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 چیست؟
بسیاری از گاز ها را می توان در آزمایشگاه تهیه کرد. اما بعضی از آنها را فقط در طبیعت می توان یافت.
هلیم یکی از این گازها است که بی بو و بی مزه است. این گاز دارای خصوصیات ویژه ای است که انرا برای ما مفید می سازد پس از هیدروژن این گاز سبک ترین گازهاست. سبکی گاز هلیم باعث کاربرد آن در بالون ها، نیروی دریایی، هوایی و زمینی در ارتش می شود. برای آنکه غواصانی که از اعماق دریا رو به سطح آب شنا می کنند. به دلیل تغییر میزان فشار آب دچار سکته نشوند در کپسول هوای آنها ترکیبی از هلیم و اکسیژن وارد می کنند. برای جوشکاری آلومینیوم نیز از گاز هلیم بهره برده می شود. ترکیبی از هلیم و نئون برای تولید اشعه لیزر بکار گرفته شود. در حرارت 4/286 درجه سانتی گراد هلیم به مایع تبدیل می شود. به همین دلیل برای انجام کارهایی که در حرارت بسیار کم امکان پذیر است مورد استفاده قرار می گیرد. هلیم در 1868 توسط دانشمندان انگلیسی«سرجوزف ندمن» «لایک یر» «پیرجانسن» کشف شد. هنگامی که آنان مشغول مطالعه طیف خورشیدی برای عناصر موجود در آن بودند متوجه خطوطی که پیش از آن هرگز دیده شده بود گردیدند این خطوط امکان وجود عناصر جدیدی را در خورشید مطرح کرد و بر اساس کلمه یونانی «هلیوس» یعنی خورشید نام آن را هلیم گذاشتند از آن پس دانشمندان مطالعات فراوانی بر روی هلیم انجام دادند و دریافتند که در اتمسفر زمین نیز هلیم به میزان کمی وجود دارد در هوای اتمسفری هلیم به مقدار 186000/1 از عناصر را تشکیل می دهد یعنی 0005239/ درصد می باشد.
در بعضی از نقاط امریکا مانند تگزاس نیومکزیکر، کانزاس، میزان هلیم به 8% در اتمسفر می رسد همچنین در بعضی نقاط دیگر مثل کانادا، افریقا و صحرا میزان این گاز زیاد است.
امریکا بزرگترین فروشنده هلیم به کشورهای دیگر است زیرا دارای بزرگترین منبع هلیم جهان است در گذشته این گاز بسیار گران بود اما امروزه قیمت آن کاهش یافته است.
اطلاعات اولیه
هلیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان He و عدد اتمی 2 وجود دارد. هلیم که گاز بی‌اثر بی‌رنگ و بی‌بویی است، دارای پایین‌ترین نقطه جوش در میان عناصر است و تنها تحت فشار بسیار زیاد به حالت جامد در می‌آید. این عنصر بصورت گاز تک‌اتمی یافت می‌شود، از نظر شیمیایی خنثی میباشد و بعد از هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان به حساب می‌آید.
هلیم در جو زمین به میزان بسیار کم براثر فرسایش مواد معدنی خاصی یافت شده ، در بعضی از آبهای معدنی هم وجود دارد. هلیم در گازهای طبیعی خاصی بصورت مقادیر قابل تهیه تجاری وجود دارد و از آن بعنوان گاز بالابرنده در بالونها ، مایع سردکننده سرمازا در آهنرباهای ابر رسانا و گاز وزن افزا در غواصی در آبهای عمیق استفاده می‌گردد.
تاریخچه
هلیم ( از واژه یونانی helios به معنی خورشید ) درسال 1868 توسط "Pierre Janssen" فرانسوی و "Norman Lockyer" انگلیسی که مستقل از هم فعالیت می‌کردند، کشف شد. هر دوی آنها هنگام یک خورشید گرفتگی در همان سال ، مشغول مطالعه بر روی نور خورشید بودند و بطور طیف‌نمایی متوجه خط انتشار عنصر ناشناخته ای شدند. "Eduard Frankland" ضمن تایید یافته‌های Janssen ، نام این عنصر را با توجه به نام خدای خورشید در یونان ،Helios پیشنهاد کرد و چون انتظار می‌رفت این عنصر جدید ، فلز باشد، پسوند ium – را به آن افزود.
"William Ramsay" سال 1895 این عنصر را از clevite جدا نمود و در نهایت متوجه غیر فلز بودن آن گشت، اما نام این عنصر تغییری نکرد. "Nils Langlet" و "Per Theodor Cleve" شیمیدانان سوئدی که بطور مستقل از Ramsay کار می‌کردند، تقریبا" در همان زمان موفق به جداسازی هلیم از Clevite شدند.
سال 1907 "Thomas Royds" و "Thomas Royds" موفق به اثبات این واقعیت شدند که ذرات آلفا ، هسته‌های اتم هلیم می‌باشند. "Heike Kamerlingh Onnes" فیزیکدان آلمانی درسال 1908 اولین مایع هلیم را بوسیله سرد کردن این گاز تا 9K بدست آورد و به سبب این کار بزرگ ، جایزه نوبل را به او اهداء کردند.
سال 1926، یکی از شاگردان او به نام "Willem Hendrik Keesom " برای اولین بار هلیم را بصورت جامد تبدیل نمود.
پیدایش
هلیم بعد از هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است و تقریبا" 20% ماده ستارگان را تشکیل می‌دهد. این گاز همچنین دارای نقش مهمی در واکنشهای پروتون – پروتون و چرخه کربن در ستارگان است که تشکیل دهنده بیشترین انرژی آنها میباشد. فراوانی هلیم بیشتر از آن است که با تولید توسط ستارگان توجیه شود، اما با مدل انفجار بزرگ (Big Bang ) سازگار است و اکثر هلیم موجود در جهان در سه دقیقه اول شکل‌گیری جهان بوجود آمده‌اند.
این عنصر در جو زمین و به مقدار 1 در 000 00 2 وجود داشته ، بعنوان یک محصول فروپاشی در کانی‌های رادیواکتیو گوناگونی یافت می‌شود؛ بخصوص این عنصر در کانی‌های اورانیوم و توریم مانند clevites ، pitchblende، carnotite ، monazite و beryl ، بعضی از آبهای معدنی ( در بعضی از چشمه های ایسلند به میزان 1 در 1000 هلیم وجود دارد )، در گازهای آتشفشانی و در گازهای طبیعی خاصی در آمریکا (که بیشتر هلیم تجاری جهان از این منطقه بدست می‌آید) دیده می‌شود.
هلیم را می توان از طریق بمباران لیتیم با بور بوسیله پروتونهای سریع تولید نمود.
خصوصیات قابل توجه
هلیم در دما و فشار طبیعی بصورت گازی تک‌اتمی وجود دارد و فقط در شرایط بسیار غیر عادی متراکم می‌شود. هلیم دارای پایین‌ترین نقطه ذوب در میان عناصر است و تنها مایعی است که با کاهش دما به جامد تبدیل نمی‌شود و در فشار استاندارد تا دمای صفر مطلق به حالت مایع باقی می‌ماند؛ (تنها با افزایش فشار می‌توان آنرا به جامد تبدیل نمود.)
در واقع دمای بحرانی که بالاتر از آن بین حالات مایع و گاز هیچ تفاوتی وجود ندارد، تنها 19,5K است. He-4 و He-3 جامد از این نظر که یک محقق می‌تواند با استفاده از فشار حجم آنها را بیش از 30% تغییر دهد، منحصر به فرد هستند. ظرفیت گرمایی ویژه گاز هلیم بسیار زیاد است و بخار آن بسیار متراکم