گاز هلیوم

هلیم (Helium) با نشان شیمیایی He یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲ و وزن اتمی ۴٫۰۰۲۶۰۲ است. این عنصر، بی بو، بی رنگ، بی مزه، غیرسمّی، از دیدگاه شیمیایی بی اثر و تک اتمی است که در جدول تناوبی استاندارد در بالای گروه گازهای نجیب جا دارد. دمای ذوب و جوشاین ماده در میان دیگر عنصرها بسیار پایین است به همین دلیل در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به گازی است مگر شرایط بسیار ویژه‌ای بر آن گذرانده شود.

هلیم دومین عنصر سبک جهان است و از دید فراوانی در جایگاه دوم است. نزدیک به ۲۴٪ از جرم گیتی از آن این عنصر است که این مقدار بیش از ۱۲ برابر ترکیب تمام عنصرهای سنگین است. هلیم به همان صورت که در خورشید و هرمز یافت می‌شود در جهان پیدا می‌شود و این به دلیلانرژی بستگی (به ازای هر هسته) بسیار بالای هلیم-۴ نسبت به سه عنصر دیگر پس از آن در جدول تناوبی است. بیشتر هلیم موجود در گیتی، هلیم-۴ است و گمان آن می‌رود که در جریان مه بانگ پدید آمده باشد. امروزه با کمک واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در ستاره‌ها، گونه‌های تازه‌ای از هلیم ساخته شده‌است.

واژهٔ هلیوم از واژهٔ یونانی هلیوس گرفته شده به معنای «ایزد خورشید» گرفته شده‌است. زمانی که هنوز هلیم شناخته نشده بود، ستاره شناس فرانسوی ژول ژانسن در جریان خورشیدگرفتگی سال ۱۸۶۸ برای نخستین بار در طیف‌سنجی نور خورشید، خط زرد طیفی هلیم را دید. برای همین هنگامی که از نخستین کسانی که هلیم را شناسایی کردند یاد می‌شود نام ژول ژانسن در کنار نام نورمن لاکیر جای می‌گیرد. در جریان همان خورشیدگرفتگی، نورمن لاکیر پیشنهاد کرد این خط زرد می‌تواند به دلیل یک عنصر تازه باشد. دو شیمیدان سوئدی با نام‌های پر تئودر کلیو و نیلز آبراهام لانگلت در سال ۱۸۹۵ این عنصر را شناسایی و اعلام کردند. آن‌ها هلیم را از سنگ کلویت که معدن اورانیم است بدست آوردند. در سال ۱۹۰۳ منابع بزرگ هلیم در میدان‌های گازی ایالات متحده پیدا شد که یکی از بزرگترین منابع این گاز است.

یکی از کاربردهای مهم هلیم در سرماشناسی است. نزدیک به یک-چهارم هلیم تولیدی در این زمینه بکار می‌رود. ویژگی خنک سازی هلیم بویژه در خنک کردن آهن‌رباهای ابررسانا مهم است. این آهن رباها به صورت تجاری در اسکنرهای ام آر آی کاربرد دارد. کاربرد صنعتی دیگر هلیم در فشار وارد کردن برای نمونه به عنوان گاز تخلیه کننده‌است. همچنین به عنوان هوای محافظ در جوشکاری با قوس الکتریکی، در فرایندهایی مانند کشت بلورها در ساخت قرص‌های سیلیسیم از این گاز بهره برده می‌شود. نزدیک به نیمی از هلیم تولیدی در این زمینه کاربرد دارد.

یکی دیگر از کاربردهای شناخته شدهٔ هلیم در ویژگی بالابری در بالون‌ها و کشتی‌های هوایی است.[۲] تنفس حجم اندکی از گاز هلیم می‌تواند برای چندی در کیفیت و زنگ صدای انسان تاثیر بگذارد. این اثرگذاری تنها از آن هلیم نیست بلکه هر گازی که چگالی متفاوتی با هوا داشته باشد از این ویژگی برخوردار است. در پژوهش‌های دانشگاهی رفتار دو فاز سیال هلیم-۴ (هلیمI و هلیمII) در بحث‌های مربوط به مکانیک کوانتوم و یا پژوهش دربارهٔ پدیده‌هایی مانند ابررسانایی که با دماهای نزدیک به صفر مطلق در ماده کار می‌کند، مهم است.

هلیم در هواکُرهٔ زمین بسیار کمیاب است (نزدیک به ۰٫۰۰۰۵۲٪ حجمی) بیشتر هلیومی که در خاک زمین پیدا می‌شود در اثر واپاشی هسته‌ایطبیعی در عنصرهای سنگین پرتوزا مانند اورانیم و توریم پدید آمده‌است؛ به این ترتیب که در اثر واپاشی، ذره‌های بتا از عنصر تابیده شده وهستهٔ هلیم-۴ بدست آمده‌است. هلیم بدست آمده از واپاشی به آسانی به صورت فشرده با درصدی نزدیک به ۷٪ حجمی، در دام گاز طبیعیگرفتار می‌شود. سپس می توان با روش‌های صنعتی و به صورت تجاری با کاهش دمای آمیختهٔ هلیم و گاز طبیعی، هلیم را از دیگر گازها جدا ساخت. این روش تقطیر جزء به جزء نام دارد.