Reply to comment

Hélium
A hélium a periódusos rendszer második kémiai eleme. Vegyjele He, rendszáma 2. Színtelen, szagtalan nemesgáz, tehát kémiailag közömbös. Minden elem közül a hélium forráspontja a legalacsonyabb. A hidrogén után a második leggyakoribb elem a világegyetemben, de a Föld légkörében csak nyomokban fordul elő. Gazdaságosan a földgázból vonható ki. Felhasználják léggömbök és léghajók töltőanyagaként és hűtőanyagként, például szupravezető mágnesekben.

Története
A héliumra utaló jelet – a Nap kromoszférájának színképében jelentkező fényes sárga vonalat – először egy francia csillagász, Pierre Janssen észlelte 1868-ban egy indiai napfogyatkozást megfigyelve. Ugyanebben az évben Norman Lockyer, egy angol csillagász szintén megfigyelt egy addig ismeretlen sárga vonalat a Nap színképében, és levonta a következtetést, hogy azt egy eddig ismeretlen elemnek kellett okoznia. A Nap görög neve, helios után Edward Frankland vegyész kollegájával a hélium nevet adták neki.

1895-ben egy brit vegyésznek, William Ramsay-nek sikerült először a Földön héliumot kivonnia nyers uránércből ásványi savakkal. A mintákat Lockyer és William Crookes azonosította héliumként. Tőlük függetlenül Pet Teodor Cleve és Nils Langlet svéd kémikusoknak is sikerült nyers uránércből kivonnia héliumot.

1905-ben amerikai vegyészek (Hamilton Cady és David McFarland) felfedezték, hogy a hélium földgázból is kivonható. 1907-ben Ernest Rutherford és Thomas Royds bebizonyította, hogy a radioaktív bomlás alfa-részecskéje megegyezik a hélium atommagjával. A héliumot először egy holland tudós, Heike Kamerlingh Onnes cseppfolyósította 1908-ban, amikor sikerült 1 K alá hűtenie a gázt. 1926-ban tanítványa, Willem Hendrik Keesom állított elő szilárd halmazállapotú héliumot. 1938-ban Pjotr Leonyidovics Kapica orosz fizikus megfigyelte, hogy a hélium-4 viszkozitása (belső súrlódása) az abszolút nulla fok közelében szinte nullára csökken – ezt a jelenség a szuperfolyékonyság. 1972-ben Douglas D. Osheroff, David M. Lee és Robert C. Richardson amerikai fizikusoknak a hélium-3 szuperfolyékonyságot is sikerült kimutatniuk.

Reakciók
A hélium normális körülmények között nem lép reakcióba más elemekkel. Elektromos kisülésekben, illetve ha elektronokkal bombázzuk, egyes elemekkel: a volfrámmal, a jóddal, a fluorral, a kénnel, illetve a foszforral alkothat excimereket.

Izotópjai, előfordulása
A hélium a hidrogén után a második leggyakoribb elem, az ismert világegyetem tömegének kb. egynegyede. Bár 6 izotópját ismerjük, ezek közül csak a 3He és a 4He stabil, a többi gyorsan elbomlik más anyagokra. Leggyakoribb izotópja, a hélium-4 elsöprő többsége az ősrobbanásból keletkezett. A csillagokban a hidrogénfúzió eredményeként és a szén-nitrogén ciklusban, földi körülmények között a nehezebb elemek alfa-bomlásával jön létre. Ez egy különlegesen stabil atommag, mivel a nukleonok teljes héjakba rendeződnek benne. Hélium-3 izotóp a Földön csak nyomokban található, a trícium béta-bomlása során keletkezik.

Földünk légkörében a hélium részaránya csak 1:200 000 – leginkább azért, mert rendkívül könnyű, és ezért a Föld gravitációja nem tudja huzamosan megtartani. Mivel a földi hélium radioaktív bomlástermék, ezért elsődlegesen az urán és a tórium érceiben található meg. Csekély mennyiségben ásványvizekben, vulkáni gázokban, meteorvasban is megtalálható, de leginkább a földgázban oldva (egyes földgázokban 1,6-1,8%-ig is felszaporodhat), ezért az iparban is főképp földgázból állítják elő. A világ fő héliumforrásai a texasi, oklahomai és kansasi földgázlelőhelyek.

Érdekesség: 1968-ban a texasi Amarillo-ban, amit a világ Hélium-fővárosának is hívnak[1], felállítottak egy héliummal töltött 18 méter magas üreges acél emlékművet, melynek négy végéve egy-egy időkapszulát helyeztek. A Helium Monument időkapszulák tervezett kinyitási ideje 1993, 2018, 2068 és 2968.

Előállítása
• Mivel a legnehezebb elemek radioaktív bomlásakor keletkezik, urán és tórium tartalmú kőzetek hevítésével felszabadítható a bennük elnyelődött hélium.
• Földgázból vonható ki úgy, hogy cseppfolyósításakor a hélium kivételével minden gáz lecsapódik.
• A héliumot részecskegyorsítókban úgy is előállíthatjuk, ha lítiumot vagy bórt bombázunk gyors protonokkal.

Felhasználása
A földgázból kivont, nagy nyomás alatt tárolt hélium a kereskedelemben kapható.

Számos célra használják:
• Mivel könnyebb a levegőnél, léghajók és léggömbök töltőanyaga lehet. Előnyösebb a hidrogénnél, mert nem gyúlékony, és a hidrogén emelőerejének 92,64%-át nyújtja.
• A héliumot belélegzett személy hangja időlegesen magasabb lesz, mivel a hang a héliumban a levegőnél háromszor gyorsabban terjed, és ilyen arányban magasabbak lesznek a gégében a rezonáns frekvenciák. Bár ez jó szórakozás, a koncentrált hélium használata az oxigénhiány miatt halált is okozhat.
• A mélytengeri búvárok trimixet, azaz hélium, nitrogén és oxigén keverékét használják légzőberendezéseikben, hogy csökkentsék a nagy nyomáson, normál levegő használatával fellépő nitrogén-narkózis (a nitrogén nagy parciális nyomása okozta eufórikus állapot), a keszonbetegség és az oxigén-toxicitás esélyét.
• Különlegesen alacsony olvadás- és forrpontja miatt hűtőanyagként használják MRI-berendezéseknél, nukleráris reaktoroknál, szupravezető mágneseknél és a kriogenikában.
• Kémiai közömbössége miatt védőgázként használják szilícium- és germániumkristályok növesztésekor, a titán- és cirkónium-kitermelésben, ívhegesztéskor és a gázkromatográfiában.
• Folyékony üzemanyagú rakétákban a túlnyomás elérésére használják.
• Héliumot használnak szuperszonikus sebességű szélcsatornákban.
• A hélium-neon lézer erősítő közegeként hélium és neon elegyét használják.
• A nagyfeszültségű kisülési csövekben töltőgázként alkalmazzák.
• Héliumot alkalmaznak szivárgások tesztelésre akár olyan termékek összeszerelésénél, amelyek szivárgása nem engedhető meg (például üzemanyagszivattyúk), akár csővezetékek szivárgásának ellenőrzésére is. A hélium azért különösen alkalmas a szivárgás ellenőrzésére, mert egyrészt kis viszkozitása miatt könnyen átjut minden lyukon, továbbá, másrészt kvadrupol tömegspektrométerrel könnyen és igen érzékenyen mérhető.
• Használják élelmiszerek konzerválására is.
• Érdekessége,hogy cseppfolyós állapotban erősen felkeverve akár 1 hónapig is képes mozgásban lenni a rendkívül kicsi viszkozitása miatt.