Vodonik i helijum

Odavno je astronome interesovalo kako su nastali hemijski elementi u kosmosu. Zato su posmatrali Sunce, zvezde i planete i vršili analize spektroskopskim metodama. Po teoriji nukleosinteze svi teži elementi nastali su od vodonika. Posle vodonika koji čini oko 90% kosmosa helijum je drugi najrasprostranjeniji element (oko 9%). U Zemljinoj atmosferi nalazi se u razmeri od 5,4 ppm. Francuski astronom Pierre Janssen otkrio je helijum u spektru korone Sunca za vreme pomračenja 1868. god. A engleski hemičar Sir Edward Frankland i britanski astronom Sir Joseph Norman Lockyer nazvali su ga helijum prema grčkoj reči "helios" što znači Sunce. Godine 1895 britanski hemičar Sir William Ramsay saznao je da je u SAD izolovan gas koji je bio zarobljen u mineralu urana. To ga je zainteresovalo da spektroskopski ispita gas i zaključio je da je to isti element helijum pronađen na Suncu. Helijum se nalazi u prirodnim gasovima, gde je zastupljen sa oko 0,4%. Dobija se kondenzacijom a zatim frakcionom destilacijom. Proizvod je radioaktivnog raspada nekih radioaktivnih elemenata koji ulaze u sastav minerala. Jedan deo helijuma oslobađa se i pošto je lakši od vazduha nepovratno "beži" u atmosferu.

Helijum je hemijski inertan gas bez boje, ukusa i mirisa, slabo rastvorljiv u vodi. Njegov atomski broj je 2 a elektronska konfiguracija 1s² (komentar). Njegova atomska masa je 4.0026. Pripada grupi plemenitih gasova ili nultoj grupi jer se nekad verovalo da ovi elementi ne grade jedinjenja. Osim helijuma u ovu grupu spadaju neon, argon, kripton, ksenon i radon. Helijum ne reaguje sa drugim elementima jer su njegove valentne orbitale popunjene. Pretpostavlja se da su moguće hemijske reakcije helijuma i drugih plemenitih gasova sa vodonikom ali postojanje ovakvih reakcija još uvek nije potvrđeno.

Helijum ima visoku energiju jonizacije, i vrlo teško otpušta elektrone. U gasovitom i tečnom agregatnom stanju je monoatoman. Na normalnom pritisku ga je nemoguće prevesti u čvrsto agregatno stanje. Helijum ima najnižu temperaturu ključanja -268.9° C i najnižu temperaturu topljenja -272.2° C. Pomoću helijumovog termometra moguće je izmeriti temperature u intervalu od -260° C do 1000° C.

Na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli prelazi u helijum II ili superfluidni helijum. Koji može za minut izazvati pucanje i sitne pore ili rupice pa cak i sirenje preko strana i ivica posude. Tečan helijum je najhladnija poznata tečnost i zato se koristi za ispitivanje materijala pri niskim temperaturama. Eksperimenti sa tečnim helijumom pomogli su naučnicima da razjasne pojave na temperaturi apsolutne nule, tj -273° C ili 0K pri normalnom pritisku. Upotrebljava se pri hermetičkom zatvaranju rezervoara goriva sa tečnim vodonikom kod raketa.

Moguća primena je kod nuklearnih reaktora kao transfera pri zagrevanju zbog njegove inertnosti. Kod zavarivanja legura aluminijuma i magnezijuma, pri zagrevanju nekih delova, stvaranju sintetičke atmosfere u medicini za pacijente sa problemima respiratornih organa, u terapiji lečenja očnog tumora i u stomatologiji.

Helijum se transportuje kao gas u malim kolicinama i u celicnim bocama. Vece kolicine helijuma se transpotuju kao tecnost u izolovanim rezervoarima.

Jedna od najzanimljivijih primena helijuma je za punjenje vazdušnih balona zbog male gustine i inertnosti jer je vodonik zapaljiv. Prvi balon u atmosferu poslali su 1783.god. francuzi Jacques Étienne and Joseph Michel Montgolfier. Takvi baloni služe za merenje i beleženje fizičkih promena u vazduhu, raznih strujanja-vetrova, pritiska, temperature u meteorologiji. Napravljeni su od neoprena ili gume sa radiosondom koja beleži i šalje podatke. Kittinger je prvi 1984.god. u balonu napunjenim helijumom preleteo preko Atlantika (5690 km). Za vreme ratova koristili su se u vojne svrhe za nadgledanje terena kao i za bežanje iz država. Postoje veći baloni-gondole za prevoz putnika koji se pune vodonikom ili helijumom i prave se sa malim butanskim ili propanskim gorionikom. Danas je to vrlo moderan sport. Čitavi timovi naučnika učestvuju u konstruisanju sve boljih balona i ulazu se milioni dolara u te svrhe. Švajcarski psihijatar Bertrand Piccard i britanski pilot Brian Jones od 1999.god. non-stop pilotiraju u balonima. Njihovo putovanje od Švajcarske do sletanja u Egipat gde ih je odnelo strujanje trajalo je 19 dana i 21 sat.

Smeša helijuma i kiseonika ("helijumov vazduh") se koristi za punjenje ronilačkih boca jer se helijum manje rastvara u krvi od azota.

Godine 1907.god. Sir Ernest Radeford je pokazao da su alfa cestice jezgra helijuma.

U prirodi helijum postoji kao smeša izotopa helijuma-3 i helijuma-4. Oko 1 ppm atmosferskog helijuma postoji u obliku He-3 koji nastaje raspadom tricijuma, radioaktivnog izotopa vodonika. Helijum-4 se dobija fuzijom 600 miliona tona vodonika u jezgru Sunca. Ovaj proton-protonski ciklus odvija se kroz nekoliko nuklearnih reakcija tako sto reaguju četiri protona vodonika pri velikoj brzini i temperaturi od 107 K i nastaje jezgro helijuma-4. Ovakvi procesi se odvijaju i na drugim zvezdama. Za nekoliko sekundi oslobađa se velika energija. Na helijum otpada 25% mase Sunca. Na Uranu helijuma ima oko 15%.

*******

komentar:

Ispravljeno 20.04.2009. Pogledajte komentar dole.