عنصر الهيليوم : تركيبه الذرى وخصائصه وأهميته واستخداماته

فى سلسلة التعرف على العناصر الكيميائية للجدول الدورى فى موقعنا الهندسة نتحدث فى مقالنا هذا عن عنصر مهم جداً وأحد الغازات النبيلة الأكثر شيوعاً واستخداماً، نتحدث عن عنصر الهيليوم.

تعريف عنصر الهيليوم

عنصر الهيليوم هو أحد الغازات النبيلة وأولها ترتيباً فى الجدول الدورى ويأخد الرمز (4He)،له العدد الذرى ٢ ووزنه الذرى يساوى ٤,٠٠٢٦ جرام/مول ، وهو أقل العناصر المعروفة فى درجة الغليان وكذلك درجة التجمد. ويعتبر ثانى أخف العناصر بعد الهيدروجين وأيضاً ثانى أكثر العناصر وفرة فى الكون بعد غاز الهيدروجين حيث يشكل ما يقارب ٢٣٪ من كتلة الكون إلا أنه يعتبر من العناصر الشحيحة تواجداً فى الغلاف الجوى، فنسبة وجوده لا تتخطى خمس أجزاء من المليون(٠,٠٠٠٠٠٥٪) من الغازات المكونة للغلاف الجوى،وأيضاً هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة عند الظروف العادية ويعطى وميضاً أرجوانياً فى حالة التفريغ الكهربى،وقد تم اكتشاف الهيليوم على يد العالمان Pierre Jules César Janssen و Joseph Norman Locker سنة ١٨٦٨م.

التركيب الذرى لعنصر الهيليوم

• الهيلوم كما ذكرنا له العدد الذرى ٢ ويتواجد فى الدورة الأولى من الجدول الدورى الحديث حيث يعتلى العناصر النبيلة.
• نواة الهيليوم تحتوى على بروتونين ونيترونين ويدور حولها زوج من الإلكترونات.
• وبسبب خمول الهيليوم فهو غاز أحادى الذرة ولا يكوِّن جزيئات.

وهذا العنصر له تسعة نظائر منها إثنان فقط تعتبر نظائر مستقرة وهما 4He وهو الأكثر وجوداً فى الطبيعة و 3He وهو نادر الوجود، أما باقى النظائر فهى غير مستقرة ولا تتواجد فى الطبيعة.

لماذا يُعد الهيليوم غازاً نبيلاً ؟

بسبب امتلاك هذا العنصر لزوج من الإلكترونات فقط تدور حول النواة فهذا يسبب امتلاء المستوى الرئيسى الأول للطاقة (K) حيث يمتليء بإلكترونين فقط وبذلك تصبح الذرة فى أقصى حالة استقرار لها ويكون من الصعب جداً كسر مستوى الطاقة المكتمل هذا وتحرير الإلكترونات منه فتظل الذرة فى حالة الخمول وعدم النشاط فى الظروف العادية، ولا تنشط للتفاعل إلا تحت ظروف خاصة.

تعريف البوليمرات وأهميتها فى حياتنا

طريقة استخلاص الهيليوم

بالرغم من صغر نسبة وجود الهيليوم فى الهواء الجوى إلا أنه يتم استخلاصه بعدة طرق مختلفة نذكر منها :-

•  إحدى تلك الطرق تكون من الغاز الطبيعي عن طريق إسالة المكونات الأخرى عند درجات حرارة منخفضة وتحت ضغوط عالية.
•  يمكن إنتاجه أيضاً عن طريق امتزاز الغازات الأخرى على سطح الفحم النشط.
•  ويتم إنتاجه أيضاً من إسالة الهواء الجوى.

أهمية غاز الهيليوم واستخداماته

لعل خمول غاز الهيليوم وانخفاض درجات سيلانه وتجمده تسبب فى وجود أهمية كبيرة لهذا الغاز ومن الأمثلة على ذلك:

• يستخدم الهيليوم فى عملية لحام المعادن حيث يكون بمثابة بيئة خاملة حول عملية اللحام، كما يستخدم فى الدفع الصاروخى أو بمعنى أكثر وضوحاً يستخدم فى خزانات الوقود الخاصة بالهيدروجين السائل، ويرجع السبب فى هذا الإستخدام أن الهيليوم هو المادة الوحيدة التى تظل فى حالتها الغازية عند درجة تبريد الهيدروجين.
• وكما هو معروف يستخدم الهيليوم كغاز لرفع البالونات لأن كثافته أقل بكثير من كثافة الهواء الجوى، ويتم استغلال ذلك فى رفع البالونات الخاصة بأجهزة الأرصاد الجوية.
• يستخدم الهيليوم أيضاً فى عملية التبريد لأن الهيليوم المسال يعتبر أبرد مادة على الإطلاق.
• كما يتم مزجه مع الأكسجين فى أنابيب التنفس المستخدمة فى الغوص والغطس وذلك بسبب انخفاض قابليته للذوبان فى مجرى الدم.
• يتم تحليله فى النيازك والصخور كوسيلة لمعرفة تاريخ تلك الأشياء.
• وبما أن الهيليوم هو أكثر المواد خمولاً وأماناً حيث يصعب أن يتفاعل أو يحترق فهو يستخدم فى عملية التتبع للكشف عن تسرب الغاز
• يستخدم أيضاً كوسط خامل فى التفاعلات الكيميائية التى تتم فى الأبحاث العلمية وكذلك أجهزة التحليل والقياس، كما يتم استخدامه كمادة للتبريد فى الأجهزة الطبية والمفاعلات النووية.

مما سبق يتضح لنا مدى أهمية هذا الغاز وبالرغم من كونه عنصر نبيل يصعب تفاعله كيميائياً إلا أنه يستخدم بشكل موسع فى عالم الصناعة، وأبحاث العلماء ما زالت مستمرة حول هذا العنصر، إلى هنا ينتهى مقالنا حول الهيليوم ولكن لم تنتهى رحلتنا للمعرفة لطرح الأسئلة يمكنكم التواصل معنا على جروب الواتساب .