ما هو غاز الهيليوم؟
يُعتبر غاز الهيليوم (بالإنجليزية: Helium Gas) عنصراً كيميائياً أُحادي الذرّة، عديم اللون والرائحة والطعم، وتساوي كتلته الذرية 4.003 وحدة كتلة ذرية، وهو من عناصر مجموعة الغازات النبيلة وهي المجموعة 18 في الجدول الدوري، بالإضافة إلى أنّه ثاني أخف عنصر كيميائي بعد الهيدروجين، ويحتل أيضاً المرتبة الثانية من ناحية أكثر العناصر وفرةً في الكون بعد عنصر الهيدروجين، أمّا عن مكان تواجده فيُعتبر الغاز الطبيعي المصدر الرئيسي لغاز الهيليوم؛ إذ يحتوي على ما نسبته 0.4% من الهيليوم.
خصائص غاز الهيليوم
يمتلئ مدار ذرة الهيليوم الأول بالإلكترونات، ممّا يجعل تفاعله مع العناصر الأخرى شبه مستحيل ضمن الظروف الطبيعية، وإذا نتجت مركبات تكون غير مستقرة بدرجة عالية؛ وذلك يعود لكون غاز الهيليوم من الغازات النبيلة التي يُطلق عليها أيضا اسم الغازات الخاملة ؛ لأنّها غازات غير نشيطة كيميائياً أيّ لا تميل لتكوين روابط كيميائية مع العناصر أو المركبات الأخرى، وهذا ينطبق على غاز الهيليوم.
يُعدّ تحوّل غاز الهيليوم من الحالة الغازية للحالة السائلة صعباً جداً إذ يتمّ ذلك عند درجة حرارة تُساوي -268.9° سيلسيوس، كما أنّ درجات غليانه وتجمّده منخفضة مقارنةً بباقي المواد، بالإضافة إلى أنّ تحويله للحالة الصلبة شبه مستحيل في الظروف الطبيعية، بل يحتاج إلى ظروف تتمثّل بضغط جوي يُساوي 25 ضغط جوي، ودرجة حرارة تساوي -272° سيلسيوس، ويُشار إلى أنّ لزوجة الهيليوم تُساوي صفر تقريباً؛ لذلك فإنّه يمرّ من خلال أصغر وأدق الشقوق ويتسرّب بسهولة من فوّهات الأوعية التي يوضع فيها.
يُعدّ الهيليوم-4 نظيراً شائعاً لغاز الهيليوم، ويُعتقد أنّه ينتج من الجُسيمات المُشعّة الموجودة في الصخور والتي يُطلق إشعاعها جُسيمات ألفا، كما يُعتقد أنّ النظير هيليوم-3 ينتج عن طريق اضمحلال نظير الهيدروجين المشع التريتيوم، والذي تُساوي كتلته 3 وحدة كتل ذرية، ويجدر بالذكر أنّ الهيليوم-3 يشكّل ما نسبته واحد لكلّ مليون من غاز الهيليوم الموجود في الغلاف الجوي.
اكتشاف غاز الهيليوم
يعود الفضل في اكتشاف غاز الهيليوم لتتابع جهود عدّة علماء، بدءاً بالفلكي الفرنسي بيير جانسين الذي لاحظ وجود خط أصفر في الطيف الشمسي خلال دراسته لكسوف الشمس الكلي سنة 1868م، وتبعه بعد ذلك عالم الفلك الإنجليزي جوزيف نورمان لوكير الذي لاحظ أنّ لهذا الخط طول موجي يُساوي 587.49 نانومتر، وهذا الطول الموجي لا ينتج من أيّ عنصر معروف حتّى تلك اللحظة؛ لذلك افترض وجود عنصر جديد على سطح الشمس تسبّب بظهور هذا اللون في الطيف أطلق عليه اسم الهيليوم.
اكتُشف غاز الهليوم لأول مرّة على سطح كوكب الأرض من قِبل الكيميائي الاسكتلندي وليام رامزي من خلال تجاربه على معدن الكليفيت الذي يحتوي اليورانيوم المشع، حيث عرَّض رامزي الكليفيت لعدّة حموض معدنية وعزل الغازات الناتجة عن ذلك وجمعها، وأرسل عيّنات منها لكلٍّ من جوزيف لوكير ووليام كروكس، حيث تمكّنوا من تحديد عنصر الهيليوم فيها بعد دراستها، ويُذكر أنّ اثنين من العلماء السويديين وهما نيلز لانجليت وبير تيودور كليفه استخلصا غاز الهيليوم من الكليفيت بتجاربهما الخاصة في ذات الفترة الزمنية.
أبرز استخدامات غاز الهيليوم
يوجد استخدامات متعددة للهيليوم في مجالات متنوعة، أبرزها الاستخدامات الآتية:
- تبريد مصادم الهدرونات الكبير.
- رصد أيّ تسريب في نظام تكييف السيارات.
- يستخدم لملء الوسادات الهوائية في السيارة؛ وذلك كونه سريع الانتشار.
- مسح الرمز الشريطي الموجود على البضائع في الأسواق باستخدام ليزر الهيليوم- نيون.
- صناعة مجهر الهيليوم الأيوني والذي يُعطي نتائج أكثر وضوحاً مقارنةً بالمجهر الإكتروني الماسح.
- تبريد المغانط فائقة التوصيل في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي ومطياف الرنين المغناطيسي النووي.
- تبريد معدّات الأقمار الصناعية، وقدّ استخدم أيضاً لتبريد الهيدروجين والأكسجين السائل الذي استُخدم كوقود في مركبة أبولو الفضائية.
- توفير جو وقائي لصناعة الألياف الضوئية والمواد شبه الموصلة، وأثناء عمليات اللحام بالقوس الكهربائي، ويعود ذلك لكونه غاز خامل.
- نفخ بالونات الزينة والمناطيد ؛ وذلك بسبب كثافته المنخفضة، وتجدر الإشارة إلى أنّ الهيدروجين كان يُستخدم لتلك الأغراض لكنّه لم يعد يُستخدم لتجنّب خطر تفاعله.
- تشتيت الأبخرة الكيميائية والحرارة أثناء الحفر على رقائق الحواسيب.
- حماية الغواصين من خطر انخفاض الضغط، حيث يستنشقون خليطاً فيه 80% هيليوم و20%
أكسجين.
- استخدامه في التجارب التي تحتاج للعمل ضمن درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.
