Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Miks on heelium maailmale oluline?
- Milleks heeliumi kasutatakse?
- Kust leitakse heelium igapäevaelus?
- Kas heelium on plahvatusohtlik gaas?
- Millised on heeliumi sissehingamise tagajärjed?
Heelium on väärisgaasina tuntud element. See on värvitu ja lõhnatu ning on levinud kogu universumis. Võib-olla teate heeliumi kohta heeliumi õhupallidest, mis hõljuvad. Elemendi heeliumil on palju rohkem kasutusvõimalusi kui peopallides. Seda kasutatakse ka autode turvapatjades, kõrgtehnoloogilistes seadmetes, meditsiiniseadmetes ja lennukites. Heelium on jätkuvalt moodsa elu peamine komponent, isegi kui te seda otseselt ei näe.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Heelium on universumi suuruselt teine element. Ehkki te ei näe ega lõhna, on heelium paljudes igapäevastes rakendustes, tehnoloogias, meditsiinis ja isegi autodes.
Miks on heelium maailmale oluline?
Heliumi tähtsuse mõistmiseks kogu maailmas aitab see rohkem teada saada elementide omadustest. Lisaks on ülioluline õppida tundma selle ajalugu ja seda, kuidas varustamisküsimused kajastuvad tänapäeva elus.
Heelium on element, mis eksisteerib gaasilisel kujul. Selle aatomisümbol on "Ta" ja selle aatomnumber on perioodiliste tabelite number 2. Heeliumi sulamistemperatuur on madalaim kõigist elementidest ja selle keemistemperatuur on -452 kraadi Fahrenheiti järgi. Ainult heelium võib jääda vedelaks ka siis, kui selle temperatuuri alandatakse. Tahkub ainult äärmisel rõhul. Need omadused muudavad heeliumi asendamatuks teatud uuemate tehnoloogiate, näiteks ülijuhtivate materjalide jaoks.
Elemendi heelium on vesiniku poolest arvukuselt universumis teisel kohal. Heelium eksisteerib igas tähes ja seda on kõige ohtralt kõige kuumemates tähtedes. Seda toodetakse tähtede tuumasünteesi reaktsioonides. Tegelikult avastati heelium kõigepealt meie enda tähte, päikest, uurides. Heelium on levinud päikese käes; see on oluline element ja seetõttu oluline kogu maailmale.
Heeliumi avastati alles 18. augustil 1868. Prantsuse astrofüüsik nimega Pierre Jules Cesar Janssen kasutas kerget lainepikkust vaatlemiseks uut astronoomilist seadet, mida nimetatakse spektroskoobiks. Spektroskoop kuvab spektrid või valguse lainepikkused värviribadena. Varjatud spektroskoobiga päikest jälgides leidis Janssen erekollase joone kujul päikesevalgusest lainepikkuse, mis ei vastanud ühelegi teisele Maa peal leiduvale elemendile. Janssen taipas, et on avastanud uue elemendi. Teine astronoom, inglane Norman Lockyer, tegi seda tähelepanekut ka päikest vaadates. Mõlemad olid täheldanud heeliumi elementi, mille Lockyer nimetas Kreeka päikesesõna järgi. Lõpuks, 1882. aastal, avastati heelium tegelikult Maa peal Vesuuvuse mäestiku laavas, kui füüsik Luigi Palmieri leidis laava analüüsimisel erkkollased spektrid. Hiljem viis William Ramsay läbi katsed, mis tõestasid heeliumi olemasolu Maal; ta leidis, et kui elemendi raadium laguneb, moodustas see heeliumi. Per Teodor Cleve ja Nils Abraham Langer võtsid 1895. aastal kasutusele heeliumi aatommassi.
Heeliumi uurimine aitab teadlastel paremini mõista mitte ainult Maad, vaid ka teisi planeete. Päikesesüsteemis avastasid teadlased hiiglaslike gaasiplaneetide Jupiteri ja Saturni atmosfääris heeliumi. Saturnil langeb atmosfääri äärmise temperatuuri ja rõhu keskkonnas omamoodi heelium vihm, mis on segatud vedela vesinikuga. Teadlaste arvates langeb see heeliumi “vihm” planeedi tuuma. Selle vabastamata gravitatsiooniline potentsiaalne energia võib olla see, mis paneb Saturni nii eredalt särama - funktsioon, mis on teadlasi aastaid hämmingus.
Aja jooksul õppisid teadlased rohkem heeliumi omaduste kohta. Heeliumi kirjelduse kohaselt on see värvitu ja lõhnatu ning õhust kergem. Seetõttu hõljuvad heeliumiga täidetud õhupallid ja heelium ei lahustu vees eriti hästi. Elemendi inertsed omadused esinevad heeliumi kirjelduses sageli. Ajalooliselt peetud keemiliselt inertseks, see ei reageeri muude elementidega. Heelium ei taha oma kahest elektronist loobuda; see püsib oma elektronkestaga stabiilsena. Seetõttu liigitatakse heelium perioodilisustabelil olevate neoon-, argooni-, radooni- ja muude väärisgaaside hulka üheks väärisgaasiks.
Hiljuti avastasid teadlased, et heelium pole täiesti inertne, nagu kord arvati.Heliumi ja naatriumi elementidest valmistatud kristallide avastamisel leidsid teadlased, et heelium saab kombineerida teiste aatomitega, samal ajal oma elektrone mitte jagades - ehk teisisõnu, see ühendab teiste aatomitega, kuid ei moodusta protsessis keemilisi sidemeid. Selle asemel kaitseb see positiivselt laetud aatomeid üksteisest ja võitleb tõrjejõuga, mis neid tavaliselt lahutab. Äärmusliku rõhu all, nagu see võib olla Maa tuumas, suruvad heelium ja vesinik kokku stabiilseid ühendeid. Teadlased võivad avastada elemendi heeliumi põnevamaid aspekte ja seda, kas seda on ikkagi võimalik pidada tõeliselt inertseks või kas see võib ekstreemsetes keskkondades tõepoolest moodustada stabiilseid ühendeid.
Atmosfääris on heelium kontsentreeritud ainult umbes 1 osas 200 000-st. Heeliumi õhust eraldamine ei ole otstarbekas, kuluefektiivne ega tõhus, nii et inimesed ei saa heeliumi. Selle asemel toodetakse heelium maagaasist. Lisandid, nagu vesi, sulfiidid ja süsinikdioksiidid, tuleb kõigepealt eemaldada ja saadud puhastatud heelium, mis sisaldab endiselt muid elemente nagu argoon, neoon, vesinik ja lämmastik, puhastatakse kõrgel rõhul. Seejärel toorprodukt jahutatakse ülitäpselt. Argoon ja lämmastik vedelduvad ning lõpuks aurustub lämmastik. Heelium eraldub neoonist, lämmastikust ja vesinikust. Täiendav filtreerimine aktiivsöega eemaldab muud gaasid.
Heeliumi võib leida mõnedest maagaasimaardlatest kogu maailmas. Seda pole aga kõigis maagaasimaardlates. Ameerika Ühendriikides ekstraheeritakse heeliumi Kansase, Oklahoma ja Texase kaevudest. Ainuüksi Texases asub föderaalne heeliumireserv, mis on USA peamine varustus. See varustus on aja jooksul siiski kahanenud. Suur heeliumi lade on ka Tansaanias. Nüüd on maailmas vaid 14 taime, mis rafineerivad heeliumi. Heeliumi leidub ka lagunevates radioaktiivsetes mineraalides. See on looduslikult valmistatud berülliumi ja liitiumi kosmilistest ja röntgenpommidest.
Heliumi pakkumise vähenemine on muutunud oluliseks probleemiks. Moodsa tehnoloogia sõltuvus heeliumist on suurenenud ja pakkumine vähenenud. Teadlased töötavad selle nimel, et heeliumi tootmine oleks tõhusam ja jätkusuutlikum. Sellised uudsed meetodid nagu heeliumi ringlussevõtt ja veeldamine võivad toimida vähesel määral, mis on teadlastele abiks. See aitab vähendada heeliumi maksumust, kuna selle pakkumine väheneb.
Heeliumi avastamine on viinud paljude suurepäraste uuendusteni. Lõpuks ilmnevad heeliumi mitmed kasutusviisid. Kaasaegses elus on heeliumi tähtsus tehnika, meditsiini ja teaduse valdkonnas.
Milleks heeliumi kasutatakse?
Heeliumi on palju kasutusi. Muidugi kasutatakse seda pidude õhupallide täitmiseks, mis rõõmustavad lapsi ja täiskasvanuid kogu maailmas. Pärast seda, kui vesinik leiti olevat väga reaktiivne, asendas õhulaev vesinikku heeliumiga. Heeliumi kasutatakse meditsiinis, teadusuuringuteks, kaarkeevitamiseks, jahutamiseks, lennukite gaasiks, tuumareaktorite jahutusvedelikuks, krüogeenseteks uuringuteks ja gaasilekete tuvastamiseks. Seda kasutatakse selle jahutusomaduste tõttu, kuna selle keemistemperatuur on absoluutse nulli lähedal. See muudab selle ülijuhtides kasutamiseks atraktiivseks. Heeliumi kasutatakse ka rakettide ja muude kosmoselaevade survestamiseks. Seda kasutatakse ka soojusülekandevahendina.
Meditsiinis kasutatakse mõnikord heeliumi patsientide abistamiseks kopsuprobleemidega, nagu hingamisteede obstruktsioon, astma ja KOK. Heelium võimaldab paremini gaasi tungida kopsude distaalsetesse alveoolidesse, seetõttu kasutatakse seda kopsuventilatsiooniks, kui see on meditsiiniliselt vajalik. Heeliumi kasutatakse ka kopsufunktsiooni testimiseks. Heeliumi kasutatakse süsinikmonooksiidi asemel ka mõnes laparoskoopilises operatsioonis. Kujutise märgistamiseks kasutatakse mõnikord heeliumi. Mõnikord kasutatakse heeliumi avatud südameoperatsioonidel, segatakse hapnikuga ja kasutatakse kopsude uduna. Heeliumi kasutatakse ka ülijuhtivate magnetide jahutamiseks MRI-skannerites. Kiirgusmonitorid kasutavad ka heeliumi.
Kas teadsite, et heelium on sukeldujate jaoks oluline? Heelium asendab sukelduvates gaasisegudes lämmastikku, nii et sukeldujad saavad vee all sügavamale minna ilma kesknärvisüsteemi negatiivsete mõjudeta. Ilma selle seguta võivad sukeldujad kannatada surve all, mida nimetatakse seisundiks “kurvid”.
Heeliumi on teaduslikult palju kasutatud. Suur hadronite põrkumismasin kasutab jahutamiseks heeliumi. Heeliumi kasutati Higgsi bosoni avastamiseks, mis oli oluline läbimurre füüsikas. Seda kasutatakse tuumamagnetresonantsspektromeetrites. Ülijuhid saavad töötada ainult siis, kui neid ümbritseb heeliumi äärmuslik külm ning heeliumi on kosmosetööstuses kasutatud satelliitinstrumentide jahutamiseks ja kosmoselaevade kütusejahutusvedelikuks. Meteoroloogid kasutavad ilmavaatluste jaoks heeliumiga täidetud õhupalle. Skaneerivad elektronmikroskoobid kasutavad pildi paremaks eraldamiseks mõnikord heeliumi.
Heeliumil on oluline roll ka sõidukite ohutuses. Seda kasutatakse turvapadjade täitmiseks, kui sõiduk jookseb kokku.
Heeliumi hoitakse ja veetakse vedelal kujul ning see on äärmiselt külm. Reaktsioonivõime puudumine muudab selle ideaalseks kaitsekeskkonna jaoks. Ärge kunagi käsitsege heeliumi otse. See on nii uskumatult külm, et võib põhjustada ohtlikke külmakahjustusi.
Kust leitakse heelium igapäevaelus?
Igapäevases elus kasutatavat heeliumi leiate mitmesugustest vormidest. Seda kasutatakse tõsteainena, peopallides, sukeldumissegudes ja optilistes kiududes. Keevitajad kasutavad ehituses kaarkeevitusel heeliumi. Arstid ja kirurgid kasutavad kopsu- ja südameprotseduuridega patsientide abistamiseks heeliumi. Kui külastate toidupoodi ja teie toidukaubad on skannitud, jälgite tõenäoliselt heelium-neoonlaserit. Kui näete kunagi pea kohal purjetamas, võite olla kindel, et heelium hoiab seda kõrgel. Vaadake, kas näete heeliumi kasutamist igapäevaelus oma päeva kulgedes.
Kas heelium on plahvatusohtlik gaas?
Heelium ei ole plahvatusohtlik gaas. See on klassifitseeritud mittepõlevaks, mis tähendab, et heelium ei saa põletada. Vedelal kujul on see äärmiselt külm, nii külm, et külmutab teisi gaase. Kuid kui selle mahuti puutub kokku kuumusega, võib konteiner ise lõhkeda. Veeldatud heelium võib vette pannes ägedalt keeda ja see võib põhjustada mahutites suurt rõhku, suurendades ohtu, et mahutid võivad rõhust plahvatada. Kuid üksi heelium ei plahvata.
Millised on heeliumi sissehingamise tagajärjed?
Võib-olla olete kuulnud kellegi humoorikat heli, kui keegi õhupallist natuke heeliumi hingab. Hingav heelium muudab inimese hääle helikõrgust, muutes selle palju kõrgemaks, kriuksuvaks ja koomiksiks. Selle tegemise probleem on see, et õhupallist heeliumi sisse hingates ei hinga te õhku. Inimkehad peavad korralikult toimima hingama õhku ja ajus ja kehas hapnikku saama seal, kus seda vaja on. Isegi väikese koguse heeliumi sisse hingamine võib põhjustada pearinglust. Kuid see võib põhjustada ka teadvuse kaotuse ja lämbumist. Heliumi pidev hingamine võib põhjustada isegi anoksia surma, mis tähendab hapniku nälga kehast.