Helium | Kemiallinen alkuaine

Helium on kemiallinen alkuaine. Sen kemiallinen merkki on He, järjestysluku 2 ja atomipaino noin 4,002602. Heliumia on 9 isotooppia, joista vain kaksi on stabiileja. Ne ovat³ He ja⁴ He. ⁴He on ylivoimaisesti yleisin isotooppi.

Heliumia kutsutaan jalokaasuksi, koska se ei säännöllisesti sekoitu muiden kemikaalien kanssa ja muodosta uusia yhdisteitä. Sillä on kaikista alkuaineista alhaisin kiehumispiste. Se on maailmankaikkeuden toiseksi yleisin alkuaine vedyn jälkeen, eikä sillä ole väriä tai hajua. Helium kuitenkin hehkuu punaruskeana, kun se asetetaan sähkökenttään. Helium ei yleensä reagoi minkään muun aineen kanssa. Tähtitieteilijät havaitsivat heliumin olemassaolon vuonna 1868, kun sen spektri tunnistettiin Auringon valossa. Tämä tapahtui ennen kuin se löydettiin Maasta.

Heliumia käytetään ilmapallojen ja ilmalaivojen täyttämiseen, koska sen tiheys on ilmaa kevyempi. Se ei pala, joten se on turvallista tällaisessa käytössä. Sitä käytetään myös joissakin hehkulampuissa. Ihmiset voivat hengittää heliumia: se saa heidän äänensä kuulostamaan korkeammalta kuin normaalisti. Tämä on vitsi, mutta se on vaarallista, sillä jos he hengittävät sitä liikaa, hypoksia voi vahingoittaa tai tappaa heidät, koska he eivät hengitä normaalia ilmaa. Liiallinen heliumin hengittäminen voi myös aiheuttaa pitkäaikaisia vaikutuksia äänihuuliin.

Heliumia syntyy auringon ja vastaavien tähtien ydinfuusioprosessissa. Tässä prosessissa kaksi vetyatomia fuusioituu yhteen yhdeksi heliumatomiksi. Maapallolla sitä syntyy raskaiden radioaktiivisten alkuaineiden, kuten toriumin ja uraanin, luonnollisessa radioaktiivisessa hajoamisessa, vaikka muitakin esimerkkejä on olemassa. Tällaisten hajoamisten lähettämät alfahiukkaset koostuvat helium-4-ytimistä.

Koska helium on erittäin kevyt, se on kaasu, jota käytetään Goodyearin ilmalaivan kaltaisten ilmalaivojen täyttämiseen.

Historia

Heliumin löysi ranskalainen tähtitieteilijä Pierre Janssen 18. elokuuta 1868 kirkkaan keltaisena viivana Auringon kromosfäärin spektrissä. Viivan luultiin olevan natriumia. Samana vuonna myös englantilainen tähtitieteilijä Norman Lockyer havaitsi sen ja totesi sen johtuvan uudesta alkuaineesta. Lockyer ja englantilainen kemisti Edward Frankland nimesivät alkuaineen heliumiksi auringon kreikankielisestä sanasta ἥλιος (helios).

Ominaisuudet

Helium on neonin jälkeen toiseksi vähiten reagoiva jalokaasu. Se on kaikista alkuaineista toiseksi vähiten reaktiivinen. Se on kemiallisesti inertti ja yksiatominen kaikissa standardiolosuhteissa. Helium on vähiten veteen liukeneva yksiatominen kaasu.

Käyttää

Heliumia käytetään suojakaasuna pii- ja germaniumkiteiden kasvattamisessa, titaanin ja zirkoniumin valmistuksessa sekä kaasukromatografiassa, koska se on inertti. Heliumia käytetään suojakaasuna kaarihitsauksessa.

Heliumia sekoitetaan hapen ja muiden kaasujen kanssa syvän vedenalaisessa sukelluksessa, koska se ei aiheuta typpinarkoosia.

Heliumia käytetään myös vedyn ja hapen tiivistämiseen rakettipolttoaineen valmistukseen. Sitä käytetään polttoaineen ja hapettimen poistamiseen maalaitteista ennen raketin laukaisua. Sitä käytetään nestemäisen vedyn jäähdyttämiseen avaruusaluksissa ennen raketin laukaisua.

Heliumia käytetään lämmönsiirtovälineenä joissakin ydinreaktoreissa, joita jäähdytetään kaasulla. Heliumia käytetään myös joissakin kiintolevyasemissa. Matalissa lämpötiloissa olevaa heliumia käytetään kryogeniikassa.

Supply

Heliumista on tullut maapallolla harvinaista. Jos sitä pääsee ilmaan, se poistuu planeetalta. Toisin kuin vety, joka reagoi hapen kanssa muodostaen vettä, helium ei ole reaktiivinen. Se pysyy kaasuna. Vuoden 1925 heliumlain jälkeen Yhdysvallat keräsi heliumia kansalliseen heliumvarastoon monien vuosien ajan. Amerikkalainen helium on peräisin Great Plainsin alueen kaivoista. Tällä hetkellä Qatar toimittaa enemmän heliumia kuin Yhdysvallat.

Useat tutkimusorganisaatiot ovat antaneet lausuntoja heliumin niukkuudesta ja säilymisestä. Nämä järjestöt julkaisivat poliittisia suosituksia jo vuonna 1995 ja vielä vuonna 2016, joissa kehotettiin Yhdysvaltojen hallitusta varastoimaan ja säilyttämään heliumia heliumin luonnollisten rajoitusten ja alkuaineen ainutlaatuisen luonteen vuoksi. Tutkijoille helium on korvaamaton, koska se on välttämätön erittäin matalien lämpötilojen tuottamisessa. Matalissa lämpötiloissa olevaa heliumia käytetään kryogeniikassa ja tietyissä kryogeniikan sovelluksissa. Nestemäistä heliumia käytetään tiettyjen metallien jäähdyttämiseen erittäin alhaisiin lämpötiloihin, joita tarvitaan suprajohtavuuteen, kuten magneettikuvauksessa käytettävissä suprajohtavissa magneeteissa.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on heliumin kemiallinen symboli?

V: Heliumin kemiallinen symboli on He.

K: Kuinka monta heliumin isotooppia on olemassa?

V: Heliumia on 9 isotooppia, joista vain kaksi on stabiileja.

K: Mikä tekee heliumista jalokaasun?

V: Heliumia kutsutaan jalokaasuksi, koska se ei säännöllisesti sekoitu muiden kemikaalien kanssa ja muodosta uusia yhdisteitä.

K: Minkä värinen ja tuoksuinen helium on?

V: Heliumilla ei ole väriä eikä hajua. Kun se kuitenkin asetetaan sähkökenttään, se hehkuu punaisenoranssina.

K: Milloin tähtitieteilijät havaitsivat heliumin esiintymisen ensimmäisen kerran?

V: Tähtitieteilijät havaitsivat heliumin esiintymisen ensimmäisen kerran vuonna 1868, kun sen spektri tunnistettiin Auringon valossa. Tämä tapahtui ennen kuin se löydettiin Maasta.

K: Mihin tarkoituksiin heliumia käytetään Maassa?

V: Maassa heliumia käytetään ilmapallojen ja ilmalaivojen täyttämiseen, koska sen tiheys on ilmaa kevyempi, sekä joissakin hehkulampuissa. Sitä voidaan myös hengittää, mutta se voi olla vaarallista, jos sitä hengitetään liikaa, sillä se voi aiheuttaa hypoksiaa, joka voi vahingoittaa tai tappaa henkilön, joka ei hengitä normaalia ilmaa, ja aiheuttaa pitkäaikaisia vaikutuksia äänihuuliin.

Kysymys: Miten heliumia syntyy luonnollisesti maapallolla?

V: Maapallolla heliumia syntyy raskaiden radioaktiivisten alkuaineiden, kuten toriumin ja uraanin, luonnollisesta radioaktiivisesta hajoamisesta, vaikka muitakin esimerkkejä on olemassa. Tällaisten hajoamisten lähettämät alfahiukkaset koostuvat helium-4-ytimistä.