Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Miksi heliumi on tärkeä maailmalle?
- Mihin heliumia käytetään?
- Mistä heliumia löytyy jokapäiväisessä elämässä?
- Onko helium räjähtävä kaasu?
- Mitkä ovat heliumin hengittämisen seuraukset?
Helium on jalokaasuna tunnettu elementti. Se on väritön ja hajuton, ja se on yleinen kaikkialla maailmankaikkeudessa. Saatat tietää heliumista kelluvista heliumipallot. Elementtiheliumilla on kuitenkin paljon enemmän käyttöä kuin juhlapalloja. Sitä käytetään myös auton turvatyynyissä, korkean teknologian laitteissa, lääkinnällisissä laitteissa ja lentokoneissa. Helium on edelleen tärkeä osa nykyaikaista elämää, vaikka et näe sitä suoraan.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Helium on maailmankaikkeuden toiseksi runsas elementti. Vaikka et voi nähdä tai haistaa sitä, heliumia esiintyy monissa jokapäiväisissä käyttökohteissa, tekniikassa, lääketieteessä ja jopa autoissa.
Miksi heliumi on tärkeä maailmalle?
Heliumien merkityksen ymmärtäminen maailmalle auttaa oppimaan lisää elementtien ominaisuuksista. Lisäksi on tärkeää oppia sen historiasta ja siitä, kuinka sen hankintakysymykset ovat osa nykyajan elämää.
Helium on alkuaine, joka esiintyy kaasumuodossa. Sen atomisymboli on ”Hän” ja sen atominumero on 2 jaksollisessa taulukossa. Heliumin sulamispiste on alhaisin kaikista alkuaineista, ja sen kiehumispiste on -452 astetta Fahrenheit. Vain helium voi jäädä nestemäiseksi, vaikka sen lämpötilaa alennettaisiin. Se jähmettyy vain äärimmäisessä paineessa. Nämä ominaisuudet tekevät heliumista välttämättömän tietyille uudemmille tekniikoille, kuten suprajohtaville materiaaleille.
Elementtiheliumi on toisinaan vetyä runsaudellaan maailmankaikkeudessa. Heliumia on jokaisessa tähdissä, ja sitä on runsaasti kuumimmissa tähdissä. Se tuotetaan tähteiden ydinfuusioreaktioissa. Itse asiassa helium löydettiin ensin tutkiessaan omaa tähtiä, aurinkoa. Helium on yleinen auringossa; se on olennainen osa ja siksi tärkeä koko maailmalle.
Heliumia löydettiin vasta 18. elokuuta 1868. Ranskalainen astrofysiikko nimeltä Pierre Jules Cesar Janssen käytti uutta tähtitieteellistä laitetta, nimeltään spektroskooppia, havaitakseen valon aallonpituudet. Spektroskooppi näytti spektrit tai valon aallonpituudet värikaistoina. Tarkkaillessaan pimennettyä aurinkoa spektroskoopilla Janssen löysi auringonvalossa aallonpituuden, joka ei vastannut mitään muuta maapallolla vielä löydettyä elementtiä, kirkkaan keltaisen viivan muodossa. Janssen tajusi löytäneensä uuden elementin. Toinen tähtitieteilijä, englantilainen Norman Lockyer, teki myös tämän havainnon katsellessaan aurinkoa. Molemmat olivat havainneet alkuaineheliumin, jonka Lockyer nimitti kreikkalaisen aurinko-sanan mukaan. Lopulta, vuonna 1882, heliumi löydettiin tosiasiassa maan päältä Vesuvius-vuoren laavasta, kun fyysikko Luigi Palmieri löysi kirkkaan keltaiset spektrit analysoidessaan laavaa. Myöhemmin William Ramsay teki kokeita, jotka osoittivat heeliumin olevan olemassa maan päällä; hän huomasi, että kun elementtiradium rappeutui, se tuotti heliumia. Per Teodor Cleve ja Nils Abraham Langer puhdistaisivat vuonna 1895 heliumin atomipainon.
Heliumin opiskelu auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin paitsi Maata, myös muita planeettoja. Aurinkojärjestelmässä tutkijat löysivät heliumin jättiläisillä kaasuplaneetoilla Jupiterilla ja Saturnuksella. Saturnuksessa eräänlainen heliumissade sekoitettuna nestemäiseen vetyyn, joutuu ilmakehään äärimmäisissä lämpötiloissa ja paineissa. Tutkijoiden mielestä tämä heliumisade putoaa planeetan ytimeen. Sen vapauttamaton gravitaatiopotentiaalienergia saattaa olla Saturnuksen loistava niin kirkkaasti, ominaisuus, joka on hämmentänyt tutkijoita vuosia.
Ajan myötä tutkijat oppivat lisää heliumin ominaisuuksista. Heliumin kuvaus on, että se on väritön ja hajuton sekä ilmaa kevyempi. Siksi heliumilla täytetyt ilmapallot kelluvat, ja helium ei liukene kovinkaan veteen. Elementin inertit ominaisuudet esiintyvät usein heliumin kuvauksessa. Historiallisesti pidetään kemiallisesti inerttinä, sillä ei yleensä ole reaktiota muiden elementtien kanssa. Helium ei halua luopua kahdesta elektronistaan; se pysyy vakaana elektronikuorensa kanssa. Tämän vuoksi helium luokitellaan yhdeksi jalokaasuiksi yhdessä neon, argonin, radonin ja muiden jaksollisen taulukon jalokaasujen kanssa.
Äskettäin tutkijat havaitsivat, että helium ei ole täysin inertti, kuten kerran ajateltiin.Tutkiessaan helium- ja natriumelementeistä valmistettuja kiteitä tutkijat havaitsivat, että helium voi yhdistyä muiden atomien kanssa, samalla kun se ei jaa elektronejaan - toisin sanoen, se yhdistyy muiden atomien kanssa, mutta ei muodosta kemiallisia sidoksia prosessissa. Sen sijaan se suojaa positiivisesti varautuneita atomeja toisiltaan ja laskee karkotusvoiman, joka yleensä työntää ne toisistaan. Äärimmäisen paineen alaisena, kuten maapallon ytimessä, heliumi ja vety puristuvat ja muodostavat stabiileja yhdisteitä. Tutkijat voivat löytää elementtiheliumin mielenkiintoisempia puolia, ja voidaanko sitä silti pitää todella inerttinä vai pystyykö se todella muodostamaan pysyviä yhdisteitä äärimmäisissä ympäristöissä.
Ilmakehässä helium on keskittynyt vain noin 1 osaan 200 000: sta. Heliumin poisto ilmasta ei ole käytännöllistä, kustannustehokasta tai tehokasta, joten ihmiset eivät saa heliumia. Sen sijaan helium tuotetaan maakaasusta. Epäpuhtaudet, kuten vesi, sulfidit ja hiilidioksidit, on ensin poistettava, ja sitten syntyvä raaka helium, joka sisältää edelleen muita alkuaineita, kuten argonia, neonia, vetyä ja typpeä, puhdistetaan korkeissa paineissa. Tämä raakatuote jäähdytetään sitten. Argon ja typpi nesteytetään ja lopulta typpi haihtuu. Helium erottuu neonista, typestä ja vedystä. Lisäsuodatus aktiivihiilellä poistaa muut kaasut.
Heliumia löytyy joistakin maakaasuvarastoista ympäri maailmaa. Sitä ei kuitenkaan ole kaikissa maakaasuvarastoissa. Yhdysvalloissa heliumia uutetaan Kansasin, Oklahoman ja Texasin kaivoista. Pelkästään Texasissa on Yhdysvaltain päätarjonta Federal Helium Reserve. Tämä tarjonta on kuitenkin ajan myötä heikentymässä. Tansaniassa on myös suuri määrä heliumia. Nykyään maailmassa on vain 14 kasvia, jotka puhdistavat heliumia. Heliumia esiintyy myös hajoavissa radioaktiivisissa mineraaleissa. Se on luonnollisesti valmistettu berylliumin ja litiumin kosmisista ja röntgenpommituksista.
Heliumin tarjonnan supistumisesta on tullut tärkeä aihe. Riippuvuus heliumista modernissa tekniikassa on lisääntynyt, ja tarjonta väheni sen seurauksena. Tutkijat pyrkivät tekemään heliumin tuotannosta tehokkaampaa ja kestävämpää. Uudet menetelmät, kuten heliumin kierrätys ja nesteyttäminen, saattavat toimia pienessä mittakaavassa, mikä voi auttaa tutkijoita. Tämä voi auttaa vähentämään heliumin kustannuksia, kun sen tarjonta vähenee.
Heliumin löytäminen on johtanut moniin suuriin innovaatioihin. Loppujen lopuksi heeliumia ilmenisi monin tavoin. Modernissa elämässä heliumin merkitys on valtava tekniikan, lääketieteen ja tutkimuksen alueilla.
Mihin heliumia käytetään?
Heliumia on monia käyttötapoja. Tietysti sitä käytetään täyttämään juhlapalloja, jotka ilahduttavat lapsia ja aikuisia ympäri maailmaa. Helium korvasi vedyn ilmalaivoissa, kun vedyn todettiin olevan erittäin reaktiivinen. Heliumia käytetään lääketieteessä, tieteellisessä tutkimuksessa, valokaarihitsauksessa, jäähdytyksessä, kaasu lentokoneissa, jäähdytysneste ydinreaktoreissa, kryogeeninen tutkimus ja kaasuvuotojen havaitseminen. Sitä käytetään sen jäähdytysominaisuuksien vuoksi, koska sen kiehumispiste on lähellä absoluuttista nollaa. Tämä tekee siitä houkuttelevan käytettäväksi suprajohteissa. Heliumia käytetään myös rakettien ja muiden avaruusalusten paineistamiseen. Sitä käytetään myös lämmönsiirtoaineena.
Lääketieteessä toisinaan heliumia käytetään auttamaan potilaita, joilla on keuhkosairaus, kuten tukkeutuneet hengitysteet, astma ja keuhkoahtaumatauti. Helium mahdollistaa paremman kaasun tunkeutumisen keuhkojen distaalisiin alveoleihin, joten sitä käytetään keuhkojen tuuletukseen, kun se on lääketieteellisesti tarpeen. Heliumia käytetään myös keuhkojen toiminnan testaamiseen. Heliumia käytetään myös joissain laparoskooppisissa leikkauksissa hiilimonoksidin sijasta. Heliumia käytetään joskus kuvantamisen etikettinä. Joskus heliumia käytetään avoimen sydämen leikkauksissa, sekoitetaan hapen kanssa ja käytetään keuhkojen sumuna. Heliumia käytetään myös jäähdyttämään suprajohtavat magneetit MRI-skannerissa. Säteilymittarit käyttävät myös heliumia.
Tiesitkö, että helium on tärkeä sukeltajille? Helium korvaa typen sukelluskaasuseoksissa, jotta sukeltajat voivat mennä syvemmälle veden alla ilman kielteisiä keskushermostovaikutuksia. Ilman tätä seosta sukeltajat saattavat kärsiä painevaikutuksista, joita kutsutaan ”mutkiksi”.
Heliumia on olemassa lukuisia tieteellisiä käyttötarkoituksia. Suuri Hadron-kolarilaite käyttää heliumia jäähdytystarkoituksiin. Heliumia käytettiin löytämään Higgsin bosoni, merkittävä läpimurto fysiikassa. Sitä käytetään ydinmagneettisen resonanssispektrometrissä. Suprajohteet voivat toimia vain, jos heliumin ympärillä on äärimmäistä kylmää, ja heliumia on käytetty avaruusteollisuudessa satelliittimittarien ja avaruusalusten polttoaineen jäähdytysnesteen jäähdyttämiseen. Meteorologit käyttävät säähavaintoihin heliumilla täytettyjä ilmapalloja. Skannaavat elektronimikroskoopit käyttävät toisinaan heliumia kuvan tarkkuuden parantamiseksi.
Heliumilla on myös tärkeä rooli ajoneuvojen turvallisuudessa. Sitä käytetään turvatyynyjen täyttämiseen, jos ajoneuvo kaatuu.
Heliumia varastoidaan ja kuljetetaan nestemäisessä muodossa, ja se on erittäin kylmä. Reaktiivisuuden puute tekee siitä ihanteellisen suojaympäristöihin. Älä koskaan käsittele heliumia suoraan. Se on niin uskomattoman kylmä, että se voi aiheuttaa vaarallisen paleltumisen.
Mistä heliumia löytyy jokapäiväisessä elämässä?
Löydät jokapäiväisessä elämässä käytetyn heliumin eri muodoissa. Sitä käytetään nostoaineena juhlapalloissa, sukellusseoksissa ja optisissa kuiduissa. Hitsaajat käyttävät heliumia hitsauskaareihin rakennuksessa. Lääkärit ja kirurgit käyttävät heliumia keuhko- ja sydäntoimenpiteiden potilaiden auttamiseen. Kun vierailet ruokakaupassa ja päivittäistavarasi skannataan, havaitset todennäköisesti helium-neonlasereita. Jos näet koskaan räjähtävän purjehduksen yläpuolella, voit olla varma, että helium pitää sitä korkealla. Katso, voitko havaita heliumin käytön jokapäiväisessä elämässä päiväsi aikana.
Onko helium räjähtävä kaasu?
Helium ei ole räjähtävä kaasu. Se luokitellaan palamattomaksi, mikä tarkoittaa, että helium ei voi palaa. Nestemäisessä muodossa se on erittäin kylmä, niin kylmä, että se jäätyy muita kaasuja. Kuitenkin, jos sen säiliö altistuu kuumuudelle, säiliö itse voi räjähtää. Nesteytetty helium voi kiehua voimakkaasti veteen asetettaessa, ja tämä voi johtaa suureen paineeseen säiliöiden sisällä, mikä lisää riskiä, että astiat voivat räjähtää paineesta. Mutta yksinään, helium ei räjähtää.
Mitkä ovat heliumin hengittämisen seuraukset?
Olet ehkä kuullut jonkun humoristisen äänen, joka hengittää vähän heliumia ilmapalloista. Hengittävä helium muuttaa ihmisen äänen sävelkorkeutta, jolloin se on paljon korkeampi, piikikäyvä ja sarjakuvamainen. Tämän tekemisen ongelmana on, että hengittäessäsi heliumia ilmapalloista, et hengitä ilmaa. Ihmiskehojen on hengitettävä ilmaa toimiakseen kunnolla ja saadakseen happea tarvittaessa aivoihin ja vartaloon. Jopa pienen määrän heliumin hengittäminen voi aiheuttaa huimausta. Mutta se voi myös aiheuttaa tajunnan menetyksen ja aiheuttaa tukehtumisen. Jatkuva heliumin hengittäminen voi johtaa jopa anoksian kuolemaan, mikä tarkoittaa happea nälkään kehosta.