خواص عناصر - هلیم

هلیم
هلیم عنصر شیمیایی از گروه هشت اصلی (18) جدول تناوبی یا گروه گازهای نجیب است که عدد اتمی آن 2 می باشد

ادامه .....

خواص:
هلیم گازی است بی رنگ، بی بو و بی مزه که بعد از هیدروژن سبکترین گاز بوده و میل ترکیبی آن خیلی کم است. در دمای معمولی پدیدۀ ژول تامسون منفی است یعنی بر اثر انبساط گرم و با کاهش فشار از 100 به 40 جو و دمای 15K به وضوح مثبت می گردد.
میعان گاز هلیم پس از خنک کردن آن با هیدروژن مایع ممکن می شود. هلیم مایع به صورت های هلیم یکHeI و هلیم دو HeII موجود می باشد. هلیم یک بر اثر مایع کردن گاز هلیم تولید و با ادامۀ فرایند خنک کردن در دمای معین به هلیم دو تبدیل می شود. هلیم دوHeII در مقایسه با هلیم یک HeI و مایعات دیگر از لحاظ رسانائی گرما ویسگوزیته چنان اختلاف بزرگی نشان می دهد که آن را فوق سیال نامگذاری کرده اند گرمای ویژه در لایه های خارجی آن تقریباً صفر است بدین لحاظ در هلیم دو از لحاظ توزیع گرما، مثل امواج صوتی، ناهمگنی ایجاد می گردد. هلیم دو HeII بهترین رسانای گرما است هلیم جامد در دمای 272- درجۀ سانتیگراد و فشار 25 جو پایدار است.
شناسایی:
تشخیص هلیم به کمک طیف سنجی انجام می گیرد در مخلوط گازهای نجیب هلیم را با روش های کروماتوگرافی گازی تعیین می کنند. در دمای اکسیژن مایع جداسازی هلیم از نئون به کمک زغال فعال انجام پذیرفته و این جداسازی در دمای معمولی به وسیلۀ ستون غربال های مولکولی میسّر می گردد.
پیدایش:
در ترکیب پوستۀ عظیم 17 کیلو متری زمین هلیم با 0.003 گرم در تن شرکت می کند در ترکیبات جو مقدار آن به 0.72 گرم در تن می باشد سهم مزبور تا ارتفاع 18 کیلومتری مناسب بوده و از آن به بعد افزایش می یابد و از ارتفاع 100 کیلو متری به بعد دوباره کاهش می یابد. چشمه های آب گرم مقدار کمی هلیم دارند این چشمه ها در کشور فرانسه می باشد که مقدار هلیم آن ها از 0.01 تا 10.16 در صد گازهای محلول در نوسان است .
گازها و بخارهای حاصل از آتشفشان دارای مقدار کمی هلیم هستند در گاز طبیعی به ندرت هلیم یافت می شود منابع بسیار غنی گاز طبیعی که مقدار متناهی هلیم دارند در آمریکای شمالی (کانزاس، اکلاهما و تکزاس) واقع شده اند این منابع پایه و اساس صنعت هلیم ایالات متحده را تشکیل می دهند مقدار هلیم این منابع تا 7 درصد حجمی می رسد در کانی های عناصری که پرتو آلفا را گسیل می دارند مقدار کمی هلیم وجود دارد و این کانی ها، هلیم ضمن فرایند تلاشی پرتوزایی یا رادیواکتیوی بوجود می آید عمده ترین این کانی ها عبارتند از تورمانیست و موتازیت CePo4 از مقدار هلیم موجود در این کانی ها می توان عمر آن ها را محاسبه کرد.(روش هایی برای کانی ها)
وجود خورشید هلیم در خورشید و ثوابت مورد اثبات واقع شده به طوری که خورشید از 15% هلیم 84% هیدروژن و 1% اتم های سنگین تشکیل یافته است
تهیه:
در کشورهای شوروی سابق و ایالات متحده هلیم از گاز طبیعی تهیه می کنند. هلیم تولید شده در کشورهای مزبور عمده ترین تولید جهانی هلیم را تشکیل می دهند برای تهیۀ هلیم از گاز طبیعی، کربن دی اکسید، هیدروژن سولفید و نیز بخار آب موجود در آن را با وسایل نفتی جدا و سپس هیدروکربن های موجود را به مایع تبدیل کرده و هلیم گازی شکل را بعد از جذب نیتروژن آن روی زغال فعال به دست می آورند خلوص هلیم حاصل 99.9% حجمی می باشد.
در روش های دیگر برای تهیۀ گاز هلیم گاز طبیعی را از داخل لوله های شیشه ای موئین می فشارند بدین ترتیب هلیم از موئینه ها نفوذ کرده و از سایر گازها جدا می شود تهیۀ هلیم از هوا، در فرایند تهیۀ اکسیژن صورت می گیرد که ضمن آن هلیم و نئون در سر میعانگر دستگاه جدا سازی اکسیژن جمع می شود زیرا این گازها در دمای میعان نیتروژن مایع نمی شوند. از مخلوط گاز مزبور که دارای 3 تا 7 درصد حجمی هلیم و نئون است نیتروژن را به وسیلۀ میعان و هیدروژن را توسط تماس با مس و پالادیم جدا می کنند. مخلوط حاصل در حدود 75 تا 78 درصد حجمی نئون و 22 تا 25 درصد حجمی هلیم دارد جداسازی هلیم از نئون به دو روش امکان پذیر می باشد در روش نخست از هیدروژن مایع و در روش دوم از زغال فعال وگیزل ژل استفاده می کنند. روش دوم در فشار بالا از نظر اقتصادی به صرفه بوده و پس از چند مرحله جذب سطحی هلیم و نئون با خلوص 99/99 درصد حجمی به دست می آید.گاز حاصل در کپسول های فولادی و تحت فشار 50 تا 150 کیلو لیتر به سانتی متر مربع نگهداری می شوند.
کاربرد:
سابق هلیم را به مقدار قابل ملاحظه ای سفینه های فضایی به کار می بردند. گاز هلیم نسبت به هیدروژن مزیت بزرگی را دارا است که منفجر نمی شود ولی از آنجا که هلیم گران تر از هیدروژن می باشد مخلوط اشتعال ناپذیر از 26 درصد هیدروژن و 74 درصد هلیم به کار می بردند امروز کاربرد هلیم در سفینه های فضایی چندان معمول نیست ولی بالون های هوایی را هنوز هم با گاز هلیم پر می کنند در ایالات متحده لاستیک برخی از خودرو ها و هواپیماها را با هلیم پر کرده و همین گاز هلیم برای نگهداری اسناد خیلی مهم استفاده می شود.
از نقطه نظر فیزیکی این گاز از قانون گازهای کامل پیروی می کند و بدین لحاظ در دماسنج های گازی به کار می رود. برای بررسی خواص مواد در دماهای بسیار پایین در آزمایشگاه فیزیک هلیم مایع کاربرد دارد. در آزمایشگاه شیمی از گاز هلیم به عنوان گاز بی اثر و همین در دستگاه گرومانوگرافی گازی به عنوان گاز حامل استفاده می کنند گاز هلیم در صنایع گاز برق کابرد وسیعی دارد. و به مقدار زیادی برای پر کردن لامپ های رفلکس مصرف می شود در صنعت خلاء از گاز هلیم یابی بهرۀ فراوانی می برند.
هوای تنفس غواصان از 21 درصد اکسیژن و 79 درصد هلیم شکل یافته است تنفس بیماران مبتلا به تنگی نفس در هوای هلیم دار به سهولت انجام می گیرد زیرا فشار هوای مورد نیاز برای جریان در ریه ها فقط نصف هوای معمولی است