لماذا يستخدم غاز الهيليوم في المناطيد
لماذا يستخدم غاز الهيليوم في المناطيد، غاز الهيليوم من الغازات الخاملة وبسبب خموله الكيميائي لا يوجد أبدًا في شكل جزيئات، إنما يبقى دائمًا في صورته الذرية، يوجد في المجموعة ال 18 في الجدول الدوري، يرمز له بالرمز He وعدد الذري 2، وله العديد من الخواص الكيميائية الفيزيائية التي تميزه عن غيره من العناصر، ومن تلك الخصائص أنه عنصر يتميز بخفة الوزن حيث يأتي في المرتبة الثانية بعد الهيدروجين من حيث خفة الوزن، يعد الهيليوم غاز عديم اللون والطعم والرائحة يمتاز بانخفاض درجة غليانه ودرجة تجمده.
المحتويات
عرض
اكتشاف الهيليوم
- منذ 150 عام اكتشف يانسن طيف اصفر بجانب الشمس لكن لم يتمكن من معرفة ماهيته، وفي نفس الوقت اكتشف الفلكي جوزيف نورمان نفس الطيف لكن أطلق عليه اسم فراونهوفرD3.
- اكتشف بعد ذلك لوكير أن هذا الطيف سببه عنصر موجود في الشمس وغير موجود على الأرض الاسم الإغريقي للشمس.
- استطاع العالم البريطاني وليام رامزي أن يقوم بعزل الهيليوم عن طريق معالجة معدن الكليفيت بواسطة الأحماض الأمينية.
- تعد الولايات المتحدة من أكبر الدول استغلالا لغاز الهيليوم، حيث تم الاستفادة منه في الحرب العالمية الأولى في تعبئة المناطيد لخواصه بكونه أخف وزنا من الهيدروجين، وأنه غاز غير قابل للاشتعال وكان أول منطاد عسكري سمي Navy’s C-7 .
- وتم إقلاع المنطاد كأول رحلة تجريبية له من فيرجينيا إلى واشنطن، تم استخدام الهيليوم واستمر استعماله حتى الحرب العالمية الثانية وتم استخدامه في اللحام، ونظرًا لسرعة انتشار الغاز كان يستخدم في الكشف عن التسريبات أثناء تصنيع القنبلة الذرية.
- نظرًا للأهمية الكبرى لغاز الهيليوم والطلب العالمي عليه وقلة إنتاجه وارتفاع سعر إنتاجه عالميًا لذا يستخدم تقنيات لنشر الغاز الطبيعي الخام.
شاهد أيضًا : ما هو لون غاز الكلور
لماذا يستخدم غاز الهيليوم في المناطيد؟
لغاز الهيليوم أهمية كبيرة لما له من استخدامات عديدة ومنها:
- يستخدم غاز الهيليوم في عمل المناطيد وذلك يرجع لخفة وزنه مما يجعل المنطاد قادر على الارتفاع بسهولة، كما يستخدم في تعبئة البالونات بكافة أنواعها التي يرغب في جعلها مرتفعة في الهواء.
- يستخدم في صناعة اسطوانات التنفس الخاصة بالغواصين.
- كما لها أهمية كبرى حيث تستعملها وكالة ناسا الفضائية في عمليات التنظيف الخاصة بمحركات بعد الصواريخ والمركبات الفضائية.
- يستخدم في المجال الطبي خاصة في عمل الأشعة والتصوير بالرنين المغناطيسي حيث يستخدم في تقنيات التبريد.
- يعمل كعامل تبريد لبعض أدوات وأجهزة المفاعلات النووية.
- يستخدم في عدة صناعات أخرى كصناعة الليزر وكشف التسرب في الحاويات كما يدخل في صناعة رقائق السليكون.
- استطاع الإنسان استخدامه أيضًا لتغيير طبقات صوته وذلك عن طريق استنشاقه إلا أن هذه الطريقة أثبتت خطورتها على صحة الإنسان.
- يعمل على حفظ الضغط في مجال الطيران.
- يستخدم في منع الصدأ.
- يستعمل طبياً في علاج بعض الأشخاص المصابين بالربو وذلك عن طريق مزجه الأوكسجين واستخدامه في جلسات التنفس وتسهيل عملية التنفس.
- عند مزج غاز الهيليوم مع غاز أثقل منه مثل الزيتون يتم استعماله في المحركات المستخدمة في التبريد مثل المحركات الصوتية الحرارية.
- يستخدم الهيليوم في تحديد عمر النيازك والصخور وذلك بتحديد كمية الهيليوم داخلها.
شاهد أيضًا : ما هي أهمية غاز الأوزون
أضرار استنشاق غاز الهيليوم على الإنسان
- لغاز الهيليوم أضرار جسيمة على صحة الإنسان عند استنشاقه مباشرة، حيث يصاب الإنسان أضرار جسيمة في الرئتين، حيث تتعرض الحويصلات الهوائية للانفجار وتآكل القصبة الهوائية كما المبالغة في استنشاقه قد يؤدي إلى الوفاة مباشرة نتيجة للاختناق.
- يستخدم بعض الأشخاص للدخول في حالة من الاسترخاء والسعادة وانفصاله عما حوله، حيث يدخله في حالة أشبه بتناول بحالة تناول المواد المخدرة وتعد هذه من أخطر الوسائل التي يتعرض لها الإنسان، حيث تتسبب في أضرار جسيمة لأعضاء الجسم المختلفة وأولها الرئتين والحبال الصوتية وانتهاء بالمخ وفي النهاية يؤدي لوفاة الشخص.
غاز الهيليوم في الطبيعة
- يعد الهيليوم من أكثر العناصر وفرة في الطبيعة حيث تبلغ نسبة المقارنة بباقي العناصر ب 24%، إلا أنه يعد نادر الوجود وذلك لأن نسبة تواجده في الغلاف الجوي 5.2 جزء من المليون.
- يوجد للهيليوم عدة نظائر ومن أكثر نظائر الهيليوم تواجدًا على الأرض غاز هيليوم 4، حيث يتكون من بروتنين ونيوترونيناثنين كما نستطيع الحصول على غاز الهيليوم في الطبيعة من حقول الغاز الطبيعي، حيث يوجد في حقول الغاز بنسبة 7% حجمًا.
- نستطيع استخراج الهيليوم من حقول الغاز الطبيعي عن طريق التقطير التجزيئي الهيليوم، قابل للنفاذ وذلك لأنه يتسرب إلى الفضاء حيث لديه سرعة إفلات عالية.
شاهد أيضًا : ما هي استخدامات غاز الهيليوم
حالات الهيليوم
- يوجد الهيليوم في الطبيعة في الحلة الغازية ويتميز بانخفاض درجة انصهاره، حيث عند انخفاض درجة الحرارة يتحول للحالة السائلة، للحصول على الحالة الصلبة يجب تعرض الهيليوم لضغط مرتفع يصل نحو 2.5 ميجا باسكال متزامنًا مع الانخفاض الشديد لدرجة الحرارة.
- في حالة الحصول على الهيليوم في الصورة الصلبة يتشكل في هيئة بلورات إلا أنه يصعب فصل الهيليوم الصلب عن الهيليوم السائل بصريًا.
الخواص الكيميائية للهيليوم
- الهيليوم من الغازات الخاملة يعد من أقل العناصر في النشاط الكيميائي لذا لا يشترك الهيليوم في أي تفاعلات كيميائية في الظروف العادية، الهيليوم يوجد في معظم حالاته أحادي الذرة كما يتميز بأنه شحيح الذوبان في الماء حيث يعد أقل غاز انحلالية.
المركبات الكيميائية للهيليوم
- لا يشترك الهيليوم في تكوين مركبات كيميائية في درجة الحرارة والضغط العادية، ولذلك إذا تم تعرضه لدرجات معينة من الضغط الجوي أو إنه تم قذف الإلكتروني لذرة الهيليوم، وذلك يمكنه تكوين مركبات كيميائية ولكنها تبقى غير مستقرة وتتحول لشكل آخر وتعرف هذه المركبات باسم إكسايمر أو الثنائيات المثارة.
نظائر الهيليوم
- هناك العديد من نظائر غاز الهيليوم ويبلغ عددها 9 نظائر، هيليوم 4 هيليوم 3 هي النظائر المستقرة، وهيليوم 4 يوجد في الطبيعة بوفرة أما هيليوم 3 فيوجد بنسبة 1 إلى مليون ذرة هيليوم 4، تستخدم النظائر في تحديد عمر الصخور ومعرفة نشأتها داخل الغلاف الصخري.
كيفية إنتاج هيليوم 4 في الأرض
- نتيجة لاضمحلال وتحطيم العناصر المشعة تنتج جسيمات الفا، والجسيمات ما هي إلا نواه هيليوم، نظائر هيليوم 4 تمتاز بأنها أكثر النظائر استقرارًا.
تحضير غاز الهيليوم منزليًا
- يمكن تحضير غاز الهيليوم في المنزل بطريقتين إحداهما من البوتاس والثانية من مزج بيكربونات الصوديوم مع الخل.
أولاً طريقة تحضير الهيليوم من البوتاس
- الأدوات المطلوبة لتحضير الهيليوم كمية من المادة الكاوية البوتاس ومجموعة من أوراق الألومنيوم وماء زجاجة ذات فوهة ضيقة لمنع تسرب الغاز.
الخطوات
- يصب نصف لتر من الماء في الزجاجة ثم تضاف إليه ملعقتان كبيرتان من البوتاس، تسقط مجموعة أوراق الألومنيوم تباعًا داخل الزجاجة، تغلق الزجاجة جيداً وننتظر بداية التفاعل بين البوتاس وأوراق الألومنيوم ونلاحظ تصاعد غاز الهيليوم.
ثانيًا طريقة تحضير الهيليوم من بيكربونات الصوديوم
- الأدوات المطلوبة لهذه الطريقة بيكربونات الصوديوم وخل وزجاجة ومجموعة من البالونات لتعبئة الهيليوم داخلها.
الخطوات
- تملأ ثلث الزجاجة بالخل ثم يضاف ملعقة كبيرة من بيكربونات الصوديوم
- إلى أحد البلوناتثم تثبت البالون على فوهة الزجاجة مع السماح بسكب البيكربونات الموجود داخلها إلى داخل الزجاجة الممتلئة بالخل، ومن ثم يبدأ التفاعل ما بين الخل وبيكربونات الصوديوم، نلاحظ بدأ البالون في الانتفاخ بغاز الهيليوم.
شاهد أيضًا : ما هو مصدر غاز CO2 وأهميته
تحذيرات عند استخدام الهيليوم
- عند استخدام غاز الهيليوم يجب الحرص والحذر وأن يكون تحت إشراف أشخاص مختصين هذا المجال، وعلى علم بطبيعة غاز الهيليوم واستخداماته وأضراره وجرعته والإجراءات التي يجب اتخاذها عند التعرض للغاز.
- كما يجب الحرص عند تخزين اسطوانات غاز الهيليوم المضغوطة، بحيث لا تزيد درجة حرارة الاسطوانة عن 52 درجة مئوية.
وفي نهاية مقالنا اليوم نرجو أن نكون قد أفدناكم وقدمنا لكم موضوعًا شاملًا ومفيدًا عن لماذا يستخدم غاز الهيليوم في المناطيد، وتابعوا موقعنا المميز ملزمتي لتجدوا كل ما هو مفيد.