هلیوم: تفاوت میان نسخه‌ها

ویرایش پیوندها
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
[نسخهٔ بررسی‌نشده][نسخهٔ بررسی‌نشده]
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
←‏جداسازی و بهره برداری: اصلاح فاصلهٔ مجازی، ابرابزار، اصلاح نویسه
←‏ایزوتوپ: اصلاح فاصلهٔ مجازی، ابرابزار
خط ۲۸: خط ۲۸:
== ایزوتوپ ==
== ایزوتوپ ==
{{نوشتار اصلی|ایزوتوپ‌های هلیم}}
{{نوشتار اصلی|ایزوتوپ‌های هلیم}}
تا کنون ۸ [[ایزوتوپ]] برای هلیم پیدا شده‌است. که از میان آنها [[هلیم-۳]] و [[هلیم-۴]] تنها [[ایزوتوپ پایدار|ایزوتوپ‌های پایدار]] آن اند. در هواکرهٔ زمین در برابر هر یک اتم {{chem|۳|He}} یک میلیون {{chem|۴|He}} وجود دارد.<ref name="nbb">{{Cite book| author = Emsley, John| title = Nature's Building Blocks| publisher = Oxford University Press| year = 2001| location = Oxford| pages = 175–179| isbn = 0-19-850341-5}}</ref> برخلاف بیشتر عنصرها، فراوانی ایزوتوپ‌های هلیم بسته به منبع تولید و فرایند پدیداری شان بسیار متفاوت است. فراوان ترین ایزوتوپ آن، هلیم-4 در زمین از راه [[واپاشی آلفا]]ی عنصرهای پرتوزای سنگین تر تولید می‌شود. پرتوهای آلفای تابیده شده همگی هسته‌های یونیزه شدهٔ هلیم-4 اند. هلیم-4 به طرز غیرمعمولی هستهٔ پایداری دارد چون [[ذرات هسته‌ای|ذره‌های هسته‌ای]] آن از آرایش الکترونی پایداری برخوردازند. این ایزوتوپ‌ها در جریان [[هسته‌زایی مهبانگ]] به فراوانی تولید شدند.
تا کنون ۸ [[ایزوتوپ]] برای هلیم پیدا شده‌است. که از میان آنها [[هلیم-۳]] و [[هلیم-۴]] تنها [[ایزوتوپ پایدار|ایزوتوپ‌های پایدار]] آن اند. در هواکرهٔ زمین در برابر هر یک اتم {{chem|۳|He}} یک میلیون {{chem|۴|He}} وجود دارد.<ref name="nbb">{{Cite book| author = Emsley, John| title = Nature's Building Blocks| publisher = Oxford University Press| year = ۲۰۰۱| location = Oxford| pages = ۱۷۵–۱۷۹| isbn = ۰-۱۹-۸۵۰۳۴۱-۵}}</ref> برخلاف بیشتر عنصرها، فراوانی ایزوتوپ‌های هلیم بسته به منبع تولید و فرایند پدیداری شان بسیار متفاوت است. فراوان ترین ایزوتوپ آن، هلیم-۴ در زمین از راه [[واپاشی آلفا]]ی عنصرهای پرتوزای سنگین تر تولید می‌شود. پرتوهای آلفای تابیده شده همگی هسته‌های یونیزه شدهٔ هلیم-۴ اند. هلیم-۴ به طرز غیرمعمولی هستهٔ پایداری دارد چون [[ذرات هسته‌ای|ذره‌های هسته‌ای]] آن از آرایش الکترونی پایداری برخوردازند. این ایزوتوپ‌ها در جریان [[هسته‌زایی مهبانگ]] به فراوانی تولید شدند.


هلیم-۳ به مقدار بسیار ناچیز یافت می‌شود که بیشتر آن از هنگامهٔ ساخت زمین به جای مانده. گاهی هم هلیم گیر افتاده در گرد و غبار کیهانی هم وارد زمین شده‌است.<ref name="heliumfundamentals">{{cite web|url = http://www.mantleplumes.org/HeliumFundamentals.html |title = Helium Fundamentals |author = Anderson, Don L. ; Foulger, G. R. ; Meibom, A.|date = ۲۰۰۶-۰۹-۰۲ |accessdate = ۲۰۰۸-۰۷-۲۰ |publisher = MantlePlumes.org}}</ref> همچنین در اثر [[واپاشی بتا]]ی [[تریتیوم]] هم اندکی هلیم-۳ تولید می‌شود.<ref>{{Cite journal|title= Half-Life of Tritium| journal=Physical Review|volume= ۷۲|issue= ۱۰|year= ۱۹۴۷| pages= ۹۷۲–۹۷۲|author= Novick, Aaron| doi=10.1103/PhysRev.72.972.2|bibcode = 1947PhRv...72..972N}}</ref> در سنگ‌های پوستهٔ زمین ایزوتوپ‌هایی از هلیم پیدا می‌شود که نسبت یک به ده دارد با توجه به این نسبت‌ها می توان دربارهٔ منشا سنگ‌ها و ساختار [[گوشته|گوشتهٔ زمین]] پژوهش کرد.<ref name="heliumfundamentals"/> هلیم بیش از همه به عنوان محصول واکنش‌های همجوشی در ستاره‌ها پیدا می‌شود. بنابراین در محیط‌های میان ستاره‌ای نسبت هلیم-۳ به هلیم-۴ نزدیک به صد برابر بیشتر از نسبت آن در زمین است.<ref>{{Cite journal|title=Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements| journal=Astrophysics| volume=۴۵| issue=۲|year=۲۰۰۲| pages=۱۳۱–۱۴۲| url=http://www.ingentaconnect.com/content/klu/asys/2002/00000045/00000002/00378626 |accessdate=۲۰۰۸-۰۷-۲۰ |author=Zastenker G. N. ''et al. ''| doi=10.1023/A:1016057812964|archiveurl = http://web.archive.org/web/20071001164450/http://www.ingentaconnect.com/content/klu/asys/2002/00000045/00000002/00378626 |archivedate = October 1, 2007|deadurl=yes|bibcode = 2002Ap.....45..131Z}}</ref> در ماده‌های فرازمینی مانند [[صخره (زمین‌شناسی)|سنگ‌های]] موجود در [[ماه]] یا [[سیارک|سیارک‌ها]] می توان ردّ پای هلیم-۳ را از هنگامی که در اثر [[باد خورشیدی|بادهای خورشیدی]] پرتاب شدند، پیدا کرد. غلظت هلیم-۳ موجود در ماه، {{عبارت چپچین|۰٫۰۱ [[بخش در واحد سنجش|ppm]]}} است (یک بخش در میلیون) که بسیار بالاتر از مقدار آن، {{عبارت چپچین|۵ ppt}} در هواکرهٔ زمین است (یک بخش در تریلیون).<ref>{{cite web|url = http://fti.neep.wisc.edu/research/he3|title = Lunar Mining of Helium-3 |date = ۲۰۰۷-۱۰-۱۹| accessdate = ۲۰۰۸-۰۷-۰۹| publisher = Fusion Technology Institute of the University of Wisconsin-Madison}}</ref><ref>{{cite web|url= http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf|format=PDF| title = The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith| author= Slyuta, E. N. ; Abdrakhimov, A. M. ; Galimov, E. M.|work= Lunar and Planetary Science XXXVIII| year=۲۰۰۷|accessdate=۲۰۰۸-۰۷-۲۰}}</ref> دسته‌ای از جملهٔ آن‌ها جرارلد کالسینسکی در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد دادند<ref>{{Cite news|url = http://www.thespacereview.com/article/536/1|title = A fascinating hour with Gerald Kulcinski|author=Hedman, Eric R.|date = ۲۰۰۶-۰۱-۱۶|work = The Space Review|accessdate=۲۰۰۸-۰۷-۲۰}}</ref> که در سطح ماه جستجو شود و از معدن‌های هلیم-۳ آن برای واکنش [[همجوشی هسته‌ای]] بهره برداری شود.
هلیم-3 به مقدار بسیار ناچیز یافت می شود و بیشتر آن هم از زمان ساخته شدن زمین

هلیم-۴ مایع را می توان با کمک [[کولر آبی|کولرهای آبی]] ویژه تا نزدیک به ۱ کلوین سرد کرد. روش سردسازی هلیم-۳ مانند هلیم-۴ است با این تفاوت که هلیم-۳ نقطهٔ جوش پایین تری، نزدیک به ۰٫۲ کلوین دارد و این فرایند در [[سردساز هلیم-۳]] روی می‌دهد. اگر بخواهیم مخلوطی از هلیم-۳ و هلیم-۴ با نسبت‌های برابر در زیر ۰٫۸ کلوین داشته باشیم این دو به به دلیل ناهمانندی به صورت دو بخش مخلوط نشدنی از هم جدا می‌شوند (اتم‌های هلیم-۴ را [[بوزون|بوزون‌ها]] تشکیل می‌دهد در حالی که در هلیم-۳ [[فرمیون|فرمیون‌ها]] سازندهٔ اتم‌هایند.<ref name = enc/>) این ویژگی هلیم در [[یخچال رقیق‌سازی|یخچال‌های رقیق‌سازی]] برای رسیدن به دمای چند میلی کلوین به کار می‌آید.

می توان به صورت آزمایشگاهی هم ایزوتوپ هلیم درست کرد اما این ایزوتوپ‌ها خیلی زود به دیگر ماده‌ها دگرگون می‌شوند. برای نمونه می توان از هلیم-۵ یاد کرد که دارای کوتاه ترین [[نیمه‌عمر]]، {{عبارت چپچین| ۷٫۶×۱۰<sup>−۲۲</sup>}} ثانیه‌است. پس از آن هلیم-۶ است که [[ذرات بتا|تابش بتا]] و نیمه عمر ۰٫۸ ثانیه دارد. هلیم-۷ ذرات بتا و [[پرتو گاما|پرتوی گاما]] می تاباند. هلیم-۷ و هلیم-۸ هر دو در شرایط ویژهٔ واکنش‌های هسته‌ای پدید می‌آیند.<ref name="enc"/> هلیم-۶ و هلیم-۸ هر دو با نام Nuclear halo هم شناخته شده‌اند. به این معنی که شعاع بدست آمده برای آنها بسیار بیشتر از مقدار پیشبینی شده توسط مدل‌های اندازه گیری (برای نمونه liquid drop model) است.<ref name = enc/>


== منبع ==
== منبع ==

نسخهٔ ‏۲۹ ژوئیهٔ ۲۰۱۲، ساعت ۱۹:۱۲

هلیوم، 2He
هلیوم
تلفظ‎/ˈhiːliəm/‎ ​(HEE-lee-əm)
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۴٫۰۰۲۶۰۲(۲)[۱]
هلیوم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
 –
↑
He
↓
نئون
هیدروژن ← هلیوم → لیتیم
عدد اتمی (Z)2
گروه۱۸
دورهدوره ۱
بلوکبلوک-s
دسته گاز نجیب
آرایش الکترونی1s2
۲
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPگاز
نقطه ذوب۰٫۹۵ K ​(۲۷۲٫۲۰− °C, ​۴۵۷٫۹۶− °F) (در ۲٫۵ مگاپاسکال)
نقطه جوش۴٫۲۲۲ K ​(۲۶۸٫۹۲۸− °C, ​−۴۵۲٫۰۷۰ °F)
چگالی (در STP)۰٫۱۷۸۶ g/L
در حالت مایع (at m.p.)۰٫۱۴۵ g/cm3
در حالت مایع (در نقطه جوش)۰٫۱۲۵ g/cm3
نقطه سه‌گانه۲٫۱۷۷ K, ​۵٫۰۴۳ kPa
نقطه بحرانی۵٫۱۹۵۳ K, ۰٫۲۲۷۴۶ MPa
حرارت همجوشی۰٫۰۱۳۸ kJ/mol
آنتالپی تبخیر ۰٫۰۸۲۹ kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی۲۰٫۷۸ J/(mol·K)[۲]
فشار بخار (براساس ITS-90)
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) ۱٫۲۳ ۱٫۶۷ ۲٫۴۸ ۴٫۲۱
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش0
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: بدون اطلاعات
انرژی یونش
شعاع کووالانسی pm ۲۸
شعاع واندروالسی۱۴۰ pm
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری هلیوم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​hexagonal close-packed (hcp)
Hexagonal close-packed crystal structure for هلیوم
سرعت صوت۹۷۲ m/s
رسانندگی گرمایی۰٫۱۵۱۳ W/(m·K)
رسانش مغناطیسیدیامغناطیس[۳]
پذیرفتاری مغناطیسی۱۰−۶×۱٫۸۸− cm3/mol (۲۹۸ کلوین)[۴]
شماره ثبت سی‌ای‌اس۷۴۴۰-۵۹-۷
تاریخچه
نامگذاریاز واژهٔ یونانی هلیوس به معنای «ایزد خورشید» گرفته شده‌است
کشفژول ژانسن، نورمن لاکیر (۱۸۶۸)
انزوا اولویلیام رمزی، پر تئودر کلیو، نیلز آبراهام لانگلت (۱۸۹۵)
ایزوتوپ‌های هلیوم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
3He ۰٫۰۰۰۲٪ ضریب ایزوتوپ پایدار با ۱ نوترون
4He ۹۹٫۹۹۹۸٪ پایدار با ۲ نوترون
| منابع
برای دیگر کاربردها، BH را ببینید.

هلیم (Helium) با نشان شیمیایی He یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲ و وزن اتمی ۴٫۰۰۲۶۰۲ است. این عنصر، بی بو، بی رنگ، بی مزه، غیرسمّی، از دیدگاه شیمیایی بی اثر و تک اتمی است که در جدول تناوبی استاندارد در بالای گروه گازهای نجیب جا دارد. دمای ذوب و جوش این ماده در میان دیگر عنصرها بسیار پایین است به همین دلیل در دمای اتاق و البته در بیشتر موارد به گازی است مگر شرایط بسیار ویژه‌ای بر آن گذرانده شود.

هلیم دومین عنصر سبک جهان است و از دید فراوانی در جایگاه دوم است. نزدیک به ۲۴٪ از جرم گیتی از آن این عنصر است که این مقدار بیش از ۱۲ برابر ترکیب تمام عنصرهای سنگین است. هلیم به همان صورت که در خورشید و هرمز یافت می‌شود در جهان پیدا می‌شود و این به دلیل انرژی بستگی (به ازای هر هسته) بسیار بالای هلیم-۴ نسبت به سه عنصر دیگر پس از آن در جدول تناوبی است. بیشتر هلیم موجود در گیتی، هلیم-۴ است و گمان آن می‌رود که در جریان مه بانگ پدید آمده باشد. امروزه با کمک واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در ستاره‌ها، گونه‌های تازه‌ای از هلیم ساخته شده‌است.

واژهٔ هلیوم از واژهٔ یونانی هلیوس گرفته شده به معنای «ایزد خورشید» گرفته شده‌است. زمانی که هنوز هلیم شناخته نشده بود، ستاره شناس فرانسوی ژول ژانسن در جریان خورشیدگرفتگی سال ۱۸۶۸ برای نخستین بار در طیف‌سنجی نور خورشید، خط زرد طیفی هلیم را دید. برای همین هنگامی که از نخستین کسانی که هلیم را شناسایی کردند یاد می‌شود نام ژول ژانسن در کنار نام نورمن لاکیر جای می‌گیرد. در جریان همان خورشیدگرفتگی، نورمن لاکیر پیشنهاد کرد این خط زرد می‌تواند به دلیل یک عنصر تازه باشد. دو شیمیدان سوئدی با نام‌های پر تئودر کلیو و نیلز آبراهام لانگلت در سال ۱۸۹۵ این عنصر را شناسایی و اعلام کردند. آن‌ها هلیم را از سنگ کلویت که معدن اورانیم است بدست آوردند. در سال ۱۹۰۳ منابع بزرگ هلیم در میدان‌های گازی ایالات متحده پیدا شد که یکی از بزرگترین منابع این گاز است.

یکی از کاربردهای مهم هلیم در سرماشناسی است. نزدیک به یک-چهارم هلیم تولیدی در این زمینه بکار می‌رود. ویژگی خنک سازی هلیم بویژه در خنک کردن آهن‌رباهای ابررسانا مهم است. این آهن رباها به صورت تجاری در اسکنرهای ام آر آی کاربرد دارد. کاربرد صنعتی دیگر هلیم در فشار وارد کردن برای نمونه به عنوان گاز تخلیه کننده‌است. همچنین به عنوان هوای محافظ در جوشکاری با قوس الکتریکی، در فرایندهایی مانند کشت بلورها در ساخت قرص‌های سیلیسیم از این گاز بهره برده می‌شود. نزدیک به نیمی از هلیم تولیدی در این زمینه کاربرد دارد.

یکی دیگر از کاربردهای شناخته شدهٔ هلیم در ویژگی بالابری در بالون‌ها و کشتی‌های هوایی است.[۵] تنفس حجم اندکی از گاز هلیم می‌تواند برای چندی در کیفیت و زنگ صدای انسان تاثیر بگذارد. این اثرگذاری تنها از آن هلیم نیست بلکه هر گازی که چگالی متفاوتی با هوا داشته باشد از این ویژگی برخوردار است. در پژوهش‌های دانشگاهی رفتار دو فاز سیال هلیم-۴ (هلیمI و هلیمII) در بحث‌های مربوط به مکانیک کوانتوم و یا پژوهش دربارهٔ پدیده‌هایی مانند ابررسانایی که با دماهای نزدیک به صفر مطلق در ماده کار می‌کند، مهم است.

هلیم در هواکُرهٔ زمین بسیار کمیاب است (نزدیک به ۰٫۰۰۰۵۲٪ حجمی) بیشتر هلیومی که در خاک زمین پیدا می‌شود در اثر واپاشی هسته‌ای طبیعی در عنصرهای سنگین پرتوزا مانند اورانیم و توریم پدید آمده‌است؛ به این ترتیب که در اثر واپاشی، ذره‌های بتا از عنصر تابیده شده و هستهٔ هلیم-۴ بدست آمده‌است. هلیم بدست آمده از واپاشی به آسانی به صورت فشرده با درصدی نزدیک به ۷٪ حجمی، در دام گاز طبیعی گرفتار می‌شود. سپس می توان با روش‌های صنعتی و به صورت تجاری با کاهش دمای آمیختهٔ هلیم و گاز طبیعی، هلیم را از دیگر گازها جدا ساخت. این روش تقطیر جزء به جزء نام دارد.

پیشینه

نخستین نشانهٔ هلیم در ۱۸ اوت سال ۱۸۶۸ به صورت یک میلهٔ زرد رنگ در طول موج ۵۸۷٫۴۹ نانومتر در طیف سنجی فام‌سپهر خورشید دیده شد. این خط زرد رنگ را ستاره شناس فرانسوی ژول ژانسن در هنگام یک خورشیدگرفتگی کامل در گونتور هند شناسایی کرد.[۶][۷] نخست گمان برده شد که شاید این خط زرد، سدیم است. در ۲۰ اکتبر همان سال، ستاره شناس انگلیسی، نورمن لاکیر یک خط زرد رنگ در طیف سنجی نور خورشید پیدا کرد و چون این خط نزدیک به خط‌های شناخته شدهٔ D۱ و D۲ سدیم بود، آن را D۳ خط‌های فرانهوفر نامید.[۸] او حدس زد که این خط باید توسط یک عنصر درون خورشید که در زمین ناشناخته‌است، پدید آمده باشد. لاکیر و شیمیدان انگلیسی اوارد فرانکلند واژهٔ یونانی ἥλιος (هلیوس) به معنی «خورشید» را برای این عنصر برگزیدند.[۹][۱۰][۱۱]

خط‌های طیفی هلیم

در ۱۸۸۲، فیزیکدان ایتالیایی، لوئیجی پالمیری، هنگامی که خط‌های طیفی D۳ گدازه‌های آتشفشان وزوو را پردازش می‌کرد توانست برای نخستین بار هلیم را در زمین شناسایی کند.[۱۲]

در ۲۶ مارس ۱۸۹۵ شیمیدان اسکاتلندی ویلیام رمزی توانست، هلیم کانی کلویت را با کمک اسیدهای معدنی، به دام اندازد. کلویت آمیخته‌ای از اورانیت و دست کم ۱۰٪ عنصرهای خاکی کمیاب است. رمزی در جستجوی آرگون بود اما پس از جداسازی نیتروژن و اکسیژن از گاز آزاد شده با کمک اسید سولفوریک، در طیف سنجی خود به یک خط زرد روشن رسید که با خط D۳ دیده شده در طیف سنجی خورشید هماهنگ بود.[۸][۱۳][۱۴][۱۵] این نمونه‌ها از سوی لاکیر و فیزیکدان بریتانیایی، ویلیام کروکز به عنوان هلیم شناسایی شد. در همان سال به صورت مستقل، دو شیمیدان با نام‌های پر تئودر کلیو و نیلز آبراهام لانگلت، در اوپسالای سوئد توانستند هلیم کلویت را به دام اندازند. آن‌ها به اندازهٔ کافی این گاز را جمع آوری کردند که بشود وزن اتمی آن را دقیق بدست آورد.[۷][۱۶][۱۷] دانشمند آمریکایی زمین‌شیمی، ویلیام فرانسیس هیلبرند پیش از دست آورد رمزی، هنگام طیف سنجی نمونه کانی‌های اورانیت دریافته بود که خط‌های طیفی غیرمعمولی در نتیجه‌هایش پیدا می‌شود. اما هیلبرند گمان کرد که این خط‌های طیفی مربوط به نیتروژن است. نامهٔ تبریک او به رمزی چیزی نزدیک به یک کشف علمی در نظر گرفته می‌شود.[۱۸]

در سال ۱۹۰۷ ارنست رادرفورد و توماس رویدز نشان دادند که ذره‌های آلفا همان هستهٔ هلیم اند. آن‌ها برای این کار، اجازه دادند تا ذره‌ها در دیوار شیشه‌ای نازک یک لولهٔ تهی نفوذ کند. سپس لوله را تخلیه کردند تا گاز تازهٔ جمع شده در آن را طیف سنجی کنند. در سال ۱۹۰۸ یک فیزیکدان هلندی به نام هایک کامرلینگ اونس توانست دمای هلیم را به زیر یک کلوین برساند و آن را مایع کند.[۱۹] او در ادامه تلاش کرد تا دمای هلیم را پایین تر آورد و آن را جامد کند اما کامیاب نشد. دلیل ناکامی او این بود که هلیم دارای نقطهٔ سه‌گانه نیست یعنی دارای دمایی نیست که در آن حالت‌های جامد، مایع و گازی در تعادل باشند. پس از چند سال، در ۱۹۲۶ ویلم هندریک کییزم که دانشجوی اونس بود توانست 1 cm۳ هلیم را با افزودن فشار، جامد کند.[۲۰]

در ۱۹۳۸، فیزیکدان روس، پیوتر کاپیتسا دریافت که در دمای نزدیک به صفر مطلق، هلیم-۴ تقریبا هیچ گرانروی ندارد، امروزه به این پدیده ابرروانروی می گوییم.[۲۱] این پدیده با چگالش بوز-اینشتین مرتبط است. در ۱۹۷۲ همین پدیده در هلیم-۳ هم دیده شد، اما این بار در دمایی بسیار نزدیک تر به صفر مطلق. دانشمندان آمریکایی داگلاس دین اشرفت، دیوید موریس لی و رابرت کلمن ریچاردسون کسانی بودند که به ابرروانروی در هلیم-۳ پی بردند. گمان آن می‌رود که این پدیده در هلیم-۳ به جفت فرمیون‌ها در ساخت بوزون، در برابر جفت‌های کوپر الکترون‌ها که پدیدآورندهٔ ابررسانایی است، ارتباط داشته باشد.[۲۲]

ایزوتوپ

مقالهٔ اصلی: ایزوتوپ‌های هلیم

تا کنون ۸ ایزوتوپ برای هلیم پیدا شده‌است. که از میان آنها هلیم-۳ و هلیم-۴ تنها ایزوتوپ‌های پایدار آن اند. در هواکرهٔ زمین در برابر هر یک اتم ۳
He یک میلیون ۴
He وجود دارد.[۷] برخلاف بیشتر عنصرها، فراوانی ایزوتوپ‌های هلیم بسته به منبع تولید و فرایند پدیداری شان بسیار متفاوت است. فراوان ترین ایزوتوپ آن، هلیم-۴ در زمین از راه واپاشی آلفای عنصرهای پرتوزای سنگین تر تولید می‌شود. پرتوهای آلفای تابیده شده همگی هسته‌های یونیزه شدهٔ هلیم-۴ اند. هلیم-۴ به طرز غیرمعمولی هستهٔ پایداری دارد چون ذره‌های هسته‌ای آن از آرایش الکترونی پایداری برخوردازند. این ایزوتوپ‌ها در جریان هسته‌زایی مهبانگ به فراوانی تولید شدند.

هلیم-۳ به مقدار بسیار ناچیز یافت می‌شود که بیشتر آن از هنگامهٔ ساخت زمین به جای مانده. گاهی هم هلیم گیر افتاده در گرد و غبار کیهانی هم وارد زمین شده‌است.[۲۳] همچنین در اثر واپاشی بتای تریتیوم هم اندکی هلیم-۳ تولید می‌شود.[۲۴] در سنگ‌های پوستهٔ زمین ایزوتوپ‌هایی از هلیم پیدا می‌شود که نسبت یک به ده دارد با توجه به این نسبت‌ها می توان دربارهٔ منشا سنگ‌ها و ساختار گوشتهٔ زمین پژوهش کرد.[۲۳] هلیم بیش از همه به عنوان محصول واکنش‌های همجوشی در ستاره‌ها پیدا می‌شود. بنابراین در محیط‌های میان ستاره‌ای نسبت هلیم-۳ به هلیم-۴ نزدیک به صد برابر بیشتر از نسبت آن در زمین است.[۲۵] در ماده‌های فرازمینی مانند سنگ‌های موجود در ماه یا سیارک‌ها می توان ردّ پای هلیم-۳ را از هنگامی که در اثر بادهای خورشیدی پرتاب شدند، پیدا کرد. غلظت هلیم-۳ موجود در ماه، ۰٫۰۱ ppm است (یک بخش در میلیون) که بسیار بالاتر از مقدار آن، ۵ ppt در هواکرهٔ زمین است (یک بخش در تریلیون).[۲۶][۲۷] دسته‌ای از جملهٔ آن‌ها جرارلد کالسینسکی در سال ۱۹۸۶ پیشنهاد دادند[۲۸] که در سطح ماه جستجو شود و از معدن‌های هلیم-۳ آن برای واکنش همجوشی هسته‌ای بهره برداری شود.

هلیم-۴ مایع را می توان با کمک کولرهای آبی ویژه تا نزدیک به ۱ کلوین سرد کرد. روش سردسازی هلیم-۳ مانند هلیم-۴ است با این تفاوت که هلیم-۳ نقطهٔ جوش پایین تری، نزدیک به ۰٫۲ کلوین دارد و این فرایند در سردساز هلیم-۳ روی می‌دهد. اگر بخواهیم مخلوطی از هلیم-۳ و هلیم-۴ با نسبت‌های برابر در زیر ۰٫۸ کلوین داشته باشیم این دو به به دلیل ناهمانندی به صورت دو بخش مخلوط نشدنی از هم جدا می‌شوند (اتم‌های هلیم-۴ را بوزون‌ها تشکیل می‌دهد در حالی که در هلیم-۳ فرمیون‌ها سازندهٔ اتم‌هایند.[۸]) این ویژگی هلیم در یخچال‌های رقیق‌سازی برای رسیدن به دمای چند میلی کلوین به کار می‌آید.

می توان به صورت آزمایشگاهی هم ایزوتوپ هلیم درست کرد اما این ایزوتوپ‌ها خیلی زود به دیگر ماده‌ها دگرگون می‌شوند. برای نمونه می توان از هلیم-۵ یاد کرد که دارای کوتاه ترین نیمه‌عمر، ۷٫۶×۱۰−۲۲ ثانیه‌است. پس از آن هلیم-۶ است که تابش بتا و نیمه عمر ۰٫۸ ثانیه دارد. هلیم-۷ ذرات بتا و پرتوی گاما می تاباند. هلیم-۷ و هلیم-۸ هر دو در شرایط ویژهٔ واکنش‌های هسته‌ای پدید می‌آیند.[۸] هلیم-۶ و هلیم-۸ هر دو با نام Nuclear halo هم شناخته شده‌اند. به این معنی که شعاع بدست آمده برای آنها بسیار بیشتر از مقدار پیشبینی شده توسط مدل‌های اندازه گیری (برای نمونه liquid drop model) است.[۸]

منبع

  1. ↑ Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. ↑ Shuen-Chen Hwang, Robert D. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Noble Gases". Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley. pp. 343–383. doi:10.1002/0471238961.0701190508230114.a01.
  3. ↑ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. ↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  5. ↑ Helium: Up, Up and Away? Melinda Rose, Photonics Spectra, Oct. 2008. Accessed Feb 27, 2010. For a more authoritative but older 1996 pie chart showing U.S. helium use by sector, showing much the same result, see the chart reproduced in "Applications" section of this article.
  6. ↑ Kochhar, R. K. (1991). "French astronomers in India during the 17th – 19th centuries". Journal of the British Astronomical Association. ۱۰۱ (۲): ۹۵–۱۰۰. Bibcode:1991JBAA..101...95K.
  7. ↑ ۷٫۰ ۷٫۱ ۷٫۲ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. ۱۷۵–۱۷۹. ISBN 0-19-850341-5.
  8. ↑ ۸٫۰ ۸٫۱ ۸٫۲ ۸٫۳ ۸٫۴ Clifford A. Hampel (1968). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Van Nostrand Reinhold. pp. ۲۵۶–۲۶۸. ISBN 0-442-15598-0.
  9. ↑ Sir Norman Lockyer – discovery of the element that he named helium" Balloon Professional Magazine, 7 August 2009.
  10. ↑ "Helium". Oxford English Dictionary. 2008. Retrieved 2008-07-20.
  11. ↑ Thomson, William (Aug. 3, 1871). "Inaugural Address of Sir William Thompson". Nature. ۴: ۲۶۱–۲۷۸ [۲۶۸]. Bibcode:1871Natur...4..261.. doi:10.1038/004261a0. Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
  12. ↑ Stewart, Alfred Walter (2008). Recent Advances in Physical and Inorganic Chemistry. BiblioBazaar, LLC. p. ۲۰۱. ISBN 0-554-80513-8.
  13. ↑ Ramsay, William (1895). "On a Gas Showing the Spectrum of Helium, the Reputed Cause of D3 , One of the Lines in the Coronal Spectrum. Preliminary Note". Proceedings of the Royal Society of London. ۵۸ (۳۴۷–۳۵۲): ۶۵–۶۷. doi:10.1098/rspl.1895.0006.
  14. ↑ Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I". Proceedings of the Royal Society of London. ۵۸ (۳۴۷–۳۵۲): ۸۰–۸۹. doi:10.1098/rspl.1895.0010.
  15. ↑ Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II--". Proceedings of the Royal Society of London. ۵۹ (۱): ۳۲۵–۳۳۰. doi:10.1098/rspl.1895.0097.
  16. ↑ (آلمانی) Langlet, N. A. (1895). "Das Atomgewicht des Heliums". Zeitschrift für anorganische Chemie (به آلمانی). ۱۰ (۱): ۲۸۹–۲۹۲. doi:10.1002/zaac.18950100130.
  17. ↑ Weaver, E.R. (1919). "Bibliography of Helium Literature". Industrial & Engineering Chemistry.
  18. ↑ Munday, Pat (1999). John A. Garraty and Mark C. Carnes (ed.). Biographical entry for W.F. Hillebrand (1853–1925), geochemist and U.S. Bureau of Standards administrator in American National Biography. Vol. ۱۰–۱۱. Oxford University Press. pp. ۸۰۸–۹, ۲۲۷–۸.
  19. ↑ van Delft, Dirk (2008). "Little cup of Helium, big Science" (PDF). Physics today: ۳۶–۴۲. Archived from the original (PDF) on June 25, 2008. Retrieved 2008-07-20.
  20. ↑ "Coldest Cold". Time Inc. ۱۹۲۹-۰۶-۱۰. Retrieved 2008-07-27.
  21. ↑ Kapitza, P. (1938). "Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point". Nature. ۱۴۱ (۳۵۵۸): ۷۴. Bibcode:1938Natur.141...74K. doi:10.1038/141074a0.
  22. ↑ Osheroff, D. D. ; Richardson, R. C. ; Lee, D. M. (1972). "Evidence for a New Phase of Solid He۳". Phys. Rev. Lett. ۲۸ (۱۴): ۸۸۵–۸۸۸. Bibcode:1972PhRvL..28..885O. doi:10.1103/PhysRevLett.28.885.{{cite journal}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  23. ↑ ۲۳٫۰ ۲۳٫۱ Anderson, Don L. ; Foulger, G. R. ; Meibom, A. (۲۰۰۶-۰۹-۰۲). "Helium Fundamentals". MantlePlumes.org. Retrieved 2008-07-20.{{cite web}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  24. ↑ Novick, Aaron (1947). "Half-Life of Tritium". Physical Review. ۷۲ (۱۰): ۹۷۲–۹۷۲. Bibcode:1947PhRv...72..972N. doi:10.1103/PhysRev.72.972.2.
  25. ↑ Zastenker G. N. et al. (2002). "Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements". Astrophysics. ۴۵ (۲): ۱۳۱–۱۴۲. Bibcode:2002Ap.....45..131Z. doi:10.1023/A:1016057812964. Archived from the original on October 1, 2007. Retrieved 2008-07-20.
  26. ↑ "Lunar Mining of Helium-3". Fusion Technology Institute of the University of Wisconsin-Madison. ۲۰۰۷-۱۰-۱۹. Retrieved 2008-07-09.
  27. ↑ Slyuta, E. N. ; Abdrakhimov, A. M. ; Galimov, E. M. (2007). "The estimation of helium-3 probable reserves in lunar regolith" (PDF). Lunar and Planetary Science XXXVIII. Retrieved 2008-07-20.{{cite web}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  28. ↑ Hedman, Eric R. (۲۰۰۶-۰۱-۱۶). "A fascinating hour with Gerald Kulcinski". The Space Review. Retrieved 2008-07-20.
جدول تناوبی
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
فلزهای قلیایی فلزهای قلیایی خاکی لانتانیدها آکتینیدها فلز واسطه فلزات پس‌واسطه شبه‌فلزها نافلزها هالوژن‌ها گازهای نجیب
 جدول تناوبی با جزئیات بیشتر

الگو:Link FA الگو:Link FA الگو:Link FA الگو:Link FA الگو:Link GA

برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=هلیوم&oldid=7565518»