกลายเป็นของเหลวซุปเปอร์ฟลูอิดหรือควอนตัม นั่นคือคุณสมบัติระดับมหภาคของพวกมันแสดงให้เห็นราวกับว่าเขา₂ไดเมอร์เป็นอะตอมของแต่ละบุคคล (และอาจจะเป็น) มันขาดความหนืดที่สมบูรณ์เนื่องจากไม่มีพื้นผิวที่สามารถหยุดอะตอมระหว่างการเลื่อนหรือ "ปีน" ได้

นั่นคือเหตุผลที่ฮีเลียม II สามารถปีนกำแพงภาชนะแก้วเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้ ไม่ว่าจะสูงแค่ไหนตราบใดที่พื้นผิวยังคงมีอุณหภูมิเท่าเดิมดังนั้นจึงไม่ระเหย

ด้วยเหตุนี้ฮีเลียมเหลวจึงไม่สามารถเก็บไว้ในภาชนะแก้วได้เนื่องจากมันจะหลุดออกจากรอยแตกหรือช่องว่างน้อยที่สุด คล้ายกับว่ามันจะเกิดขึ้นกับแก๊สได้อย่างไร แทนที่จะใช้สแตนเลสในการออกแบบภาชนะดังกล่าว (ถัง Dewars)

รัตนากร

แม้ว่าอุณหภูมิจะลดลงถึง 0 K (ศูนย์สัมบูรณ์) แต่แรงกระจัดกระจายระหว่างอะตอมของ He จะไม่แข็งแรงพอที่จะสั่งให้เป็นโครงสร้างผลึก เพื่อให้เกิดการแข็งตัวความดันจะต้องเพิ่มขึ้นเป็น 25 atm โดยประมาณ จากนั้นผลึกฮีเลียมหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัด (hcp) จะปรากฏขึ้น

การศึกษาทางธรณีฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้าง hcp นี้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงไม่ว่าความดันจะเพิ่มขึ้นเท่าใดก็ตาม (ขึ้นอยู่กับลำดับของกิกะปาสคาล, GPa) อย่างไรก็ตามมีพื้นที่แคบ ๆ ในแผนภาพอุณหภูมิความดันซึ่งผลึก hcp เหล่านี้ได้รับการเปลี่ยนไปเป็นเฟสลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง (bcc)

จะหาและรับได้ที่ไหน

คอสมอสและโขดหิน

ฮีเลียมเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์เป็นอันดับสองในจักรวาลและ 24% ของมวล ที่มา: pxhere.

ฮีเลียมเป็นองค์ประกอบที่มีมากเป็นอันดับสองในจักรวาลทั้งหมดรองจากไฮโดรเจน ดาวฤกษ์จะสร้างอะตอมของฮีเลียมในปริมาณที่ไม่สามารถวัดได้อย่างต่อเนื่องโดยการหลอมรวมนิวเคลียสของไฮโดรเจนสองนิวเคลียสในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์นิวคลีโอ

ในทำนองเดียวกันกระบวนการกัมมันตภาพรังสีใด ๆ ที่ปล่อยอนุภาคαก็เป็นแหล่งที่มาของการผลิตอะตอมของฮีเลียมหากพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนในสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่นกับร่างกายที่เป็นหินที่มีแร่ธาตุกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมและทอเรียม องค์ประกอบทั้งสองนี้ผ่านการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีโดยเริ่มจากยูเรเนียม:

การสลายตัวของยูเรเนียมกัมมันตภาพรังสีในการก่อตัวของอนุภาคแอลฟาซึ่งต่อมาถูกเปลี่ยนเป็นอะตอมของฮีเลียมในแหล่งสะสมใต้ดิน ที่มา: Gabriel Bolívar

ดังนั้นในหินที่แร่ธาตุกัมมันตภาพรังสีเหล่านี้เข้มข้นอะตอมของฮีเลียมจะถูกกักไว้ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาเมื่อถูกย่อยในอาหารที่เป็นกรด

ในบรรดาแร่ธาตุเหล่านี้บางชนิด ได้แก่ เคลวีตคาร์โนไทต์และยูเรเนียมซึ่งประกอบด้วยยูเรเนียมออกไซด์ (UO ₂หรือ U ₃ O ₈ ) และสิ่งเจือปนของทอเรียมโลหะหนักและดินหายาก ฮีเลียมซึ่งทดน้ำผ่านช่องทางใต้ดินสามารถสะสมในแหล่งกักเก็บก๊าซธรรมชาติบ่อน้ำแร่หรือในเตารีดอุกกาบาต

คาดว่ามวลของฮีเลียมเทียบเท่า 3000 ตันถูกผลิตขึ้นทุกปีในชั้นธรณีภาคจากการสลายกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมและทอเรียม

อากาศและทะเล

ฮีเลียมไม่สามารถละลายในน้ำได้มากนักดังนั้นในไม่ช้าก็เร็วกว่านั้นฮีเลียมจะลอยขึ้นจากส่วนลึก (ไม่ว่าแหล่งกำเนิดจะอยู่ที่ใด) จนกระทั่งมันข้ามชั้นบรรยากาศและในที่สุดก็ออกสู่อวกาศ อะตอมของมันมีขนาดเล็กและเบามากจนสนามโน้มถ่วงของโลกไม่สามารถกักเก็บไว้ในชั้นบรรยากาศได้

เนื่องจากข้างต้นความเข้มข้นของฮีเลียมทั้งในอากาศ (5.2 ppm) และในทะเล (4 ppt) จึงต่ำมาก

หากต้องการแยกออกจากสื่อทั้งสองตัวเลือกที่ "ดีที่สุด" คืออากาศซึ่งก่อนอื่นจะต้องถูกทำให้เป็นของเหลวเพื่อควบแน่นก๊าซที่เป็นส่วนประกอบทั้งหมดในขณะที่ฮีเลียมยังคงอยู่ในสถานะก๊าซ

อย่างไรก็ตามไม่สามารถรับฮีเลียมจากอากาศได้จริง แต่มาจากหินที่อุดมไปด้วยแร่ธาตุกัมมันตภาพรังสี หรือดีกว่านั้นจากปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติซึ่งฮีเลียมสามารถเป็นตัวแทนได้ถึง 7% ของมวลทั้งหมด

การทำให้เป็นของเหลวและการกลั่นก๊าซธรรมชาติ

แทนที่จะทำให้อากาศเป็นของเหลวการใช้ก๊าซธรรมชาตินั้นง่ายกว่าและให้ผลกำไรมากกว่าซึ่งมีองค์ประกอบของฮีเลียมมากกว่าอย่างไม่ต้องสงสัย ดังนั้นความเป็นเลิศของวัตถุดิบ (เชิงพาณิชย์) สำหรับการได้รับฮีเลียมคือก๊าซธรรมชาติซึ่งอาจต้องผ่านการกลั่นแบบเศษส่วน

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการกลั่นเสร็จสิ้นการทำให้บริสุทธิ์ด้วยถ่านกัมมันต์ซึ่งฮีเลียมบริสุทธิ์มากผ่าน และสุดท้ายฮีเลียมจะถูกแยกออกจากนีออนด้วยกระบวนการแช่แข็งที่ใช้ฮีเลียมเหลว

ไอโซโทป

ฮีเลียมเกิดขึ้นโดยธรรมชาติเป็นไอโซโทป⁴ He ซึ่งเป็นนิวเคลียสเปล่าซึ่งเป็นอนุภาคαที่มีชื่อเสียง อะตอม⁴เขานี้มีนิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัว ความอุดมสมบูรณ์น้อยกว่าคือไอโซโทป³ He ซึ่งมีนิวตรอนเพียงตัวเดียว อันแรกหนักกว่า (มีมวลอะตอมสูงกว่า) มากกว่าอันที่สอง

ดังนั้นไอโซโทปคู่³เขาและ⁴เขาจึงเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติที่วัดได้และสิ่งที่เราเข้าใจว่าฮีเลียมเป็นองค์ประกอบทางเคมี เนื่องจาก³เขามีน้ำหนักเบากว่าจึงสันนิษฐานได้ว่าอะตอมของมันมีพลังงานจลน์สูงกว่าและด้วยเหตุนี้จึงต้องการอุณหภูมิที่ต่ำกว่านี้เพื่อรวมตัวกันเป็น superfluid

³เขาถือว่าเป็นพันธุ์หายากมากที่นี่บนโลก; อย่างไรก็ตามในดินบนดวงจันทร์มีความอุดมสมบูรณ์มากกว่า (ประมาณ 2,000 เท่า) นั่นคือเหตุผลที่ดวงจันทร์เป็นหัวข้อของโครงการและเรื่องราวในฐานะที่เป็นแหล่งที่มาของ³ He ซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศแห่งอนาคตได้

ในบรรดาไอโซโทปอื่น ๆ ของฮีเลียมสามารถกล่าวถึงได้โดยมีครึ่งชีวิตตามลำดับ: ⁵ He (t _1/2 = 7.6 · 10 ⁻²² s), ⁶ He (t _1/2 = 0.8 s) และ⁸ He (t _1/2 = 0.119 วินาที)

ความเสี่ยง

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยดังนั้นจึงไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาใด ๆ ที่เกิดขึ้นภายในร่างกายของเรา

อะตอมของมันเข้าและหายใจออกได้จริงโดยไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสารชีวโมเลกุลที่ก่อให้เกิดผลกระทบภายนอก ยกเว้นในเสียงที่เปล่งออกมาจากสายเสียงซึ่งสูงขึ้นและบ่อยขึ้น

ผู้ที่สูดดมฮีเลียมจากบอลลูน (ในปริมาณที่พอเหมาะ) จะพูดด้วยเสียงแหลมสูงคล้ายกับกระรอก (หรือเป็ด)

ปัญหาคือถ้าบุคคลดังกล่าวสูดดมฮีเลียมในปริมาณที่ไม่เหมาะสมพวกเขาจะเสี่ยงต่อการหายใจไม่ออกเนื่องจากอะตอมของมันเคลื่อนย้ายโมเลกุลของออกซิเจน ดังนั้นคุณจะไม่สามารถหายใจได้จนกว่าคุณจะหายใจออกฮีเลียมทั้งหมดซึ่งจะทำให้เนื้อเยื่อปอดฉีกขาดหรือทำให้เกิด barotrauma ได้

มีรายงานกรณีผู้เสียชีวิตจากการสูดดมฮีเลียมเนื่องจากสิ่งที่เพิ่งได้รับการอธิบาย

ในทางกลับกันแม้ว่าจะไม่ได้แสดงถึงความเสี่ยงจากไฟไหม้เนื่องจากไม่มีปฏิกิริยาต่อออกซิเจน (หรือสารอื่น) หากเก็บไว้ภายใต้ความกดดันสูงและหลุดออกไปการรั่วไหลอาจเป็นอันตรายต่อร่างกายได้

การประยุกต์ใช้งาน

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของฮีเลียมไม่เพียง แต่ทำให้เป็นก๊าซพิเศษเท่านั้น แต่ยังเป็นสารที่มีประโยชน์มากสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้อุณหภูมิต่ำมาก ในส่วนนี้จะกล่าวถึงแอปพลิเคชันหรือการใช้งานเหล่านี้บางส่วน

ระบบความดันและเลือดออก

ในบางระบบจำเป็นต้องเพิ่มความดัน (แรงดัน) และสำหรับสิ่งนี้จะต้องฉีดหรือจ่ายก๊าซที่ไม่ทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบใด ๆ ตัวอย่างเช่นด้วยรีเอเจนต์หรือพื้นผิวที่ไวต่อปฏิกิริยาที่ไม่พึงปรารถนา

ดังนั้นความดันสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยปริมาณฮีเลียมซึ่งความเฉื่อยทางเคมีทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัตถุประสงค์นี้ บรรยากาศเฉื่อยที่ให้ไนโตรเจนเกินในบางกรณี

สำหรับกระบวนการย้อนกลับนั่นคือการล้างฮีเลียมยังถูกใช้เนื่องจากความสามารถในการกักออกซิเจนไอระเหยของน้ำหรือก๊าซอื่น ๆ ทั้งหมดซึ่งคุณต้องการนำออก ด้วยวิธีนี้ความดันของระบบจะลดลงเมื่อระบายฮีเลียมออกไปแล้ว

การตรวจจับการรั่วไหล

ฮีเลียมสามารถรั่วไหลผ่านรอยแตกที่น้อยที่สุดดังนั้นจึงทำหน้าที่ตรวจจับการรั่วไหลในท่อภาชนะสุญญากาศสูงหรือถังแช่แข็ง

บางครั้งการตรวจจับสามารถทำได้ด้วยสายตาหรือการสัมผัส อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่เป็นเครื่องตรวจจับที่ "ส่งสัญญาณ" ว่าฮีเลียมหลุดออกไปจากระบบภายใต้การตรวจสอบที่ไหนและเท่าใด

ก๊าซขนส่ง

อะตอมของฮีเลียมตามที่กล่าวไว้สำหรับระบบการกำจัดสามารถพกพาไปด้วยได้ขึ้นอยู่กับความดันโมเลกุลที่หนักกว่า ตัวอย่างเช่นหลักการนี้ใช้เป็นประจำทุกวันในการวิเคราะห์แก๊สโครมาโตกราฟีเนื่องจากสามารถลากตัวอย่างอะตอมไปตามคอลัมน์ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับเฟสที่หยุดนิ่ง

ลูกโป่งและเรือบิน

ฮีเลียมใช้ในการขยายตัวของเรือเหาะและปลอดภัยกว่าไฮโดรเจนมากเนื่องจากไม่ใช่ก๊าซไวไฟ ที่มา: Pixabay

เนื่องจากความหนาแน่นต่ำเมื่อเทียบกับอากาศและอีกครั้งที่ไม่มีปฏิกิริยากับออกซิเจนจึงถูกนำมาใช้เพื่อขยายบอลลูนในงานปาร์ตี้ของเด็ก ๆ (ผสมกับออกซิเจนเพื่อให้ไม่มีใครหายใจไม่ออก) และเรือบิน (ภาพบนสุด) โดยไม่แสดงถึงความเสี่ยงจากไฟไหม้

การดำน้ำ

ฮีเลียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของถังออกซิเจนที่นักดำน้ำหายใจด้วย ที่มา: pxhere.

เมื่อนักดำน้ำลงไปที่ระดับความลึกมากขึ้นพวกเขาจะหายใจได้ยากเนื่องจากแรงดันที่มากจากน้ำ นั่นคือเหตุผลที่ฮีเลียมถูกเพิ่มเข้าไปในถังออกซิเจนเพื่อลดความหนาแน่นของก๊าซที่นักดำน้ำหายใจและหายใจออกดังนั้นจึงสามารถหายใจออกได้โดยใช้งานน้อยลง

รอยเชื่อมอาร์ค

ในกระบวนการเชื่อมอาร์กไฟฟ้าจะให้ความร้อนเพียงพอสำหรับโลหะทั้งสองมารวมกัน หากดำเนินการภายใต้บรรยากาศฮีเลียมโลหะที่มีหลอดไส้จะไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศจนกลายเป็นออกไซด์ตามลำดับ ดังนั้นฮีเลียมจึงป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น

ตัวนำไฟฟ้า

ฮีเลียมเหลวใช้เพื่อระบายความร้อนของแม่เหล็กที่ใช้ในเครื่องสแกนภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์ ที่มา: Jan Ainali

ฮีเลียมเหลวเย็นมากจนสามารถตรึงโลหะให้กลายเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถผลิตแม่เหล็กที่ทรงพลังมากซึ่งระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวได้ถูกนำมาใช้ในเครื่องสแกนภาพหรือสเปกโตรมิเตอร์เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. Andy Extance. (17 เมษายน 2562). ตรวจพบฮีเลียมไฮไดรด์ไอออนในอวกาศเป็นครั้งแรก: พบหลักฐานทางเคมีที่เข้าใจยากตั้งแต่นาทีแรกของจักรวาล ดึงมาจาก: chemistryworld.com
3. ปีเตอร์ Wothers (19 สิงหาคม 2552). ฮีเลียม เคมีในองค์ประกอบ ดึงมาจาก: chemistryworld.com
4. วิกิพีเดีย (2019) ฮีเลียม สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. Mao, HK, Wu, Y. , Jephcoat, AP, Hemley, RJ, Bell, PM, & Bassett, WA (1988) โครงสร้างผลึกและความหนาแน่นของฮีเลียมสูงถึง 232 Kbar ดึงมาจาก: article.adsabs.harvard.edu
6. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) ฮีเลียม ฐานข้อมูล PubChem CID = 23987 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
7. Mary-Ann Muffoletto (6 กุมภาพันธ์ 2560). ขึ้นขึ้นและออกไป: นักเคมีบอกว่า 'ใช่' ฮีเลียมสามารถสร้างสารประกอบได้ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐยูทาห์ สืบค้นจาก: phys.org
8. สตีฟแกกนอน (เอสเอฟ) ไอโซโทปของธาตุฮีเลียม Jefferson Lab. สืบค้นจาก: education.jlab.org
9. Advameg, Inc. (2019). ฮีเลียม ดึงมาจาก: chemistryexplained.com