ما هو غاز الهيليوم
الهيليوم هو إحدى العناصر الكيميائية الموجودة في الطبيعة، والذي يقع في الدورة الأولى على رأس المجموعة الثامنة في الجدول الدوري للعناصر، ويرمز له بالرمز " He "، وهو إحدى العناصر النبيلة الخاملة عدده الذري 2 ، ويمتاز بخفة وزنه، وناقليته الحرارية المرتفعة، يتألّف الهيليوم من نواة فيها بروتونين ونيوترونين اثنين، يحيط بهما إلكترونين اثنين في مداراتها الذريّة.
إنّ غاز الهيليوم عديم اللون والرائحة والمذاق، غير قابل للاشتعال، يخلو من السمية، وهو العنصر الوحيد الذي يمتلك سرعة إفلات وتسرب عالية، أما نشاطه الكيميائي فهو قليل جداً؛ بسبب وجود إلكترونين في أفلاكه الخارجية؛ أي ممتلئ المدارات الإلكترونية، مما يجعله مستقراً، لذلك يكون على شكل أحادي الذرة، وهو قليل الذوبان في الماء، وكثافته وغليانه منخفضان أيضاً.
أما إكتشاف عنصر الهيليوم لأول مرة ؛ فيعود لعام 1868 م عند حدوث كسوف كلي للشمس في الهند، فإكتشف وجوده في الشمس قبل الأرض.
إنّ عنصر الهيليوم متوفر في الكون، وكذلك يدخل في تركيب الغلاف الغازي للعديد من الكواكب، أما على سطح الأرض فهو نادر الوجود، حيث يتركز في الغلاف الجوي بنسبة 5.2 جزء في المليون ، خاصة في طبقات الجو العليا منه ، ويعود سبب ضآلته رغم الإنّتاج المستمر له إلى سرعة انفلاته إلى الفضاء الخارجي. كما ينتج سنوياً من الهيليوم عبر الغلاف الصخري الأرض 3000 طن متري حيث يوجد بكميات كبيرة في تركيب معادن اليورانيوم والثوريوم بسبب إضمحلالها الإشعاعي، وإطلاقها لجسيمات ألفا، والتي تتجمّع إلكتروناتها لتشكّل الهيليوم عندما تصطدم بالغلاف الصخري.
يوجد عدة نظائر للهيليوم، نظيران منها مستقران وهما: هيليوم 3 الذي يحتوي على نيوترون واحد في نواته ، وهيليوم 4 الذي يحتوي على نيوترونين إثنين فيها ، والذي يعد النظير الطبيعي الأكثر وفرة .
تعدّ أمريكا المزود الأكبر للهيليوم؛ بسبب إكتشافها لوجوده مع الغاز الطبيعي في الأرض عام 1903 م أثناء التنقيب عن النفط في ولاية " كانساس" الأمريكية، حيث إنّ المصدر الطبيعي الأكبر للهيليوم هو وجوده في آبار الغاز الطبيعي، نتيجة إحتباسه تحت الطبقات الصخريّة للأرض، إذ يستخرج من هناك بواسطة التقطير التجزيئي إلا أن مصادره قابلة للنفاد، وتوجد كمّيّات قليلة من الهيليوم في الينابيع المعدنيّة، والغازات البركانيّة والأحجار النيزكيّة، والقشرة الأرضية، وكذلك في مياه البحار، لكن على الرغم من ندرة وجود الهيليوم على الأرض؛ فإنّه يتركز تحت السهول الكبرى بكميّات كبيرة، كناتج ثانوي في عملية استخراج الغاز الطبيعي .
إنّ خواص الهيليوم المميزة تتيح استخدامه في العديد من المجالات؛ فهو يستخدم في تبريد الأجهزة المغناطيسية، وفي صنع رقائق السليكون والجرمانيوم، والجدير بالذكر إستخدامه في كشف التسريب في الأجهزة التي تستخدم تفريغ مرتفع؛ بسبب إنتشاره في المواد الصلبة أسرع من إنتشاره في الهواء، وكذلك يستخدم الهيليوم في ملء السفن الهوائية والمناطيد لتتمكّن من الطيران؛ بسبب خفته وقلة كثافته، وعدم قابليته للاشتعال، بخلاف الهيدروجين الذي يتميز بقابليته للإشتعاله، حيث تم إستخدامه في الحرب العالميّة الأولى في تعبئة المناطيد، وفي تجهيز المناطيد العسكريّة، وتم استخدامه أيضاً في الحرب العالميّة الثانيّة في عمليّات اللحام القوسي من أجل التجهيزات العسكريّة، وفي كشف التسريبات في عملية الإنتشار الغازي أثناء تخصيب اليورانيوم؛ لتصنيع القنبلة الذريّة .
هذا ويجب الحذر أثناء استخدام الهيليوم السائل؛ لإنخفاض درجة حرارته وكذلك الغازي؛ لأنّ إستنشاق الهيليوم بكثرة قد يكون خطراً، حيث يؤدّي إلى الإختناق؛ لأنّه يحلّ محلّ الأكسجين اللازم لعمليّة التنفّس .
أضرار غاز الهيليوم
هناك الكثير من المواد والعناصر التي لا يستطيع الإنسان العيش من دونها مثل: الماء، والهواء، والطعام؛ فهي التي تجعل سطح الأرض صالحاً للحياة، كما أن الإنسان بطبعه الّذي خلقه الله تعالى به يحبّ البحث والاستكشاف عن كلّ ما قد يريحه من خلال استغلال العناصر المختلفة الموجودة على سطح الأرض؛ حيث إنّه اكتشف وسائل النقل المختلفة مثل: السيارات، والمناطيد، والطائرات، وغيرها من الاختراعات، وبعض هذه الوسائل التي اخترعها الإنسان تعتمد بشكل أساسي في عملها على بعض الأنواع من الغازات مثل غاز الهيليوم.
غاز الهيليوم
هو عنصر خامل في الطبيعة يوجد بالجدول الدوري بالمجموعة الثانية والدورة الأولى، ويتّصف بأنه عديم اللون، ويتحوّل إلى سائلٍ عند درجة حرارة 268 تحت الصفر، ويتكوّن من بروتونين اثنين والعدد نفسه من النيوترونات. ينتج الهيليوم عن طريق الاندماج النووي في النجوم الّذي يكون أساسه الهيدروجين؛ حيث تندمج ذرتين من الهيدروجين لتكوين ذرّة هيليوم واحدة مع بعض الطاقة الناتجة من فرق الكتلة، وهناك استخدامات كثيرة للهيليوم.
استخدامات غاز الهيليوم
حفظ الضغط في الصاروخ أثناء الطيران.
يستخدم كمادّةٍ مانعةٍ للصدأ، فعند تفاعل الفلزات مع الأكسجين ينتج الصدأ.
في البالونات الطائرة، فهو خفيف الوزن ، وأكثر استخداما من الهيدروجين مع أنّ الهيدروجين أخف وزناً، وذلك لأنّ الهيدروجين عنصرٌ قابلٌ للاشتعال بعكس الهيليوم.
يستخدم للمصابين بالربو، وذلك بخلط الأكسجين به، فيسهّل من عملية التنفس؛ لأنّ جزيئات الهيليوم أصغر وأخف من النيتروجين.
وكما كلّ المواد المستخدمة في حياتنا فإنّ لكلّ شيء استخداماتٍ وأضراراً أيضاً، الهيليوم في الظروف الطبيعية هو عبارة عن غازٍ غير سام، ولكن تأثّره يكمن عند استنشاقه في أنّ الصوت يبدو وكأنه مسرعاً، وذلك لأنّ كتلة الهيليوم أقل بثلاث مرات من الهواء، وهذا يزيد من تردّدات الحبال الصوتية لدى الإنسان.
أضرار غاز الهيليوم
أمّا عن الأضرار والمخاطر التي تتعلّق بهذا الغاز تتلخّص في بعض الأمور وأهمها:
المبالغة في استنشاق هذا الغاز لتحقيق أثره على الحبال الصوتيّة يؤدي إلى الاختناق، لأنه يحل محل الأكسجين.
يؤدّي استنشاق هذا الغاز من الأسطوانات مباشرة إلى تمزق الرئة، وذلك لسرعة تدفّق الهيليوم فيها.
الهيليوم بالعادة يكون ذا درجة حرارة باردة جداً، وهذا يؤدّي إلى لسعة برد.
قد يؤدّي استخدامه بالطرق غير السليمة، ودون استخدام الأمور الاحترازية وأخذ الحذر والحيطة، إلى الانفجارات، وذلك لأنّ هذا الغاز يؤدّي تبريده إلى تمدده، وعند تبريده بصورةٍ سريعة يؤدّي تمدده إلى زيادة الضغط على الأجسام الحافظة له، ولهذا يجب وضع صماماتٍ خاصةٍ للمحافظة على الضغط وتجنباً للانفجارات.
أين أجد غاز الهيليوم
أشكالُ المادةِ ثلاثُ، وهذا شيْءٌ معلومٌ لدى كلّ منْ على هذهِ المعمورةِ؛ بلْ إنها من أبسطِ المسلّماتِ العلميةِ أيضاً، والمادةُ أيضاً إمّا أنْ تكونَ عنصراً أوْ مجموعةً من العناصر. أمّا العنصرُ فهوَ مادةٌ تتكونُ منْ نوعٍ واحدٍ منَ الذراتِ.
تحتوي الكرةُ الأرضيةُ على اثنينِ وتسعينَ عنصراً طبيعيّاً، وتبدأ هذه العناصر بغازِ الهيدروجينِ، وتنتهي بالعنصرِ المشعِ اليورانيومْ. وأمّا الغازُ فهوَ أحدُ أشكالِ المادةِ؛ بحيثْ تكونُ الذرّاتُ المكونةُ لهُ مترابطةً بصورةٍ ضعيفةٍ؛ أيْ إنَّ المسافةَ الفاصلةَ بينَ الجزيئاتِ أكبرَ بكثيرٍ منْ تلكَ الّتي تكونُ في السوائلِ والموادِ الصلبةِ، ونتيجةً للمسافةِ الفاصلةِ بينَ هذهِ الجزيئاتِ المكوّنةِ للغازِ، فإنَ هذهِ الغازاتِ تمتلكُ خاصيةً فريدةً منْ نوعها فهيَ لا تمتلكُ شكلاً أوْ حجماً ثابتاً؛ حيث إنّها تتخذُ شكلَ الوعاءِ الّذي توضعُ فيهِ وحجمهُ أيضاً، وبسببِ هذهِ المسافةِ أيضاً فإنَّ الغازَ قابلٌ للضَّغطِ، وبذلكَ فإنَّ الغازَ الذي يتواجدُ في إناءٍ حجمهُ خمسةُ لتراتٍ مثلاً، يمكننا تعريضهُ للضَّغطِ؛ بحيثْ يصبحُ منَ الممكنِ وضعهُ في إناءٍ أصغرَ لترينِ أو ثلاثةِ لتراتٍ مثلاً.
ولعلَ أشهرَ الغازاتِ بعدَ الأكسجينِ والهيدروجينِ لدىْ العامّةِ هوَ الهيليومَ؛ فهوَ ثاني أخفِ الغازاتِ علىْ وجهِ الارضِ، ويتكوّنُ منْ اندماجِ ذرّتينِ منَ الهيدروجينِ فيْ ظروفٍ خاصّةٍ وبفرقِ كتلةٍ بسيطة، ويتحوّلُ إلىْ طاقةٍ إشعاعيةٍ، وهذاْ لا يحدثُ إلّا في النجومِ عادةً. يتواجدُ الهيليومُ بنسبةِ 24% في هذا الكونِ الفسيحِ؛ أيْ إنَّ حوالى ربعَ هذا الكونِ فقطْ مكونٌ منَ الهيليومِ. الهيليوم كما أسلفتُ هوَ غازٌ خفيفٌ يحوي في نواتهِ بروتونينِ، والعددَ نفسهُ منَ النيوتروناتِ.
أين نجد غاز الهيليوم؟
السؤالُ الآنَ أينَ يتواجدُ غازُ الهيليومَ؟ نتيجةً لما يمتلكهُ هذا الغازُ منْ صفاتٍ تميّزهُ عنْ باقي الغازاتِ والعناصرِ، فهوَ غازٌ خاملٌ لا يتفاعلُ معَ أيِّ عنصرٍ في الطبيعةِ، حتىْ إنهُ يتواجدُ على شكلٍ أحاديٍّ، وبما أنهُ أيضاً غازٌ خفيفُ الوزنِ فهوَ لا يبقى طويلاً في الغلافِ الجويِّ؛ بلْ يصعدُ إلىْ الفضاءِ الخارجيِّ. وبما أنَّ الهيليومَ يتكوّنُ في ظروفٍ خاصةٍ، وهذهِ الظروفُ غالباً ما تتوفّرُ في قلبِ النجمِ، فهوَ يستعملُ وقودا ً خاصاً منَ الهيدروجينِ فيحرقهُ ويحوّلهُ إلى هيليومَ، فيبقى الهيليومُ متمركزاً في قلبِ النجمِ، لما يمتلكهُ منْ وزنٍ ذريٍّ عالٍ مقارنةً بالهيدروجينِ.
بعدَ تكوّنِ هذا الهيليومِ في النجمِ نتيجةً لذلكَ الاندماجِ النوويِّ هلْ سيبقى متمركزاً في مكانهَ وسطَ النجمِ مثلاً؟
في الواقعِ إن تكوُّنَ العناصرِ مستمرٌ في قلبِ النجمِ حتى موتهِ، وبعدَ مرحلةٍ معينةٍ منْ حياةِ النجمِ، تصبحُ القوَّةَ المؤثرةَ على ذرّاتِ العناصرِ المتواجدةِ (الهيدروجين والهيليوم) أكبرَ بكثيرٍ، فتتمكّن هذهِ القوةَ منْ إرغامِ ذراتِ الهيليومِ على الاندماجِ مكونةً عناصرَ أثقلَ منَ الهيليومِ، فمثلاً تندمجُ ثلاث ذرّاتِ منَ الهيليومِ لتكوِّنَ ذرةَ كربونٍ واحدةٍ معَ فرقٍ في الكتلةِ، يتحوّلُ إلى طاقةٍ، وهيَ جزءٌ منْ تلكَ الطاقةِ التي تشعّها شمسنا مثلاً.
ما هو سبب اختيار غاز الهيليوم في المناطيد
أنعم الله على كوكبنا بوجود الغلاف الجوي الذي يغلّفه ويحميه، وهذا الغلاف عبارة عن غلاف غازي مكون من مزيج من الغازات، مثبّت حول الكرة الأرضية بفعل جاذبيتها، وهذا الغلاف هو ما يحمي كوكبنا من الأشعة فوق البنفسجية الضارة التي تصله من الشمس، كما يعمل أيضاً على تنظيم توزع الضوء على سطح الأرض، وهو كذلك يحتوي على الغازات الضرورية للحياة على وجه الأرض، وأهمها غاز الأوكسجين الذي يشكل مصدر حياة الكائنات الحية، وغاز النيتروجين الذي تستفيد منه بعض في تغذيتها، وغاز ثاني أكسيد الكربون الناتج من تنفس الكائنات الحية والذي تعتمد عليه النباتات في عملية البناء الضوئي، وهنالك الكثير من الغازات مثل: النيون، الآرغون، الهيدروجين والهيليوم.
يغلب على تكوين الغلاف الجوي غاز النيتروجين بحيث يشكل ما نسبته 78%، ويليه غاز الأوكسجين ويشكل ما نسبته 21% من الغلاف الجوي، وهنالك أيضاً الكثير من الغازات الموجودة فيه لكنها بنسب ضئيلة مقارنةً بغازي النيتروجين والأوكسجين، مثل: الآرغون، ثاني أكسيد الكربون، بخار الماء، النيون، الزينون، وغازي الهيليوم والهيدروجين.
كما ذكرنا سابقاً إنّ غازات الغلاف الجوي مهمة جداً بالنسبة لنا، ويمكننا الإستفادة منها في الكثير من الأمور في حياتنا اليومية، فهي تدخل في الكثير من الإستخدامات، مثلاً: يتم استخدام غاز الهيليوم في الكثير من المجالات، مثل: تبريد الأجهزة المغناطيسية، صناعة رقائق السيليكون والجرمانيوم، كما يتم استخدامه في كشف التسريبات في عملية الإنتشار الغازي أثناء تخصيب اليورانيوم لتصنيع القنبلة الذرية، ويتم خلطه مع الأكسجين وملئ اسطوانات الغواصين لمنع التسمم الأكسجيني، ويتم استخدامه أيضاً في ملئ السفن الهوائية والمناطيد لكن ما يهمنا هنا هو استخدام الهيليوم في المناطيد، فما هو السبب وراء اختيار غاز الهيليوم لملئ المناطيد؟
لماذا يُستخدم غاز الهيليوم في المناطيد
يتميز غاز الهيليوم بالكثير من الصفات التي تجعل منه الغاز المناسب لملئ البالونات الضحمة والمناطيد، فهو ثاني أخف غاز، وهو أخف من الهواء المحيط به، وهو كذلك عديم اللون والرائحة والمذاق مما يجعل منه غاز عديم السمية، لكن من الجدير بالذكر هنا أن غاز الهيليوم خطر على الإنسان عند استنشاقه لأنه يحل محل الأكسجين بسبب خفته وقلة كثافته، وكذلك يعتبر الهيليوم من الغازات الغير قابلة للاشتعال فهو لا يحترق ولا ينفجر، وعلى الرغم من غاز الهيدروجين أخف من الهيليوم إلا أنه لا يتم استعماله في ملئ المناطيد وذلك بسبب قابليته للاشتعال، ففي بداية اختراع المناطيد كان يتم ملؤها بالهيدروجين لأنه أخف غاز، لكن انفجر أحد هذه المناطيد بسبب شرارة حدثت في داخله وأدت إلى اشتعال الهيدروجين الموجود في المنطاد وكان ذلك قد تسبب بكارثة كبيرة.
الرئيسية 
البوابة 
