هيليوم He

الاكتشاف

يتميز الهيليوم بأنه اكتُشف في الشمس قبل أن يُكتشف على الأرض. فخلال كسوف الشمس في 18 أغسطس 1868 رصد الفلكي الفرنسي جول يانسن خطًا أصفر ساطعًا في طيف الألسنة الشمسية. وفي العام نفسه درس الفلكي الإنجليزي نورمان لوكير الخط ذاته واستنتج أنه لا يمكن أن يصدر عن أي عنصر معروف، واقترح مع الكيميائي إدوارد فرانكلاند وجود عنصر شمسي جديد.

ظل كثير من الكيميائيين متشككين قرابة ثلاثة عقود. ثم عالج الكيميائي الاسكتلندي ويليام رامزي عام 1895 معدن اليورانيوم المسمّى كليفيت بالحمض، وجمع غازًا أظهر طيفه الخط الأصفر نفسه. وفي الوقت نفسه تقريبًا عزله في السويد كلٌّ من بير تيودور كليف ونيلس أبراهام لانغليت على نحو مستقل، وقاسا وزنه الذري.

وفي عام 1903 اكتُشفت كميات كبيرة من الهيليوم في الغاز الطبيعي بولاية كانساس، فتحول من طُرفة مخبرية إلى مورد صناعي. وأسال هايكه كامرلينغ أونس الهيليوم لأول مرة عام 1908، وقاده البرد الشديد الذي وفّره إلى اكتشاف الموصلية الفائقة عام 1911.

أصل التسمية

يأتي الاسم من الكلمة اليونانية helios ومعناها الشمس، لأن العنصر رُصد أول مرة في ضوء الشمس. واللاحقة ‎'-ium'‎ تُستخدم عادة للفلزات، وقد اختارها لوكير لأنه افترض أن العنصر الجديد فلز. والرمز He هو أول حرفين من الاسم.

أهم الاستخدامات

• التبريد الشديد: يبرّد الهيليوم السائل المغانط فائقة التوصيل في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي ومطيافات الرنين المغناطيسي النووي ومسرّعات الجسيمات.
• غاز الرفع: يملأ بالونات الأرصاد الجوية وبالونات البحث وبالونات الحفلات، وقد حلّ محل الهيدروجين في المناطيد لأنه لا يحترق.
• خلائط التنفس: يستخدم الغواصون في الأعماق خلائط الهيليوم والأكسجين لتجنّب التخدير النيتروجيني.
• التصنيع: يوفر غطاءً خاملًا في اللحام وفي تنمية بلورات السيليكون، ويُستخدم للكشف عن التسربات لأن ذراته الصغيرة تنفذ عبر الفجوات الدقيقة.
• الفضاء والعلوم: يضغط خزانات وقود الصواريخ ويبرّد الكواشف الحساسة.

النظائر

للهيليوم نظيران مستقران. يشكّل الهيليوم-4 معظم الهيليوم الطبيعي تقريبًا، ونواته مطابقة لجسيم ألفا المنبعث في الاضمحلال الإشعاعي، وقد نشأ معظم الهيليوم في القشرة الأرضية بهذه الطريقة على مدى مليارات السنين. أما الهيليوم-3 فنادر جدًا على الأرض، بنحو ذرة واحدة في المليون في الهيليوم المستخلص من الهواء. ويُستخدم في كواشف النيوترونات وفي ثلاجات التخفيف التي تبلغ درجات حرارة لا تبعد عن الصفر المطلق إلا بأجزاء قليلة من الألف من الدرجة. ويأتي كثير من الهيليوم-3 في العالم من اضمحلال التريتيوم.

في الحياة اليومية

الهيليوم غير سام، لكنه يزيح الأكسجين، لذا قد يؤدي استنشاقه مباشرة من الأسطوانة إلى فقدان الوعي، واستنشاقه من البالونات لتحويل الصوت إلى صوت رفيع ليس خاليًا من المخاطر. ويحدث تغيّر الصوت لأن الصوت ينتقل في الهيليوم أسرع بكثير منه في الهواء، فتنزاح رنينات المجرى الصوتي.

الهيليوم على الأرض مورد محدود، فإذا أُطلق كان من الخفة بحيث يفلت من الغلاف الجوي إلى الفضاء، لذلك يُستخرج من حقول غاز طبيعي معينة ويُعاد تدويره حيثما أمكن.