تحقیق مقاله رایگان هلیوم

هلیوم

هلیم (Helium) با علامت مختصر He یک عنصر شیمیایی بدون بو، بدون رنگ و بدون مزه‌است که به صورت گاز است. در جدول عناصر بعد از هیدروژن قرار می‌گیرد و دومین ماده‌ای است که به وفور در کیهان یافت می‌شود. هلیوم در سال ۱۸۶۸ توسط یک اخترشناس فرانسوی کشف شد. هلیوم در مواردی از جمله سرمازایی و پر کردن بالن‌ها استفاده می‌شود.

واژهٔ هلیوم از واژهٔ یونانی "هلیوس" (Helios) گرفته شده که بمعنای خورشید است.

‎

هلیم با نشانه He دومین عنصر شیمیایی ودومین عنصر از لحاظ فراوانی در طبیعت بعد از هیدروژن به حساب می آید.اولین ایزوتوپ آن هلیم -4 تقریبا" 100 درصد هلیم طبیعی را تشکیل می دهد.عدداتمی آن 2 وجرم اتمی آن 4.0026 واحد جرم اتمی است.هلیم سبکترین گاز از میان گازهای معروف به گازهای نوبل می باشد.نقطه جوش آن 4.2 درجه کلوین است.هلیم دارای چهار ایزوتوپ است که از میان آنها هلیم -3 وهلیم -4 وهلیم -5 پایدار هستند.هسته هلیم -4 ذره آلفا نیز نامیده می شود.

عقیده بر این است که هلیم بدنبال واکنشهای نوکلئوسنتز درون ستاره ها شکل می گیرد.واکنش اساسی که منبع انرژی ستاره های رشته اصلی نیز به حساب می آید به شکل همجوشی ذرات هیدروژن برای تولید هلیم از طریق چرخه های واکنشی پروتون- پروتون و چرخه کربن- نیتروژن –اکسیژن می باشد.اما حضور هلیم در کیهان را نمی توان تنها بکمک پدیده نوکلئوسنتز درون ستاره ها توجیه کرد.عقیده بر این است که قسمت بیشتر هلیمی که اکنون می بینیم طی لحظات اولیه آفرینش کیهان ودر واقعه بیگ بنگ تولید شده است.

چرخه تولید هلیم بکمک نوکلئوسنتز بعد از شکل گیری هلیم بدنبال واکنش سه گانه آلفا که در آن سه هسته هلیم -4 بطور همزمان برخورد کرده تا یک کربن -12 تولید کنند رخ می دهد. چنین واکنشی به دمای حدود 100 میلیون درجه نیاز دارد.

طیف این عنصر برای اولین بار در سال 1868 توسط ژولز جانسون وجوزف لاکییر با مشاهده بعضی خطوط طیفی در طیف خورشید که تا آن زمان شناسایی نشده بودند تشخیص داده شد نام این عنصراز کلمه Helios  که به معنای خورشید در زبان یونانی است گرفته شده است.این عنصر برای اولین باردر سال 1895 نیز بعنوان گازی که از واکنشهای رادیواکتیو تولید می شد در زمین مشاهده شد.

هلیم در مخازن سوخت در موشکهای با سوخت مایع  وبه شکل مایع با هدف سرد کردن در کنار حسگرهای در ناحیه مادون قرمز و رادیویی بکاربرده می شود.

جدال با هلیوم

اطلاعات اولیه

هلیوم از پایدارترین اتمهای موجود ، ساخته شده است. اتم هلیوم چنان پایدار است که هر تغییری در آن سبب کاهش پایداری می‌گردد. بنابراین هلیوم با اتمهای دیگر ترکیب نمی‌شود و لذا هلیوم همواره به‌صورت تک اتمی است. بر خلاف هلیوم عناصری مانند هیدروژن و اکسیژن و فلوئور از اتمهایی تشکیل می‌شوند که به صورت جفت باهم ترکیب شده‌اند، به همین خاطر از مولکول این مواد سخن می‌گوییم. اتمهای هلیوم چنان پایدارند که جز در دماهای فوق‌العاده پایین نمی‌توانند به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شده و از حالت گازی به حالت مایع تبدیل شوند. در این سرمای فوق‌العاده شدید اتمهای هلیوم به سختی حرکت می‌کنند.

اولین تلاش برای تهیه هلیوم مایع

کامرلینگ اونس ، تصمیم گرفت تا با مسئله مایع کردن هلیوم دست و پنجه نرم کند. وی برای اولین بار آزمایشگاه خاصی را طراحی کرد که کلیه تجهیزات آن برای آزمایش در دماهای بسیار پایین آماده بود. آزمایشگاه اونس ، اولین آزمایشگاه از این نوع بود. اونس هلیوم را به شدت متراکم ساخته و‌ آن را در حمامی از هیدروژن مایع سرد نمود. اگر هلیم تا دمای هیدروژن مایع سرد شود و از آن نیز فراتر رود، مایع می‌شود. سرانجام اونس توانست در سال 1908 هلیوم مایع بدست آورد.

آزمایش ناموفق

یکی از آرزوهای اونس این بود که بتواند بعد از تهیه هلیم مایع عمل یخ زدن آن را مشاهده کند. وی تصمیم گرفت بخشی از هلیوم مایع را به صورت سریع تبخیر نماید تا به آرزوی خود برسد. اما با تمام این تلاشها بعد از تبخیر سریع باز هم هلیوم به حالت مایع باقی ماند.

روش تهیه هلیوم جامد

امروزه می‌دانیم که تنها با سرد کردن نمی‌توان به هلیوم جامد دست یافت. حتی در صفر مطلق ، تعداد بسیار جزئی از انرژی باقی می‌ماند. با هیچ روشی نمی‌توان این انرژی را از اتم هلیوم گرفت. به همین خاطر هلیوم جامد نمی‌شود، اما این کار به معنی غیر ممکن بودن انجماد هلیم نیست. ترکیب فشار و دمای پایین می‌تواند این کار را ممکن سازد. امروزه دانشمندان می‌توانند با استفاده از مولکولهای مغناطیس شده و انحراف آنها ، انرژی هلیوم مایع را بگیرد و به هلیوم منجمد دست یابند.

پیامدهای تهیه هلیم مایع

رسیدن به دماهای پایین که برای تهیه هلیوم مایع محقق شد، پیامدهای بسیار جالبی داشت. به عنوان مثال ، نوعی هلیوم مایع می‌تواند از کوچکترین منافذ که حتی هوا قادر به عبور از آنها نیست، عبور کند. همچنین نوعی هلیوم مایع وجود دارد که به صورت کامل جریان الکتریکی را از خود هدایت می‌کند. موردی که بسیار جالب‌تر و مهمتر از همه این موارد بود، مسئله مربوط به ابررساناها می‌باشد. این مورد با وجود هلیوم مایع که دسترسی به آن امکان‌پذیر بود، منجر به پیدایش خاصیت ابررسانایی شد.