ماهي مادة الهيليوم ؟ التي تشتهر بها قطر
غاز الهيليوم أو مادة الهيليوم من العناصر الكيميائية الخاملة أو النبيلة الموجودة في الطبيعة، وتقع في الدورة الأولى وفي الجزء العلوي من المجموعة الثامنة في الجدول الدوري .
يُرمز للغاز الهيليوم بالرمز (He)، وعدده الذري هو (2)، ويتألف الهيليوم بشكل أساسي من نواة تحتوي على بروتونين ونيوترونين اثنين، وتحيط بها إلكترونين اثنين في مداراتهما الذرية .
يتميز الهيليوم بأنه غاز عديم اللون والرائحة والمذاق، وغير قابل للاشتعال وخالٍ من السمية، وهو العنصر الوحيد الذي يمتلك سرعة إفلات عالية وتسرب كبير .
فيما يتعلق بالنشاط الكيميائي الخاص بالهيليوم، فإنه يكون قليلاً للغاية بسبب امتلاء مداراته الإلكترونية بالإلكترونات في أفلاكه الخارجية، وهذا ما يجعله مستقرًا .
بالإضافة إلى أنه يتميز بالتفاعل البسيط مع العناصر المجاورة له، حتى عند تعريضه للحرارة، فإن عنصر الهيليوم لديه القدرة الجيدة على توصيل الحرارة والكهرباء، بالإضافة إلى كثافة ونقطة غليان منخفضة، وكما أنه يذوب بصعوبة في الماء .
كيفية اكتشاف عنصر الهيليوم :-
تم اكتشاف الهيليوم لأول مرة في الغلاف الشمسي في عام 1868م، بالتحديد أثناء حدوث كسوف شمسي كامل في الهند، وتم اكتشافه من قبل العالمين الفلكيين بيري جولي وجوزيف نورمان .
كان ذلك خلال دراسة كسوف الشمس في ذلك العام، ورصد الأشعة التي تنبعث منه بواسطة التحليل الطيفي، والذي يعتمد على وضع مؤشر خاص للتعامل مع الإشعاع الشمسي .
يتفكك الإشعاع الشمسي إلى عدة ألوان، وقد لاحظ العلماء وجود خط غير مألوف أو معروف أصفر اللون في ذلك اليوم. ولا يمكن أن يكون هذا اللون ناتجًا عن أي عنصر معروف في ذلك الوقت .
ومن خلال هذا الملاحظة، تبين للباحثين وجود عنصر جديد يشكل غيمة حول الشمس، واستمرت عملية البحث عن هذا العنصر حتى تبين لهم أنه ثاني أكثر العناصر انتشارا في الفضاء الخارجي، بعد غاز الهيدروجين، حيث يسبقه في الانتشار غاز الأكسجين.
فيما يتعلق بالنطاق الخاص بالهيليوم في الغلاف الجوي، تم اكتشافه أنه واحد من العناصر النادرة على الرغم من انتشاره الواسع في الغلاف الجوي، وذلك بسبب كثافته البسيطة التي تجعله يتصاعد إلى الأعلى ويخترق الغلاف الجوي للوصول إلى الفضاء الخارجي. لذلك تم تسميته بمسمى الهيليوم .
كيفية تشكل الهيليوم في باطن الأرض :-
يتم تشكيل الهيليوم في باطن الأرض عن طريق الانشطار الإشعاعي للعناصر الثقيلة مثل اليورانيوم والثوريوم، حيث يتم إنتاج عنصر (ألفا) من هذه العملية، وهو عبارة عن نواة الهيليوم الخاصة بذرة الهيليوم .
إذ تنجح بعضاً من تلك الذرات في شق طريقها في اتجاه الغلاف الجوي مندمجة مع الهواء ، و لكن ذلك يحدث بنسبة بسيطة أما الكمية الأكبر أو النسبة الأعلى فهي تلك التي تحتجز في باطن الأرض ، و داخل المصائد الخاصة بالصخور الكتيمة ، و التي تقوم بالاختلاط مع الغاز الطبيعي المتشكل فيها.
أكثر الدول إنتاجاً للهيليوم :-
تقدر نسبة الاحتياطي العالمي من مادة الهيليوم بنحو (41) مليار متر مكعب بينما يوجد أكبر مخزون منها في دولاً مثل قطر علاوة على الجزائر ، و روسيا ، و الولايات المتحدة الأمريكية بينما يصل المعدل الخاص بالإنتاج العالمي من مادة الهيليوم سنوياً مقدراً بحوالي (175) مليون متراً مكعباً .
تُعد الولايات المتحدة الأمريكية أكبر منتج للهيليوم في العالم، بينما تأتي دولة قطر في المرتبة الثانية كثاني أكبر منتج لهذا الغاز بعد الولايات المتحدة الأمريكية .
كيفية إنتاج غاز الهيليوم من الغاز الطبيعي :-
إن إنتاج الهيليوم هو عملية معقدة تتطلب توافر تكنولوجيا عالية ومعدات خاصة. ويتكون إنتاج غاز الهيليوم أو مادة الهيليوم من الغاز الطبيعي من مرحلتين أساسيتين، ويتطلب كل منهما دقة عالية:
المرحلة الأولى :- تتمثل عملية التكثيف في تكثيف الغاز الطبيعي المستخرج من باطن الأرض، ويتم ذلك باستخدام درجات حرارة منخفضة، وينتج عن ذلك مركبات الهيدروكربونات الطبيعية الغازية، بالإضافة إلى مركز الغاز الهيليوم، والذي يتركز فيه الهيليوم بنسبة تصل إلى 80% .
المرحلة الثانية :- – وهي المرحلة التي يتم فيها تنقية مركز الهيليوم من مثل هذه الشوائب الممكن وجودها فيه، مثل غاز الميثان أو النيتروجين أو الأرغون، وغيرها من الغازات الأخرى .
أهم الاستعمالات الصناعية الخاصة بعنصر الهيليوم أو غاز الهيليوم :-
نظرًا للخصائص المتميزة لعنصر الهيليوم، فقد استُخدم في العديد من المجالات الصناعية الهامة، ومنها:
أولاً :- تبريد الأجهزة المغناطيسية علاوة على صنع هذه الرقائق الخاصة ب السليكون ، و الجرمانيوم .
ثانياً :- يستخدم الهيليوم في علاج الأزمات النفسية، حيث يساعد المريض على استنشاق كمية أكبر من الأكسجين بسبب خفة وزنه ودرجة كثافته المنخفضة، ويعمل وجود الهيليوم في الهواء الذي يستنشقه المريض على تسريع عملية التنفس لديه .
ثالثاً :- يستعمل الهيليوم بشكلاً أساسياً في ملئ السفن الهوائية ، و المناطيد من أجل أن تتمكن من الارتفاع ، و الطيران ، و ذلك يرجع إلى خفته ، و قلة درجة كثافته هذا بالإضافة إلى عدم قابليته للاشتعال .
رابعاً :- يستخدم الهيليوم للكشف عن التسريب في عمليات الانتشار الغازي، التي تحدث أثناء عمليات تخصيب اليورانيوم، بالإضافة إلى كثير من استخداماته في الصناعات النووية، وذلك لأنه يعد موصلًا جيدًا للحرارة.
خامساً :- يستخدم الهليوم كعامل مساعد في عمليات اللحام الخاصة التي يجب أن تجرى في جو معزول عن الهواء .
سادساً :- يتم خلط الهيليوم في المواد المستخدمة في التنفس أثناء الغوص تحت الماء وفي المركبات الفضائية، ويعود السبب في ذلك إلى قدرته على زيادة سرعة تدفق الأكسجين في الأسطوانات .