الهيليومHelium
العنصر الثاني في ترتيب الجدول الدوري للعناصر
* الهيليوم هو عنصر كيميائي له الرمز He وله الوزن الذري 4 والعدد الذري 2 حيث يمتلك 2 بروتون و2 نيوترون في نواته ويحيط بها 2 إلكترون . يقع الهيليوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الأولى , وعلى رأس عناصر المجموعة الثامنة عشر . الهيليوم عبارة عن غاز عديم اللون والرائحة في الشرطين النظاميين من الضغط ودرجة الحرارة ، غير سام وليس له طعم . ينتمي الهيليوم إلى الغازات النبيلة لذلك فهو غاز خامل يوجد دائماً في صورته الذريّة .
* يعدّ الهيليوم ثاني أخفّ العناصر في الكون بعد الهيدروجين ، كما أنه ثاني أكثر العناصر وفرةً في الكون ، حيث يشكّل 24 % من الكون بالنسبة لكتلة العناصر . للهيليوم عدّة نظائر لكنّ أكثر من 99 % من الهيليوم على الأرض هو الهيليوم- 4 .
* يوجد غاز الهيليوم في بعض حقول الغاز الطبيعي بنسبة تصل إلى 7 % حجماً ، حيث يفصل منها بالتقطير التجزيئي .
* يستخدم الهيليوم في تقنيّات التبريد العميق ، وخاصة لتبريد أجهزة المغناطيس فائق الموصليّة المستخدمة في تقنيّات التصوير بالرنين المغناطيسي . كما يستفاد من الخواص الخاملة لغاز الهيليوم في استعماله كغاز واقي في اللحام القوس الكهربائي وفي عمليات تصنيع رقائق السيليكون .
إكتشافاته العلميّة :
* يعد الهيليوم العنصر الوحيد الذي اكتشف في الفضاء وذلك على الشمس قبل أن يكتشف على الأرض . حدث ذلك عندما لاحظ كل من : الفلكي بيير جانسين , والفلكي جوزيف نورمان لوكير وجود خط أصفر لامع في الطيف الضوئي للشمس أثناء حادثة كسوف كلّي للشمس في الهند عام 1868 , واستنتجا أن الخط الطيفي هذا دلالة على عنصر موجود في الشمس وغير موجود على الأرض ، وأطلقا عليه سويّة الاسم الإغريقي للشمس هيليوس .
* في عام 1895 ، استطاع العالم البريطاني وليام رامزي أن يعزل الهيليوم على الأرض ، عندما قام بمعالجة فلزّ الكليفيت , وفي تجربة منفصلة قام العالم بير تيودور كليفه مع مساعده أبراهام لانغليت بجمع عينات من غاز الهيليوم من فلز الكليفيت في جامعة أوبسالا في السويد وتحديد كتلته الذريّة .
الاستخراج والاستخدام :
* اكتشف وجود غاز الهيليوم مع الغاز الطبيعي في الأرض بكميات كافية للإنتاج عام 1903 أثناء التنقيب عن النفط في ديكستر في ولاية كانساس الأمريكية ، حيث جمعت كمية من غاز غير قابل للاشتعال . بإجراء عملية تحليل للعيّنة وجد أن الغاز يتألّف من 72 % نيتروجين و15 % ميثان و1 % هيدروجين و 12% من غاز لم يتعرّف عليه حينئذ . بإجراء عملية بحث أعمق وجد هاميلتون كادي وديفد ماكفارلاند من جامعة كانساس أن هذا الغاز هو غاز الهيليوم . وإنه يمكن إنتاجه بكميّات كبيرة كافية كناتج ثانوي في عملية استخراج الغاز الطبيعي .
* هذه الوقائع جعلت من الولايات المتحدة أكبر مزوّد للهيليوم ، وجرى الاستفادة من ذلك في الحرب العالميّة الأولى في تعبئة المناطيد العسكرية والمدنية بغاز أخف من الهواء وغير قابل للاشتعال مثل الهيدروجين ،
* يتشكّل الهيليوم في الشمس والنجوم نتيجة الاندماج النووي للهيدروجين في تفاعل بروتون – بروتون المتسلسل والتي تعدّ جزءاً من تفاعلات الانصهار النجمي .
الخواص الكيميائيّة :
* ينتمي الهيليوم إلى فصيلة الغازات النبيلة ، وبالتالي فهو غاز خامل ، وبالتالي لا توجد له مركّبات كيميائيّة في الظروف القياسيّة من الضغط ودرجة الحرارة ، ولكن عندما يعرّض الهيليوم إلى ظروف غير طبيعيّة من الضغط أو الحرارة أو الـتفريغ المتوهج أو القذف الإلكتروني لنواة الهيليوم فإنّه يمكن أن تتشكّل للهيليوم مركّبات كيميائيّة قد تكون مستقرة أو غير مستقرّة تعرف باسم الثنائيات المثارة (إكسايمر) , ومن أشهر مركباته : فلورو هيدريد الهيليوم HHeF .
الاستخدامات :
* يستخدم الهيليوم في عدة مجالات وتطبيقات بما يتناسب مع خواصه المميّزة ، كإنخفاض نقطة غليانه وكثافته وانحلاليّته المنخفضة ، بالإضافة إلى ناقليّته الحراريّة المرتفعة وخواصه الخاملة . إنّ أكبر استهلاك للهيليوم هو على سبيل المثال : استخدامه في تبريد أجهزة المغناطيس فائقة الموصلية المستخدمة في تقنيّات عدّة كالتصوير بالرنين المغناطيسي . وإستخدامه كغاز واقي في إنتاج رقائق السيليكون والجرمانيوم وفي إنتاج التيتانيوم والزركونيوم وفي الاستشراب الغازي , وكغاز واقي في عمليّات اللحام بالقوس الكهربائي على المواد التي يؤدّي لحامها عند درجات حرارة مرتفعة إلى إضعافها .
لأنّ وزنه أخف من الهواء، يستخدم الهيليوم في ملء السفن الهوائية والمناطيد لتتمكّن من الإرتفاع في الجو . على الرغم من أنّ الهيدروجين أخفّ من الهيليوم ، لكنّه قابل للاشتعال ، في حين أنّ الهيليوم لا يشتعل .
* يدخل الهيليوم في تركيب غازات التنفس في أجهزة الغوص العميق ، وذلك للتخفيف من الآثار التخديرية لغازات التنفس عند الضغوط المرتفعة .
* يستخدم الهيليوم كوسط لتبادل الحرارة في بعض المفاعلات النوويّة المبرّدة بالغاز وذلك بسبب خموله الكيميائي وبسبب ناقليّته الحراريّة العاليّة ، وعدم تأثره بالنيوترونات ، ولعدم تشكيله نظائر مشعّة تحت شروط عمل المفاعل .