گاز هلیوم

گاز هلیوم یا گاز هلیم : واژه هلیوم (هلیم (Helium) ) از واژه یونانی هلیوس به معنای «خدای  خورشید» گرفته شده‌است که در خورشید گرفتگی سال 1868 بطور همزمان توسط  پیئر جانسن "شیمیدان فرانسوی"  و نورمن لوکئیر "شیمیدان انگلیسی" با مشاهده طیف ناشناخته ای با خط زرد در طیف سنجی نور خورشید کشف شد.
در سال 1895  آبراهام لانگلت و تئودور کلیو شیمیدان سوئدی هلیوم را شناسائی و  از سنگ معدن کلویت که معدن اورانیوم است بدست آوردند.
ادوارد فرانکلن "شیمیست انگلیسی" این عنصر را هلیوس نامگذاری کرد و چون انتظار می رفت فلز باشد به آن پسوند ium- داد. ( بعدها با وجود مشخص شدن این نکته که گاز هلیوم یک عنصری غیر فلزی است اما نام آن تغییر نکرد ).
رادفورد و توماس رویدز در سال 1907 اثبات کردند که ذره های آلفا همان هسته ی هلیوم می باشند . این دو دانشمند با طیف سنجی گاز جمع آوری شده در اثر نفوذ ذره های آلفا در دیواره ی یک شیشه ی خالی به این نتیجه رسیدند.
گاز هلیوم  کوچکترین عضو خانواده گازهای نجیب ( بی اثر) در جدول تناوبی است که با فرمول شیمیایی He و عدد اتمی ۲ نشان داده شده است.
گاز هلیوم دارای وزن اتمی  4.002602 gr/mol است.
گاز هلیوم گازی بی بو، بی رنگ، بی مزه، غیرسمّی و خنثی است .
گاز هلیم از نظر کم واکنش پذی بودن بعد از نئون دومین عنصر کم واکنش محسوب می شود به گونه ای که در همه ی شرایط استاندارد بصورت تک اتمی باقی می ماند .
گاز هلیوم در مقایسه با گازهای تک اتمی از همه کمتر در آب حل می شود و نسبت به گازهای دیگر  یکی از کم حل شدنی ترین گاز ها است.
دمای ذوب و جوش هلیوم در میان دیگر عنصرها بسیار پایین است به همین دلیل در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به صورت گازی است مگر شرایط بسیار ویژه‌ای بر آن گذرانده شود
هلیوم دارای پایین‌ترین نقطه ذوب ( نزدیک به صفر مطلق ) در میان عناصر است و تنها مایعی است که با کاهش دما به جامد تبدیل نمی شود و در فشار استاندارد تا دمای صفر مطلق به حالت مایع باقی می‌ماند ؛ ( تنها با افزایش فشار میی توان آن را به جامد تبدیل نمود. )
در سال 1908 فیزیکدان هلندی هایک موفق شد  با رساندن دمای هلیوم به زیر یک کلوین هلیوم مایع تولید کند اما با توجه به اینکه هلیوم فاقد نقطه ی سه گانه ( دمائی که در آن هر سه فاز جامد ، مایع و گاز با هم در تعادل باشند ) است امکان ایجاد هلیوم جامد با کاهش دما میسر نمی باشد مگر با افزایش فشار که در سال 1926 ویلیام کیزوم با افزایش فشار بر یک سانتی متر مکعب هلیوم آن را به جامد تبدیل کرد.
جرم مولی نسبتا پایین هلیوم سبب شده است که گاز هلیوم از رسانش گرمائی و ظرفیت گرمائی بالائی برخوردار باشد.
هلیوم در حاکت گازی بعد از گاز هیدروژن از بالاترین سرعت صدا برخوردار است

تولید گاز هلیوم ( گاز هلیم )

گاز هلیوم بعد از گاز هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است و بخش عمده ی هلیوم در خارج از جو زمین و در کیهان می باشد بطوری که در هوا کره ی زمین گاز هلیوم بسیار کمیاب است.
واپاشی هسته ای طبیعی در عنصرهای سنگین پرتوزائی مثل اوارنیوم و توریم بخش عمده ی هلیوم موجود در خاک زمین را تشکیل می دهد. بدین صورت که در اثر واپاشی ، ذره های بتا از عنصر تابیده شده و هسته ی هلیوم بدست آمده است . هلیومی که بدین روش بدست می آید آغشته با گاز طبیعی است که می توان به روش تقطیر جزء به جزء گاز هلیوم را خالص سازی کرد.
شایان دکراست " میدان گازی ایالات متحده " یکی از مهمترین منبع تولید گاز هلیوم در جهان است.

بیشترین گاز هلیوم خارج از کره ی زمین در حالت پلاسما می باشد . در حالت پلاسما بر خلاف حالت اتمی دیگر الکترون ها در بند هسته نیستند و حتی اگر تنها بخشی از آن یونی شده باشد، دارای رسانائی الکتریکی بالائی خواهد بود
گاز هلیوم بعنوان یک منبع تجدید ناپذیر می باشد که با آزاد شدن آن در اتمسفر امکان بازیابی آن وجود ندارد.

کاربرد ها ی گاز هلیوم ( گاز هلیم )

1.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان خنک کننده آهن رباهای ابر رساناها ( دستگاه MRI و دستگاه NMR ) و راکتورهای هسته ای
2.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان گاز تخلیه کننده جهت وارد آورن فشار
3.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان بالابرنده ی بالن هاو کشتی های هوائی (برای تبلیغات ، تحقیقات جوی ، شناسایی‌های نظامی و ... )
4.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان لایه محافظ یا پوشش در جوشکاری با قوس الکتریکی
5.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان نشت یاب در ابزارهای فوق العاده حساس
6.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان مکمل برای سوخت موشک های فضاپیما
7.    استفاده از گاز هلیوم بصورت مخلوط با گاز اکسیژن ، گاز نیتروژن و گاهی هم هیدروژن بعنوان کمک کننده برای اکسیژن رسانی بهتر به غواصان در عمق های بالا بویژه در جوشکاری های زیر آب
8.    استفاده از گاز هلیوم بصورت ترکیب با برخی از گازها برای برش های لیزری
9.    استفاده از گاز هلیوم بعنوان یک گاز حامل در دستگاه کروکاتوگرافی گازی
10.     استفاده از گاز هلیوم بعنوان گاز محافظ در کشت بلورهای سیلیسیم و ژرمانیوم

ترکیبات گاز هلیوم ( گاز هلیم )

برای غواصی در عمق های بالا بدلیل اینکه گاز هلیوم به سختی در بافت های عصبی حل می شود و همچنین چگالی پایین هلیوم که تنفس را در اعماق بالا راحت تر می کند ، از ترکیبات هلیوم و اکسیژن استفاده می شود .در عمق های بالاتر از 150 متر ، هیدروژن هم  به ترکیب هلیوم و اکسیژن اضافه می شود.
یکی دیگر از ترکیبات گاز هلیوم مخلوط این گاز با نئون بود  که منجر به ایجاد لیزر با توان کم و پرتوی قرمز رنگ می شد که در دستگاه هائی مثل بارکدخوان و اشاره گر لیزری کاربرد داشت که امروزه با آمدن لیزرهای دیودی استفاده از این لیزرها منسوخ شده است.
ترکیب گاز هلیوم با گاز دی اکسید کربن و نیتروژن بعنوان یک ترکیب فوق العاده پر کاربرد در برش های لیزری می باشد.
یکی دیگر از ترکیب های گاز هلیوم که بسیار پر کاربرد است ترکیب گاز هلیوم با گاز هیدروژن است که بعنوان گاز سوختنی در تست های مربوط به آلایندگی خودروها کاربرد دارد.
ترکیب گاز هلیوم با گازهای سنگین تر مثل زنون ظرفیت گرمائی بالائی دارد که در سردکننده های گرمائی صوتی ( ترمواکوستیک ) کاربرد دارد.

اطلاعات ایمنی گاز هلیوم ( گاز هلیم )

گاز هلیوم گاز بی اثری است و لی در صورت تنفس طولانی مدت و یا نشت این گاز در یک محیط بسته ، به سرعت جایگزین اکسیژن در خون و در نهایت موجب خفگی می شود.
در صورتی که  هلیومی که در کپسول فشرده شده است توسط فرد تنفس شود بدلیل شدت جریان بالا می تواند منجر به پارگی ناگهانی شش ها و فشارزدگی گوش میانی شود. البته تعداد کشته شدگان گزارش شده در اثر پارگی شش ها بسیار کم است.
از تماس مستقیم پوست با هلیوم مایع نیز باید خودداری کرد جون سبب سوختن پوست می شود ( سرمای فوق العاده بالائی در اثر تغییر فاز هلیوم و تبدیل آن به گاز بوجود می آید )

فروش گاز هلیوم ( گاز هلیم )

در حالت گازی هلیوم معمولا در کپسول های 50 لیتری و  فشار 150 تا 200 بار به فروش می رسد.
گاز هلیوم گاز وارداتی است و با  خلوص 99.999% ( گرید 5) ،  99.9999% (گرید 6) و  99.9995% (گرید 5.5) به فروش می رسد.
در حالت مایع هلیوم معمولا در مخازنی که به دوئر یا دوار معروف است ، عرضه می گردد که این مخازن بیشتر در حجم های 200 ، 250 و 400 لیتری موجود می باشند.

استاندارد رنگ سیلندر گاز هلیوم

سیلندرهای گاز هلیوم معمولا یکپارچه به رنگ قهوه ای می باشند ( گاهی سیلندرهائی با گلوئی قهوه ای و بدنه طوسی هم مشاهده می شود )

استاندارد شیر سیلندر گاز هلیوم

گاز هلیوم بدلیل بی اثر بودن دارای شیر راست گرد می باشد .
شیر سیلندرهای گاز هلیوم معمولا BS3 و یا DIN6 است.