هليوم

(تم التحويل من Helium)
الهليوم, 00He
A clear tube with a red light emanating from it
الهليوم
المظهرغاز عديم اللون، يظهر بريق أحمر-برتقالي عند وضعه في مجال كهربائي ذو جهد عالي
الوزن الذري العياري Ar°(He)
الهليوم في الجدول الدوري
Hydrogen (reactive nonmetal)
Helium (noble gas)
Lithium (alkali metal)
Beryllium (alkaline earth metal)
Boron (metalloid)
Carbon (reactive nonmetal)
Nitrogen (reactive nonmetal)
Oxygen (reactive nonmetal)
Fluorine (reactive nonmetal)
Neon (noble gas)
Sodium (alkali metal)
Magnesium (alkaline earth metal)
Aluminium (post-transition metal)
Silicon (metalloid)
Phosphorus (reactive nonmetal)
Sulfur (reactive nonmetal)
Chlorine (reactive nonmetal)
Argon (noble gas)
Potassium (alkali metal)
Calcium (alkaline earth metal)
Scandium (transition metal)
Titanium (transition metal)
Vanadium (transition metal)
Chromium (transition metal)
Manganese (transition metal)
Iron (transition metal)
Cobalt (transition metal)
Nickel (transition metal)
Copper (transition metal)
Zinc (post-transition metal)
Gallium (post-transition metal)
Germanium (metalloid)
Arsenic (metalloid)
Selenium (reactive nonmetal)
Bromine (reactive nonmetal)
Krypton (noble gas)
Rubidium (alkali metal)
Strontium (alkaline earth metal)
Yttrium (transition metal)
Zirconium (transition metal)
Niobium (transition metal)
Molybdenum (transition metal)
Technetium (transition metal)
Ruthenium (transition metal)
Rhodium (transition metal)
Palladium (transition metal)
Silver (transition metal)
Cadmium (post-transition metal)
Indium (post-transition metal)
Tin (post-transition metal)
Antimony (metalloid)
Tellurium (metalloid)
Iodine (reactive nonmetal)
Xenon (noble gas)
Caesium (alkali metal)
Barium (alkaline earth metal)
Lanthanum (lanthanide)
Cerium (lanthanide)
Praseodymium (lanthanide)
Neodymium (lanthanide)
Promethium (lanthanide)
Samarium (lanthanide)
Europium (lanthanide)
Gadolinium (lanthanide)
Terbium (lanthanide)
Dysprosium (lanthanide)
Holmium (lanthanide)
Erbium (lanthanide)
Thulium (lanthanide)
Ytterbium (lanthanide)
Lutetium (lanthanide)
Hafnium (transition metal)
Tantalum (transition metal)
Tungsten (transition metal)
Rhenium (transition metal)
Osmium (transition metal)
Iridium (transition metal)
Platinum (transition metal)
Gold (transition metal)
Mercury (post-transition metal)
Thallium (post-transition metal)
Lead (post-transition metal)
Bismuth (post-transition metal)
Polonium (post-transition metal)
Astatine (metalloid)
Radon (noble gas)
Francium (alkali metal)
Radium (alkaline earth metal)
Actinium (actinide)
Thorium (actinide)
Protactinium (actinide)
Uranium (actinide)
Neptunium (actinide)
Plutonium (actinide)
Americium (actinide)
Curium (actinide)
Berkelium (actinide)
Californium (actinide)
Einsteinium (actinide)
Fermium (actinide)
Mendelevium (actinide)
Nobelium (actinide)
Lawrencium (actinide)
Rutherfordium (transition metal)
Dubnium (transition metal)
Seaborgium (transition metal)
Bohrium (transition metal)
Hassium (transition metal)
Meitnerium (unknown chemical properties)
Darmstadtium (unknown chemical properties)
Roentgenium (unknown chemical properties)
Copernicium (post-transition metal)
Nihonium (unknown chemical properties)
Flerovium (unknown chemical properties)
Moscovium (unknown chemical properties)
Livermorium (unknown chemical properties)
Tennessine (unknown chemical properties)
Oganesson (unknown chemical properties)


He

Ne
الهيدروجينالهليومالليثيوم
الرقم الذري (Z)2
المجموعة18
الدورةperiod 1
المستوى الفرعي  s-block
التوزيع الإلكتروني1s2
الإلكترونات بالغلاف2
الخصائص الطبيعية
الطور at د.ح.ض.قgas
نقطة الانصهار0.95 K ​(−272.20 °س، ​−457.96 °F) (at 2.5 MPa)
نقطة الغليان4.222 K ​(−268.928 °س، ​−452.070 °ف)
الكثافة (at STP)0.1786 g/L
حين يكون سائلاً (عند ن.إ.)0.145 ج/سم³
حين يكون سائلاً (عند ن.غ.)0.125 ج/سم³
النقطة الثلاثية2.177 K, ​5.043 kPa
النقطة الحرجة5.1953 K, 0.22746 MPa
حرارة الانصهار0.0138 kJ/mol
حرارة التبخر0.0829 kJ/mol
السعة الحرارية المولية20.78[1] J/(mol·K)
ضغط البخار (تعريف ITS-90)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T (K)     1.23 1.67 2.48 4.21
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة0
الكهرسلبيةمقياس پاولنگ: no data
طاقات التأين
  • الأول: 2372.3 kJ/mol
  • الثاني: 5250.5 kJ/mol
نصف قطر التكافؤ28 pm
نصف قطر ڤان در ڤالز140 pm
Color lines in a spectral range
خصائص أخرى
البنية البلوريةhexagonal close-packed (hcp)
Hexagonal close-packed crystal structure for الهليوم
سرعة الصوت972 م/ث
قضيب رفيع0.1513 W/(m·K)
الترتيب المغناطيسيمغناطيسية معاكسة[2]
رقم كاس7440-59-7
التاريخ
التسميةafter Helios, Greek god of the Sun
الاكتشافپيير يانسن، نورمان لويكر (1868)
أول عزلوليام رامزي، پير تيودور كلڤ، أبراهام لانگلت (1895)
نظائر الالهليوم v • [{{fullurl:Template:{{{template}}}|action=edit}} e] 
قالب:جدول نظائر الهليوم غير موجود
 التصنيف: الهليوم
| المراجع

الهليوم، (Helium، من [ἥλιος] Error: {{Langx}}: transliteration text not Latin script (pos 3: ه) (help))، هو عنصر كيميائي رمزه He ورقمه الذري 2. وهو غاز خامل عديم اللون والرائحة وغير سام، أحادي الذرة، وهو الأول في مجموعة الغازات النبيلة بالجدول الدوري.[أ] نقطة غليانه هي الأدنى بين جميع العناصر، ولا توجد له نقطة انصهار عند الضغوط القياسية. وهو ثاني أخف العناصر وثاني أكثرها وفرة في الكون المرئي، بعد الهيدروجين. يشكل الهليوم حوالي 24% من إجمالي كتلة العناصر، أي أكثر من 12 ضعف كتلة جميع العناصر الأثقل مجتمعة. وتتشابه وفرته في كل من الشمس والمشتري، نظراً لطاقة الترابط النووي العالية جداً (لكل نوية) للهليوم-4 مقارنة بالعناصر الثلاثة التالية بعد الهليوم. كما تفسر طاقة الربط هذه سبب كونه ناتجاً عن كل من الاندماج النووي والاضمحلال المشع. يُعد الهليوم-4 النظير الأكثر شيوعاً للهليوم في الكون، وقد تشكلت غالبيته العظمى أثناء الانفجار العظيم. وتتكون كميات كبيرة من الهليوم الجديد عن طريق الاندماج النووي للهيدروجين في النجوم.

أُكتشف الهليوم لأول مرة كبصمة خط طيفي صفراء غير معروفة في ضوء الشمس أثناء كسوف الشمس عام 1868 بواسطة جورج راييه،[11] كاپتن ت. هيگ،[12] نورمان پوگسون،[13] والملازم جون هرتشل،[14] وتم تأكيد ذلك لاحقاً من قبل عالم الفلك الفرنسي جول جانسن.[15] غالباً ما يُنسب الفضل إلى جانسن، بالاشتراك مع نورمان لوكير، في اكتشاف هذا العنصر. سجّل جانسن خط طيف الهليوم أثناء كسوف الشمس 1868، بينما رصده لوكير من بريطانيا. مع ذلك، كان لوكير الوحيد الذي اقترح أن هذا الخط ناتج عن عنصر جديد، أطلق عليه اسماً مستوحى من الشمس. أما الاكتشاف الرسمي لهذا العنصر، فقد تم عام 1895 على يد الكيميائيين السير وليام رامزي، پر تيودور كلڤه، ونيلز أبراهام لانگلت، الذين وجدوا الهليوم ينبعث من خام اليورانيوم (الكلڤيت)، الذي لا يُعتبر الآن نوعاً معدنياً منفصلاً، بل نوعًا من اليورانينيت.[16][17] عام 1903، أُكتشفت احتياطيات كبيرة من الهليوم في حقول الغاز الطبيعي في أجزاء من الولايات المتحدة، وهي أكبر مورد للغاز حتى الآن.

يُستخدم الهليوم السائل في التبريد التجميدي (وهو الاستخدام الأكبر له، إذ يستهلك حوالي ربع الإنتاج)، وفي تبريد المغناطيسات فائقة التوصيل، مع تطبيقه التجاري الرئيسي في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي. أما الاستخدامات الصناعية الأخرى للهليوم - كغاز للضغط والتنقية، وكغلاف واقي للحام القوسي، وفي عمليات مثل إنماء البلورات لصنع رقائق السليكون - فتمثل نصف الغاز المُنتَج. ومن الاستخدامات الصغيرة لكن المعروفة استخدامه كغاز رافع في المناطيد والسفن الهوائية.[18]

كما هو الحال مع أي غاز تختلف كثافته عن كثافة الهواء، فإن استنشاق كمية صغيرة من الهليوم يُغير مؤقتاً من نبرة وجودة الصوت البشري. في البحث العلمي، يُعد سلوك طوري الهليوم-4 السائلين (الهليوم-1 والهليوم-2) مهماً للباحثين الذين يدرسون ميكانيكا الكم (وخاصة خاصية الميوعة الفائقة)، وللباحثين الذين يدرسون ظواهر مثل الموصلية الفائقة التي تحدث في المادة بالقرب من الصفر المطلق.

على الأرض، يُعد الهليوم نادراً نسبياً، إذ يبلغ تركيزه 5.2 جزء في المليون في الغلاف الجوي. وينتج معظمه الموجود اليوم عن الاضمحلال المشع الطبيعي للعناصر المشعة الثقيلة (مثل الثوريوم واليورانيوم، مع وجود أمثلة أخرى)، حيث تتكون جسيمات ألفا المنبعثة من هذه الاضمحلالات من نواة ذرة الهليوم-4. ويُحتجز هذا الهليوم المشع مع الغاز الطبيعي بتراكيز تصل إلى 7% حجمياً، ويُستخلص منه تجارياً بعملية فصل منخفضة الحرارة تُسمى التقطير التجزيئي. ويُعتبر الهليوم الأرضي مورداً غير متجدد، لأنه بمجرد انطلاقه في الغلاف الجوي، يتسرب سريعاً إلى الفضاء. ويُعتقد أن مخزونه يتناقص بسرعة.[19][20] ومع ذلك، تشير بعض الدراسات إلى أن الهليوم الناتج في أعماق الأرض عن طريق الاضمحلال المشع يمكن أن يتجمع في احتياطيات الغاز الطبيعي بكميات أكبر من المتوقع،[21] وفي بعض الحالات يُطلق عن طريق النشاط البركاني.[22]


التاريخ

الاكتشاف وأصل التسمية

يعد الهليوم العنصر الوحيد الذي اكتشف في الكون وذلك على الشمس قبل أن يكتشف على الأرض. حدث ذلك عندما لاحظ الفلكي بيير جانسن وجود خط أصفر لامع في طيف الإصدار للغلاف اللوني للشمس أثناء حادثة كسوف كلي للشمس في الهند عام 1868.[23][24] في ذات العام لاحظ الفلكي جوزيف نورمان لوكير نفس الخط الأصفر من الطيف الضوئي للشمس، وأسماه خط فراونهوفر D3، لأن له طول موجة مقداره 587.49 نانومتر وهو قريب من خطوط D1 و D2 للصوديوم.[25] بعد ذلك، استنتج لوكير أن الخط الطيفي هذا سببه عنصر موجود في الشمس وغير موجود على الأرض، فأطلق عليه سويّة مع إدوارد فرانكلاند الاسم الإغريقي للشمس ἥλιος هيليوس.[26][27][28]

في عام 1895، استطاع العالم البريطاني وليام رامزي أن يعزل الهليوم على الأرض، عندما قام بمعالجة معدن الكليفيت (وهو معدن مشابه لليورانينيت مع وجود حوالي 10% من العناصر الأرضية النادرة) وذلك بأحماض معدنيّة. توقع رامزي وجود الأرگون، ولكنه بعدما قام بفصل النيتروجين والأكسجين من الغازات المتحرّرة من أثر حمض الكبريتيك، لاحظ وجود خط أصفر مميّز في طيف إصدار المادّة المستخرجة، والذي يشبه خط D3 في طيف الشمس، وشخّصت هذه العيّنات على أنّها هليوم من قبل لوكير والفيزيائي البريطاني وليام كروكس.[25][29][30][31] في تجربة منفصلة قام العالم پير تيودور كليڤ مع مساعده أبراهام لانغليت بجمع عينات من غاز الهليوم من معدن الكليفيت في جامعة أوبسالا في السويد وذلك من أجل تحديد كتلته الذريّة.[24][32][33]

وليام رامزي

اكتشافات علمية

في عام 1907، أظهر العالم إرنست رذرفورد مع توماس رويدز أن جسيم ألفا هو نواة الهليوم، وذلك من خلال قيامه بالسماح لجسيمات ألفا أن تخترق جدار زجاجي رقيق لأنبوب تفريغ، مما أدّى إلى حدوث تفريغ للشحنة والذي سمح بدراسة طيف الغاز في الداخل.[34]

سُيّل الهليوم لأول مرّة على يد الفيزيائي هايك كامرلينگ أونس عام 1908، وذلك بتبريد الغاز لأقل من درجة كلڤن واحدة.[35] حاول أونس الحصول على الحالة الصلبة من الهليوم بتخفيض درجة الحرارة، لكنه لم يتمكّن من ذلك، لأنه لا توجد للهليوم نقطة ثلاثية يكون عندها توازن بين الحالات الثلاثة للمادة. بالرغم من ذلك، تمكّن تلميذ أونس الفيزيائي فيليم هندريك كيسوم من تصليب 1 سم3 من الهليوم بتطبيق ضغط إضافي عند درجات حرارة منخفضة وذلك عام 1926.[36]

في عام 1938، اكتشف الفيزيائي پيوتر كابيتسا أن النظير هليوم-4 عديم اللزوجة تقريباً في درجات قريبة من الصفر المطلق، وهي الظاهرة التي تعرف اليوم بالميوعة الفائقة.[37] في عام 1972، لوحظت نفس الظاهرة لدى النظير هليوم-3 وذلك من قبل الفيزيائيّين دوگلاس أوشيروف وديڤد لي وروبرت ريتشاردسون، وحازوا بذلك جائزة نوبل في الفيزياء عام 1996.[38]

تاريخ الاستخراج والاستخدام

علامة تاريخية، تشير إلى اكتشاف ضخم للهليوم بالقرب من دكستر، كانزاس.


اكتشف وجود غاز الهليوم مع الغاز الطبيعي في الأرض بكميات كافية للإنتاج عام 1903 أثناء التنقيب عن النفط في دكستر، كانزاس، حيث جمعت كمية من غاز غير قابل للاشتعال. بإجراء عملية تحليل للعيّنة في جامعة كانزاس وجد أن الغاز يتألّف من 72% نيتروجين و 15% ميثان و1% هيدروجين و12% من غاز لم يتعرّف عليه حينئذ.[24][39] بإجراء عملية بحث أعمق وجد هاميلتون كادي وديڤد ماكفارلاند من جامعة كانساس أن 1.84% من العيّنة عبارة عن غاز الهليوم.[40][41] أظهرت هذه الأبحاث أنّه على الرغم من ندرة وجود الهليوم على الأرض فإنّه يتركّز تحت السهول الكبرى بكميّات كبيرة كافية كناتج ثانوي في عملية استخراج الغاز الطبيعي.[42]

هذه الوقائع جعلت من الولايات المتحدة أكبر مزوّد للهليوم، وجرى الاستفادة من ذلك في الحرب العالمية الأولى في تعبئة المناطيد الحاجزة بغاز أخف من الهواء مثل الهيدروجين، لكنّه غير قابل للاشتعال. بناءً على ذلك جرى استعمال الهليوم في تجهيز المناطيد العسكريّة. أوّل منطاد استعمل لهذا الغرض سمّي سي-7 التابع للبحرية الأمريكية وأقلعت أول رحلة تجريبية له من هامبتون رودز بولاية ڤرجينيا إلى قاعدة بولينگ فيلد العسكرية في واشنطن في 1 ديسمبر 1921.[43] استمرّ استخدام الهليوم في المجال العسكري حتى الحرب العالمية الثانيّة في عمليّات اللحام القوسي من أجل التجهيزات العسكريّة واستخدم كغاز لكشف التسريبات في عملية الانتشار الغازي أثناء تخصيب اليورانيوم لتصنيع القنبلة الذرية في مشروع مانهاتن.[44]

عام 1925 أنشأت الحكومة الأمريكية الاحتياط الوطني للهيلوم في أماريلو، تكساس، بهدف تزويد السفن الهوائية العسكرية في زمن الحرب والسفن الهوائية التجارية في زمن السلم.[25] بسبب قانون الهليوم 1925، الذي حظر تصدير الهليوم النادر الذي كانت الولايات المتحدة تحتكر إنتاجه آنذاك، بالإضافة إلى التكلفة الباهظة للغاز، اضطرت مناطيد زپلن الألمانية إلى استخدام الهيدروجين كغاز رافع، وهو ما اكتسب سمعة سيئة في كارثة هيندنبورگ. شهد سوق الهليوم ركوداً بعد الحرب العالمية الثانية، لكن المخزون توسع في الخمسينيات لضمان توفير الهليوم السائل كمبرد لإنتاج وقود الصواريخ من الأكسجين والهيدروجين (من بين استخدامات أخرى) خلال سباق الفضاء والحرب الباردة. بلغ استهلاك الهليوم في الولايات المتحدة عام 1965 أكثر من ثمانية أضعاف ذروة استهلاكه أثناء الحرب.[45]

بعد تعديلات قانون الهليوم 1960 (القانون العام 86-777)، رتب مكتب المناجم الأمريكي لخمس محطات خاصة لاستخلاص الهليوم من الغاز الطبيعي. ولبرنامج الحفاظ على الهليوم هذا، قام المكتب ببناء خط أنابيب بطول 684 كيلومتر من بوشتون، كانزاس، لربط تلك المحطات بحقل كليفسايد للغاز التابع للحكومة، والذي استُنفد جزئياً، بالقرب من أماريلو، تكساس. حُقن خليط الهليوم والنيتروجين هذا وخُزن في حقل كليفسايد للغاز حتى الحاجة إليه، وعندها خضع لمزيد من التنقية.[46]

بحلول عام 1995، جُمع بليون متر مكعب من الغاز، وكان الاحتياط الوطني للهيلوم مديناً بمبلغ 1.4 بليون دولار أمريكي، مما دفع الكونگرس الأمريكي عام 1996 إلى إيقاف الاحتياط.[24][47] بتوجيهات قانون خصخصة الهليوم 1996 الناتج[48] (القانون العام 104–273) قامت وزارة الأمن الداخلي الأمريكية بإفراغ الاحتياط، وبدأ البيع بحلول عام 2005.[49]

كان الهليوم المُنتَج بين عامي 1930 و1945 نقياً بنسبة 98.3% تقريباً (مع 2% نيتروجين)، وهي نسبة كافية للسفن الهوائية. وفي عام 1945، أُنتِجَت كمية صغيرة من الهليوم بنسبة نقاء 99.9% لاستخدامها في اللحام. وبحلول عام 1949، أصبحت كميات تجارية من الهليوم من الدرجة الأولى (Grade A) بنسبة نقاء 99.95% متوفرة.[50]

لعدة سنوات، أنتجت الولايات المتحدة أكثر من 90% من الهليوم القابل للاستخدام التجاري في العالم، بينما أنتجت مصانع الاستخراج في كندا وپولندا وروسيا وبلدان أخرى النسبة المتبقية. في منتصف التسعينيات، بدأ تشغيل مصنع جديد في أرزيو بالجزائر، ينتج 17.000 متر مكعب من الهليوم، بكمية كافية لتغطية كامل احتياجات أوروپا. في الوقت نفسه، وبحلول عام 2000، ارتفع استهلاك الهليوم داخل الولايات المتحدة إلى أكثر من 15 مليون كيلوجرام سنوياً.[51] في الفترة ما بين عامي 2004 و2006، بُنيت مصانع إضافية في رأس لفان [[قطر|بقطر، وسكيكدة بالجزائر. وسرعان ما أصبحت الجزائر ثاني أكبر منتج للهليوم.[52] خلال هذه الفترة، ازداد كل من استهلاك الهليوم وتكاليف إنتاجه.[53] من عام 2002 حتى 2007 تضاعفت أسعار الهليوم.[54]

اعتباراً من عام 2012، شكل الاحتياط الوطني للهليوم في الولايات المتحدة 30% من الهليوم في العالم.[55] كان من المتوقع أن ينفد احتياط الهليوم عام 2018.[55] مع ذلك، يسمح مشروع قانون مقترح في مجلس الشيوخ الأمريكي للاحتياط بمواصلة بيع الغاز. وتوجد احتياطات كبيرة أخرى في هوگوتون بولاية كانزاس، وحقول غاز مجاورة في كانزاس والنتوءات في تكساس وأوكلاهوما. وكان من المقرر افتتاح مصانع جديدة للهليوم عام 2012 في قطر وروسيا وولاية وايومنگ الأمريكية، لكن لم يكن من المتوقع أن تُخفف هذه المصانع من حدة النقص.[55]

عام 2013، بدأت قطر تشغيل أكبر وحدة لإنتاج الهليوم في العالم،[56] على الرغم من أن الأزمة الدبلوماسية القطرية 2017 أثرت بشدة على إنتاج الهليوم هناك.[57] كان عام 2014 يُعتبر على نطاق واسع عاماً من فائض العرض في تجارة الهليوم، وذلك بعد سنوات من النقص المعروف.[58] أفادت نازداك (2015) أن كميات الهليوم لدى شركة إير پرودكتس، وهي شركة دولية تبيع الغازات للاستخدام الصناعي، لا تزال تحت ضغط اقتصادي بسبب قيود إمدادات المواد الخام.[59]

الخصائص

ذرة الهليوم

ذرة الهليوم
Helium atom ground state.
توضيح لذرة الهليوم، يبين النواة (وردية) و توزيع سحابة الإلكترونات (أسود). النواة (في أعلى اليمين) في هليوم-4 هي في الواقع متماثلة كروياً وتشبه كثيراً سحابة الإلكترونات، بالرغم من أنه للنويات الأكثر تعقيداً فإن الوضع لا يكون كذلك دوماً. الخط الأسود يساوي واحد أنگستروم، يساوي 10−10 م أو 100.000 فم.


طورا الغاز والپلازما

أنبوب تفريغ هليوم على شكل الرمز الذري للهليوم.

يكون الهليوم في في الطور الغازي في أغلب الحالات، وذلك على شكل غاز أحادي الذرة وعديم اللون والرائحة. بسبب كتلته الذرّيّة المنخفضة فإنّ للهليوم ناقليّة وسعة حراريّة أعلى من أيّ غاز آخر عدا الهيدروجين، كما أن معدل انتشاره في الأجسام الصلبة أعلى بثلاث مرات من الهواء وحوالي 65% من قيمة انتشار الهيدروجين.[25] لدى الهليوم قرينة انكسار ثابتة مقارنة مع الغازات الأخرى بحيث أنه يستخدم كمادة قياسية لتصحيح الأخطاء في أجهزة قياس قرينة الانكسار للحالة الغازيّة.[60] عند درجات الحرارة العاديّة فإنّ للهليوم معامل جول-طومسون سالب، ممّا يعني أنه يسخن عندما يسمح له بالتمدّد، وفقط عند درجة حرارة الانعكاس والتي تتراوح بين 32 و 50 كلفن عند ضغط مقداره 1 جوّ، فإنّ الهليوم يبرد عندما يتمدّد.[25] عندما تخفّض درجة حرارة الهليوم دون درجة الحرارة هذه فإنّ الهليوم يمكن أن يسيّل عن طريق التبريد بالتمديد.

إنّ أغلب الهليوم الكوني يكون في حالة البلازما، والتي لها خواص مختلفة تماماً عن الهليوم الذرّي. في حالة البلازما لا ترتبط الإلكترونات بالنواة ممّا يؤدي إلى ازدياد الناقليّة الكهربائيّة، حتّى وإن كان الغاز مؤيّناً بشكل جزئي. إنّ الجسيمات المشحونة تتأثّر بالحقول الكهربائية والمغناطيسيّة، وهذا ما يحدث لجسيمات الهليوم والهيدروجين في الكون في الرياح الشمسيّة عندما يحدث تأثير متبادل مع الغلاف المغناطيسي للأرض ممّا يؤدّي إلى تشكّل تيارات بيركلاند والشفق القطبي.[61]


طورا الصلابة والسيولة

الهليوم عديم اللون والطعم والرائحة. وعدده الذري 2 ووزنه الذري 4,00260. وتبلغ كثافة الهليوم 0,0001664 جم/سم§ عند درجة حرارة 20° م. ويتحول إلى سائل عندما يبرد إلى درجة حرارة - 268,9°م، أي حوالي 4° م فوق الصفر المطلق. ونظرًا لأنه يمكن تبريد الهليوم إلى مثل هذه الدرجة المنخفضة من الحرارة دون أن يتجمد، فإنه يستخدم سائلا مبردًا في وحدات التبريد المنخفضة الدرجة وفي أبحاث علم التقريس. انظر:التقريس، علم. إضافة إلى ذلك، فإن الهليوم هو العنصر الكيميائي الوحيد الذي لا يتحول إلى صلب بالتبريد تحت الضغوط المعتادة ولذا يجب أن يُبَرَّد ويضغط. ويتحول الهليوم إلى الحالة الصلبة عند درجة - 272,2°م، تحت ضغط 26 ضعف ضغط جوي.

والهليوم السائل من أغرب السوائل كلها. فعلى عكس معظم السوائل، فإنه موصل جيد جدًا للحرارة، وينساب تجاه الأماكن الدافئة نسبيًا، ولا ينكمش بل يتمدد عند تبريده. ويكوّن الهليوم السائل طبقة رقيقة فوق أي جسم يتلامس معه. وتعمل هذه الطبقة الرقيقة بوصفها سحارة، تحمل الهليوم عبر جانب الوعاء إلى مستوى أدنى.

حالاته

تحت درجة الحرارة والضغط القياسيين، يوجد الهليوم في الحالة الغازية فقط. وهو لا يتحول إلى الحالة الصلبة إلا تحت ضغوط كبيرة، والذي بتغيره يتغير حجم المادة الصلبة. وفي درجة حرارة دون درجة غليان الهليوم 4.21 كلفن، وفوق "نقطة لامدا" 2.1768 كلفن، يكون النظير هليوم-4 في حالة السيولة العادية وتسمى هليوم I، ولكن تحت "نقطة لامدا"، يكون للهليوم خواص فيزيائية غريبة، ويسمى عندها بهليوم II، ومثل هذه الخواص الفيزيائية غير واضحة عند النظير هليوم-3.


حالة الهليوم I

عندما يكون الهليوم دون نقطة غليانه والتي تبلغ 4.22 كلفن وفوق نقطة لامدا التي تبلغ 2.1768 كلفن، فإنّ الهليوم يكون في حالة سائلة عديمة اللون تدعى حالة الهليوم I.[25] إنّ الهليوم في حالته السائلة هليوم I له قرينة انكسار شبيهة بالغازات مقدارها 1.026، كما أن له لزوجة منخفضة جداً وكثافة تتراوح بين 0.145–0.125 غ/مل.[62]

عكس السوائل العادية، فإن الهليوم II يتسلق على جدران الوعاء الذي يحويه، بظاهرة تعرف باسم طبقة رولن.

حالة الهليوم II

هليوم II له خصائص سائلين، أحدهما سائل عادي والآخر عديم اللزوجة، فلا احتكاك داخلي بين جزيئاته، وله حركة جريان سريعة، وله موصلية كهربائية أعلى من أي مادة أخرى، وتنتقل فيه الحرارة على شكل موجات.


الخصائص الكيميائية

ينتمي الهليوم إلى فصيلة الغازات النبيلة، وهو يحوي إلكترونين اثنين في طبقة غلاف التكافؤ الخارجيّة، بحيث أن المدارات الإلكترونية مكتملة 1S2، بالتالي فهو غاز خامل، وهو أقلّ الغازات النبيلة من حيث النشاط الكيميائي بعد النيون، وبالتالي ثاني أقل العناصر الكيميائيّة من حيث النشاط الكيميائي.[63] لا يبدي الهليوم أيّ نشاط كيميائي تحت كافة الشروط الطبيعيّة.[64]

أيون هيدريد الهليوم +HHe.

يكون الهليوم على شكل أحادي الذرة في أغلب حالات المادة، كما أنه أقلّ غاز أحادي الذرة انحلاليّة (ذوبانيّة) في الماء،[65] ولا يسبقه بضعف الانحلاليّة في الماء إلا بعض الغازات مثل رباعي فلورو الميثان CF4 وسداسي فلوريد الكبريت SF6 وثماني فلورو حلقي البوتان C4F8 والتي لها انحلاليّة (معبّراً عنها بالكسر المولي) تعادل 0.3802 x2/10−5 و 0.4394 x2/10−5 و 0.2372 x2/10−5 على الترتيب، مقابل 0.70797 x2/10−5 للهليوم.[66]

المركبات الكيميائية

البنية المحتملة لأنيون فلوروهيليات
-OHeF.

لا توجد مركّبات كيميائيّة للهليوم في الظروف القياسيّة من الضغط ودرجة الحرارة، ولكن عندما يعرّض الهليوم إلى ظروف غير طبيعيّة من الضغط أو نتيجة قذف إلكتروني لنواة الهليوم فإنّه يمكن أن يشكّل مركّبات كيميائيّة غير مستقرّة تعرف باسم الثنائيات المثارة (إكسايمر) وذلك مع عناصر مثل التنغستن واليود والفلور والكبريت والفوسفور، وذلك عندما تخضع للتفريغ المتوهج أو القذف الإلكتروني.

تحت ظروف التفريغ المرتفعة في جهاز مطيافية الكتلة يمكن أن يتشكّل أيون هيدريد الهليوم ولكنّه غير قابل للعزل.[67] إنّ +HeH في حالته الأرضيّة مستقرّ، ولكنه نشيط كيميائيّاً بشكل كبير جداً، بحيث يعدّ أقوى حمض وفق نظرية برونستد-لوري حيث أنه يمنح البروتون بشكل فوري عند تماسه مع أيّ جزيء أو مركب، وذلك بغضّ النظر عن التركيز. نظريّاً، يمكن أن توجد هناك مركبات أخرى للهليوم مثل فلوروهيدريد الهليوم HHeF، وذلك قياساً لمركب فلوروهيدريد الأرغون.[68] أظهرت حسابات الكيمياء النظريّة إمكانيّة وجود مركبات أخرى للهليوم حاوية على رابطة هليوم-أكسجين، والتي يمكن أن تكون مستقرّة.[69]

جرى مؤخراً حبس ذرة الهليوم داخل قفص كربوني، وذلك عند تسخين الفوليرينات إلى درجات حرارة مرتفعة بوجود الهليوم. يتشكّل حينها ما يعرف باسم الفوليرينات ذات السطح الداخلي endohedral fullerene، والتي تبقى محتوية على الهليوم محتجزاً داخلها حتّى حين إجراء اشتقاق مركّبات كيميائيّة منها.[70] وفي حال استعمال النظير هليوم-3 يمكن أن يكشف ذلك باستعمال مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للهليوم.[71] لا تعدّ هذه المركّبات مركّبات للهليوم بالمعنى الحقيقي للكلمة، إذ لا توجد دلائل على حدوث نوع من الرابطة الكيميائيّة بينها وبين العناصر المحيطة بها، إلا أن هذه المركّبات لها خواص مميّزة عن غيرها، ولها صيغة ستوكيومتريّة خاصّة بها. يرمز لهذه المركّبات بالأسلوب التالي: He@C60.

نظائره

هنالك تسعة نظائر معروفة للهليوم، اثنان منها فقط عبارة عن نظائر مستقرّة وهي هليوم-4 4He وهليوم-3 3He. يعدّ النظير هليوم-4 هو النظير الطبيعي الأكثر وفرةً حيث أن 99.99986% من عنصر الهليوم في الطبيعة هو هليوم-4، وما تبقّى فهو هليوم-3. إحصائيّاً هنالك ذرّة هليوم-3 واحدة مقابل مليون ذرّة هليوم-4.[24] ينتج النظير هليوم-4 في الأرض كناتح لعمليّة اضمحلال ألفا للعناصر المشعّة الأثقل حيث تنتج جسيمات ألفا، والتي هي عبارة عن نوى هليوم مشحونة. تتميّز نواة النظير هليوم-4 بثباتيّة عاليّة لأن نويّاتها مرتّبة بشكل كامل في غلافها النووي. إنّ الكميّات النادرة للنظير هليوم-3 موجودة في الطبيعة منذ نشأة الأرض، بالإضافة إلى هبوط كمّيّات مصدرها من الكون، والتي كانت محتجزة ضمن الغبار الكوني،[72] كما تنتج كمّيّات قليلة من الهليوم-3 من اضمحلال بيتا للتريتيوم.[73]

خواص النظائر 3He 4He
الطاقة الساكنة (ميگا إلكترون ڤولت) 2809 3728
الكثافة كگ/م3 0.134 0.178
درجة الحرارة الحرجة (كلڤن) 3.32 5.20
نقطة لامدا (كلڤن) 0.0025 2.1768
الضغط عند الانصهار (ميگا إلكترون ڤولت) عند 0 كلڤن 3.439 2.536
نقطة الانصهار (كلڤن) 3.19 4.21

إنّ تفاوت نسبة النظيرين هليوم-3 وهليوم-4 في الصخور يستخدم من أجل تحديد عمر الصخور ومعرفة أصل منشأها في الغلاف الصخري للأرض.[72] إنّ نسبة النظير هليوم-3 3He إلى هليوم-4 4He في الكون أعلى منها على الأرض بحوالي 100 مرّة وذلك في الوسط بين النجمي.[74] كما أنّ وفرته في النجوم كبيرة نسبياً نتيجة الاندماج النووي. إنّ المواد الكونيّة مثل الحطام الصخري للأقمار والأحجار النيزكية تحوي أيضاً نسب من هليوم-3، والتي اصطحبتها الرياح الشمسيّة، كما أنّ سطح القمر يحوي الهليوم-3 بتراكيز أعلى منها على سطح الأرض.[75][76]

إنّ مزيج من كمّيّتين متساويتين من 3He و 4He السائل تحت 0.8 كلفن سينفصل إلى طبقتين غير مزوجتين وذلك نتيجة لتباين الإحصاءات الكموميّة لهما، حيث أن 4He عبارة عن بوزون، في حين أنّ 3He فرميون.[77] يستفاد من خاصة عدم امتزاج هذين النظيرين في ثلاجة التمديد، حيث يمكن استخدام هذا التطبيق للحصول على درجات حرارة بحدود بضعة ميلي كلفن.[78]

التواجد الطبيعي

يشكّل الهليوم حوالي 19% من الغلاف الغازي الخارجي لكوكب نبتون.

على الرغم من ندرته على سطح الأرض فإن الهليوم يعدّ ثاني أكثر العناصر بعد الهيدروجين وفرة في الكون مشكّلاً 23% من كتلته الباريونيّة.[24] تشكّلت هذه الكميّة الهائلة من الهليوم بعد فترة قليلة من الانفجار العظيم. يتشكّل الهليوم في النجوم نتيجة الاندماج النووي للهيدروجين في تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل ودورة كربون-نيتروجين-أكسجين (دورة CNO)، والتي تعدّ جزءاً من تفاعلات الانصهار النجمي.[79]

إنّ تركيز الهليوم في الغلاف الجوي للأرض يعادل 5.2 جزء في المليون، وهو يتركّز في طبقات الجو العليا من غلاف الأرض الجوي.[80][81] هذا التركيز الضئيل ثابت نسبياً في الغلاف الجوّي رغم الإنتاج المستمرّ للهليوم، ويعود ذلك إلى انفلات الغاز من الغلاف الجوّي للأرض إلى الفضاء الخارجي وذلك بعدّة آليّات مقترحة.[82][83]

يدخل الهليوم في تركيب الغلاف الغازي للعديد من الكواكب بنسب تظهر في الجدول التالي:

نبتون 19 % ± 3.2 %
أورانوس 15.2 % ± 3.3 %
المشتري 10.2 %
زحل 3.25 %
الزهرة 12 جزء في المليون
الأرض 5.2 جزء في المليون

إنّ معظم الهليوم الموجود على الأرض هو نتيجة الاضمحلال الإشعاعي للعناصر الثقيلة نتيجة إطلاق جسيمات ألفا 2+He، والتي تتجمّع إلكتروناتها لتشكّل الهليوم عندما تصطدم بالغلاف الصخري. لذلك يوجد الهليوم بكميّات كبيرة نسبياً في تركيب عدّة معادن لليورانيوم والثوريوم بسبب إطلاقها لجسيمات ألفا أثناء اضمحلالها الإشعاعي مثل اليورانينيت (خاصةً الكليفيت، وهو أحد مشتقّات اليورانيتيت) والكارنوتيت والمونازيت. على هذا الأساس ينتج سنوياً حوالي 3000 طن متري من الهليوم عبر غلاف الأرض الصخري.[84][85][86] إنّ تركيز الهليوم في القشرة الأرضية هو 8 جزء في البليون، وفي مياه البحار فقط حوالي 4 جزء في الترليون. توجد كمّيّات قليلة من الهليوم في الينابيع المعدنيّة والغازات البركانيّة والأحجار النيزكيّة.

إنّ المصدر الطبيعي الأكبر للهليوم هو وجوده في بعض آبار الغاز الطبيعي نتيجة احتباسه تحت الطبقات الصخريّة للأرض. تختلف التراكيز حسب المواقع من عدّة أجزاء في المليون إلى حوالي 7% حجماً من كميّة الغاز المستخرجة كما في حقل الغاز في مقاطعة سان خوان في نيومكسيكو.[87][88]

الإنتاج

يعد استخلاص الهليوم من الهواء غير مجدي اقتصادي.[89] للاستخدام على نطاق واسع، يُستخرج الهليوم عن طريق التقطير التجزيئي من الغاز الطبيعي، والذي يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 7% من الهليوم.[90] نظراً لأن الهليوم يتميز بانخفاض نقطة غليانه مقارنةً بأي عنصر آخر، تُستخدم درجات حرارة منخفضة وضغط مرتفع لتسييل جميع الغازات الأخرى تقريباً (وخاصةً النيتروجين والميثان). يُنقى غاز الهليوم الخام الناتج بتعريضه تدريجياً لدرجات حرارة منخفضة، حيث يترسب معظم النيتروجين المتبقي والغازات الأخرى من الخليط الغازي. يُستخدم الفحم المنشط كخطوة تنقية نهائية، مما ينتج عنه عادةً هليوم نقي بنسبة 99.995% من الدرجة الأولى.[25] الشوائب الرئيسية في الهليوم من الدرجة الأولى هي النيون. في المرحلة النهائية من الإنتاج، يُسال معظم الهليوم المُنتَج عبر عملية تبريد. هذا ضروري للتطبيقات التي تتطلب الهليوم السائل، كما يسمح لموردي الهليوم بتقليل تكلفة النقل لمسافات طويلة، حيث أن أكبر حاويات الهليوم السائل تفوق سعتها خمسة أضعاف سعة أكبر مقطورات أنابيب الهليوم الغازي.[52][91]

عام 2008، أُستخرج ما يقرب من 169 مليون متر مكعب قياسي من الهليوم من الغاز الطبيعي أو سُحبت من احتياطيات الهليوم، حيث جاء حوالي 78% منها من الولايات المتحدة، و10% من الجزائر، ومعظم الكمية المتبقية من روسيا وپولندا وقطر.[92] بحلول عام 2013، أدت زيادة إنتاج الهليوم في قطر (تحت إدارة قطر غاز التي تديرها إير ليكويد) إلى رفع حصة قطر من الإنتاج العالمي للهليوم إلى 25%، مما جعلها ثاني أكبر مُصدر بعد الولايات المتحدة.[93] عام 2024، تفوقت الولايات المتحدة على قطر لتصبح أكبر منتج للهليوم في العالم، حيث استخرجت 68 مليون متر مكعب قياسي من الهليوم في ذلك العام مقارنة بنحو 64 مليون متر مكعب قياسي لقطر.[94] عام 2016، عُثر على ما يقدر بنحو 1.53 بليون متر مكعب من الهليوم في تنزانيا،[95] وأُفتتح مصنع كبير للهليوم في نينگ‌شيا، الصين عام 2020.[96]

في الولايات المتحدة، يُستخرج معظم الهليوم من الغاز الطبيعي في هوگوتون وحقول الغاز القريبة في كانزاس، أوكلاهوما، وحقل پانهاندل في تكساس.[52][97] كان جزء كبير من هذا الغاز يُرسل في السابق عبر خط أنابيب إلى الاحتياط الوطني للهليوم، لكن منذ عام 2005، أُستنزف هذا الاحتياط وجرى بيعه، وكان من المتوقع أن ينضب إلى حد كبير بحلول عام 2021[93] بموجب قانون الإدارة والإشراف المسؤول على الهليوم لعام 2013 (H.R. 527).[98] على الرغم من الجهود المبذولة لبيع الاحتياط المتبقي عام 2021، فقد بيع ما تبقى من الاحتياط الوطني للهليوم بالمزاد العلني من قبل مكتب ادارة الأراضي على مدار 3 سنوات.[99][100][101] وبيع في النهاية لمجموعة مسر[102] في 27 يونيو 2024.[94] تبرز حقول الهليوم في غرب الولايات المتحدة كمصدر بديل لإمدادات اليليوم، وخاصة تلك الموجودة في منطقة "فور كورنرز" (ولايات أريزونا وكولورادو ونيو مكسيكو ويوتا).[103]

يُعدّ انتشار الغاز الطبيعي الخام عبر أغشية شبه منفذة خاصة وحواجز أخرى طريقة أخرى لاستخلاص الهليوم وتنقيته.[104] عام 1996، كان لدى الولايات المتحدة احتياطات "محققة" من الهليوم في مجمعات آبار الغاز هذه تبلغ حوالي 4.2 بليون متر مكعب قياسي.[105] بمعدلات الاستخدام في ذلك الوقت (72 مليون متر مكعب قياسي سنوياً في الولايات المتحدة؛ انظر الرسم البياني أدناه) كان هذا يكفي من الهليوم لحوالي 58 عامًا من الاستخدام الأمريكي، وأقل من ذلك (ربما 80% من الوقت) بمعدلات الاستخدام العالمية، على الرغم من أن عوامل الادخار والمعالجة تؤثر على أرقام الاحتياط الفعالة.

يتوفر الهليوم تجارياً في صورة سائلة أو غازية. في الحالة السائلة، يُزوّد ​​في حاويات صغيرة معزولة تُسمى ديوار تتسع لما يصل إلى 1.000 لتر من الهليوم، أو في حاويات ISO كبيرة، تصل سعتها الاسمية إلى 42 متر مكعب (حوالي 11.000 جالون أمريكي). أما في الحالة الغازية، فتُزوّد ​​كميات صغيرة من الهليوم في أسطوانات عالية الضغط تتسع لما يصل إلى 8 متر مكعب، بينما تُزوّد ​​كميات كبيرة من الغاز عالي الضغط في مقطورات أنبوبية، تصل سعتها إلى 4.860 متر مكعب.


البلدان المنتجة

فيما يلي جدول تقديري للإنتاج السنوي للهليوم في العالم. الأرقام مبنية على أحدث الإحصاءات المتاحة من المسح الجيولوجي الأمريكي لعامي 2023–2024.[106]


الإنتاج السنوي للهليوم في العالم
الترتيب البلد الإنتاج
مليون م³
1 الولايات المتحدة 75
2 قطر 45
3 الجزائر 14
4 روسيا 5
5 كندا 3
6 الصين 2
7 پولندا 1.5
الإجمالي 145.5

تُنتج قطر 40-45 مليون متر مكعب من الهليوم سنوياً، أي تشارك بنحول 25–30% من الإنتاج العالمي، وتأتي في المرتبة الثانية بعد الولايات المتحدة. يُستخرج الهليوم في قطر كمنتج ثانوي من معالجة غاز حقل الشمال، وهو الامتداد القطري لحقل جنوب فارس الإيراني. لكن بعد اندلاع حرب إيران في نهاية فبراير 2026، يجد الهليوم القطري عقبة في التصدير، حيث يُصدر عن طريق ميناء رأس لفان، ثم يمر عبر مضيق هرمز، الذي أغلقته إيران تقنياً منذ بداية مارس. يُذكر أنه أثناء الأزمة الدبلوماسية القطرية 2017 والحصار الذي فُرض على قطر خلالها، توقفت صادرات الهليوم القطرية لعدة أسابيع، لأن الشحن كان يعتمد على موانئ وسيطة في الإمارات، ثم سرعان ما أعادت قطر ترتيب سلاسل النقل. لذلك فإن أي اضطراب في صادرات الهليوم القطرية قد يؤدي إلى نقص عالمي سريع خاصة في قطاعي أجهزة الرنين المغناطيسي وصناعة أشباه الموصلات.

التطبيقات

يُعدّ تبريد المغناطيسات فائقة التوصيل في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الحديثة أكبر استخدام منفرد للهليوم السائل.

تقديرات استخدام الهليوم الجزئي في الولايات المتحدة لعام 2014 حسب الفئة. إجمالي الاستخدام 34 مليون متر مكعب.[107]

  التبريد (32%)
  الضغط والتطهير (18%)
  اللحام (13%)
  الأجواء المتحكم بها (18%)
  كشف التسرب (4%)
  خليط التنفس (2%)

على الرغم من أن المناطيد ربما تكون الاستخدام الأكثر شهرة للهليوم، إلا أنها تشكل جزءاً صغيراً من جميع استخدامات الهليوم.[47] يُستخدم الهليوم في العديد من الأغراض التي تتطلب بعض خصائصه الفريدة، مثل انخفاض نقطة غليانه، انخفاض كثافته، وانخفاض انحلاليته، ارتفاع موصليته الحرارية، وخموله. من إجمالي إنتاج الهليوم العالمي لعام 2014، والذي بلغ حوالي 32 مليون كيلوجرام (180 مليون متر مكعب قياسي) سنوياً، كان الاستخدام الأكبر (حوالي 32% من الإجمالي عام 2014) في تطبيقات التبريد، والتي يشمل معظمها تبريد المغناطيسات فائقة التوصيل في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي وأجهزة مطياف الرنين النووي المغناطيسي الطبية.[108] وشملت الاستخدامات الرئيسية الأخرى أنظمة الضغط والتطهير، اللحام، صيانة الأجواء الخاضعة للتحكم، والكشف عن التسرب. أما الاستخدامات الأخرى حسب الفئة فكانت تمثل نسباً ضئيلة نسبياً.[107]

صناعة أشباه الموصلات

يُعد الهليوم غازاً هاماً في صناعة أشباه الموصلات، رغم أنه لا يدخل في تركيب الرقائق نفسها، بل يُستخدم بسبب خصائصه الفيزيائية الفريدة، فهو غاز خامل كيميائياً، وذو موصلية حرارية مرتفعة، ولا يتفاعل مع المواد الدقيقة داخل الرقائق. ولهذا يستعمل في عدة مراحل أساسية من التصنيع. تتطلب عمليات تصنيع الرقائق درجات حرارة مرتفعة جداً ثم تبريداً سريعاً ومنتظماً، لذا يُستخدم الهليوم لسرعته في نقل الحرارة، ولعدم تفاعله مع السليكون أو المواد الكيميائية الأخرى، كما يساعد على توزيع الحرارة بالتساوي على سطح الرقاقة. في عمليات الترسيب الكيميائي للبخار، تُبنى طبقات رقيقة جداً فوق السليكون، فيُستخدم الهليوم كغاز حامل لنقل الغازات المتفاعلة داخل غرفة التفاعل، وهذا يسمح بتشكيل طبقات رقيقة بدقة نانوية. وفي مرحلة النقش بالپلازما التي تُحفر فيها المسارات الإلكترونية الدقيقة داخل الرقاقة يُستخدم الهليوم ضمن خليط غازات الپلازما، مما يساعد على استقرارها. كما يساهم في التحكم بدرجة حرارة الرقاقة أثناء النقش. ومن أهم استخداماته في مصانع أشباه الموصلات الحديثة، عند تثبيت الرقاقة على منصة المعالجة، يُضخ الهليوم بضغط منخفض خلف الرقاقة ليعمل كطبقة نقل حراري، ووسيلة لنقل الحرارة من الرقاقة إلى منصة التبريد. بدون هذه الطبقة الغازية قد ترتفع حرارة الرقاقة وتفسد الأنماط الدقيقة عليها.

تستهلك مصانع أشباه الموصلات كميات كبيرة من الهليوم، ولذلك فإن أي اضطراب في إنتاجه عالمياً — مثل تعطل منشآت قطر أو الولايات المتحدة، المُصدرين الرئيسيين للهليوم، قد يؤثر على سلاسل توريد صناعة الإلكترونيات.

الأجواء المُتحكم بها

يُستخدم الهليوم كغاز واقي في إنماء بلورات السليكون والجرمانيوم، وفي إنتاج التيتانيوم والزركونيوم، وفي كروماتوگرافيا الغاز،[64] لأنه خامل. وبسبب خموله، وطبيعته المثالية حرارياً وسعرياً، وسرعة الصوت العالية، ونسبة السعة الحرارية العالية، فإنه مفيد أيضاً في أنفاق الرياح فوق الصوتية[109] ومرافق النبض.[110]

اللحام بقوس التنگستين الغازي

يُستخدم الهليوم كغاز واقي في عمليات اللحام القوسي على المواد الملوثة والضعيفة بالهواء أو النيتروجين عند درجات حرارة اللحام.[24] يُستخدم عدد من غازات الحماية الخاملة في لحام القوس الكهربائي بالغاز الخامل، لكن يُستخدم الهليوم بدلاً من الأرگون الأرخص ثمناً، وخاصة للحام المواد ذات الموصلية الحرارية العالية، مثل الألومنيوم أو النحاس.

الاستخدامات الصغرى

التحقق من التسربات

صورة لجهاز كبير ذي إطار معدني (حوالي 3×1×1.5 متر) موضوع في غرفة.
جهاز كشف تسرب الهليوم ذو حجرتين.

أحد التطبيقات الصناعية للهليوم هو الكشف عن التسربات. ولأن الهليوم ينتشر عبر المواد الصلبة أسرع بثلاث مرات من الهواء، فإنه يُستخدم كغاز متتبع للكشف عن التسربات في المعدات ذات الفراغ العالي (مثل الخزانات المبردة) والحاويات ذات الضغط العالي.[111] يُوضع الجسم المراد اختباره في حجرة، ثم تُفرغ من الهواء وتُملأ بغاز الهليوم. ويُكشف عن الهليوم المتسرب عبر الشقوق بواسطة جهاز حساس (مطياف كتلة الهليوم)، حتى عند معدلات تسرب ضئيلة للغاية تصل إلى 10−9 mbar·L/s (10−10 Pa·m3/s). تُجرى عملية القياس عادةً بشكل آلي وتُسمى اختبار التكامل بالهليوم. أما الإجراء الأبسط فهو ملء الجسم المراد اختباره بالهليوم والبحث يدوياً عن أي تسربات باستخدام جهاز محمول.[112]

لا ينبغي الخلط بين تسرب الهليوم عبر الشقوق ونفاذية الغاز عبر المواد الصلبة. فبينما يمتلك الهليوم ثوابت نفاذية موثقة (وبالتالي معدل نفاذية قابل للحساب) عبر الزجاج والخزف والمواد الاصطناعية، فإن الغازات الخاملة مثل الهليوم لا تنفاذ عبر معظم الفلزات الصلبة.[113]

الطيران

بسبب كثافته المنخفضة وعدم قابليته للاحتراق، يُعد الهليوم الغاز المفضل لملء السفن الهوائية مثل سفينة گوديير الهوائية.

نظراً لكونه أخف من الهواء، تُملأ السفن الهوائية والمناطيد بالهليوم كغاز رافع. ورغم أن غاز الهيدروجين أكثر طفواً ويتسرب عبر الأغشية بمعدل أبطأ، إلا أن الهليوم يتميز بكونه غير قابل للاشتعال، بل ومثبطاً للحريق. يُستخدم الهليوم أيضاً، وإن كان استخدامه محدوداً، في صناعة الصواريخ، حيث يُستخدم كوسيط لملء خزانات وقود الصواريخ أثناء الطيران، ولتكثيف الهيدروجين والأكسجين لصنع وقود الصواريخ. كما يُستخدم أيضاً لتفريغ الوقود والمؤكسد من معدات الدعم الأرضي قبل الإطلاق، ولتبريد الهيدروجين السائل مسبقاً في المركبات الفضائية. على سبيل المثال، احتاج صاروخ ساترن 5 المستخدم في برنامج أپولو إلى حوالي 370.000م³ من الهليوم للإطلاق.[64]

الاستخدامات التجارية والترفيهية

لا يمتلك الهليوم كغاز للتنفس أي خصائص مخدرة، لذلك تُستخدم مخاليط الهليوم مثل الترمكس، الهليوكس، وهيلي إير للغوص العميق من أجل تقليل آثار التخدر، والتي تتفاقم مع زيادة العمق.[114][115] مع ازدياد الضغط مع العمق، تزداد كثافة غاز التنفس أيضاً، وقد وُجد أن الوزن الجزيئي المنخفض للهليوم يُقلل بشكل كبير من جهد التنفس عن طريق خفض كثافة الخليط. هذا يُقلل من عدد رينولدز للتدفق، مما يؤدي إلى انخفاض الجريان المضطرب وزيادة الجريان الصفائحي، الأمر الذي يتطلب تنفس أقل.[116][117] على أعماق تزيد عن 150 متراً يبدأ الغواصون الذين يتنفسون خليط الهليوم والأكسجين في الشعور بالرعشة وانخفاض في الوظيفة التنفسية الحركية، وهي أعراض متلازمة الضغط المرتفع العصبي.[118] يمكن مواجهة هذا التأثير إلى حد ما عن طريق إضافة كمية من غاز مخدر مثل الهيدروجين أو النيتروجين إلى خليط من الهليوم والأكسجين.[119]

كان لليزر الهليوم-النيون، وهو نوع من أشعة الليزر الغازية منخفضة الطاقة التي تنتج شعاعاً أحمر، تطبيقات عملية متنوعة تضمنت قارئات الباركود ومؤشرات الليزر، قبل أن تُستبدل بشكل شبه عالمي بليزر الصمام الثنائي الأرخص ثمناً.[24]

بسبب خموله وموصليته الحرارية العالية وشفافيته للنيوترونات، ولأنه لا يُكوّن نظائر مشعة في ظروف المفاعل، يُستخدم الهليوم كوسيط لنقل الحرارة في بعض المفاعلات النووية المبردة بالغاز.[111]

يُعد الهليوم، الممزوج بغاز أثقل مثل الزينون، مفيداً للتبريد الصوتي الحراري نظراً لارتفاع نسبة السعة الحرارية الناتجة وانخفاض عدد پراندتل.[120] إن خمول الهليوم له مزايا بيئية مقارنة بأنظمة التبريد التقليدية التي تساهم في استنفاد طبقة الأوزون أو الاحتباس الحراري.[121]

كما يُستخدم الهليوم في بعض محركات الأقراص الصلبة.[122]

الاستخدمات العلمية

يقلل استخدام الهليوم من تأثيرات التشوه الناتجة عن تغيرات درجة الحرارة في الفراغ بين العدسات في بعض التلسكوبات نظراً لانخفاض معامل انكساره بشكل كبير.[25] تُستخدم هذه الطريقة بشكل خاص في التلسكوبات الشمسية حيث يكون أنبوب التلسكوب المحكم الإغلاق ثقيلاً للغاية.[123][124]

يُعد الهييوم غازاً ناقلاً شائع الاستخدام في كروماتوگرافيا الغاز.

يمكن تقدير عمر الصخور والمعادن التي تحتوي على اليورانيوم والثوريوم عن طريق قياس مستوى الهليوم من خلال عملية تُعرف بتأريخ الهليوم.[24][25] يُستخدم الهليوم في درجات الحرارة المنخفضة في علم التبريد الفائق وفي بعض تطبيقاته. على سبيل المثال، يُستخدم اليليوم السائل لتبريد بعض الفلزات إلى درجات الحرارة المنخفضة للغاية اللازمة للموصلية الفائقة، كما هو الحال في المغناطيسات فائقة التوصيل المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي. يستخدم مصادم الهدرونات الكبير في سرن 96 طناً مترياً من الهليوم السائل للحفاظ على درجة الحرارة عند -271.25 درجة مئوية.[125]

الاستخدامات الطبية

في أبريل 2020، أُعتمد الهليوم للاستخدام الطبي في الولايات المتحدة للبشر والحيوانات.[126][127]

كملوث

على الرغم من أن الهليوم خامل كيميائياً، إلا أن التلوث به يعيق عمل الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) بحيث قد تتعطل أجهزة الآيفون.[128]

الاستنشاق وإجراءات الأمان

التأثيرات

إنّ الهليوم في الشروط العادية عبارة عن غاز غير سام وليس له تأثير حيوي على جسم الإنسان عند التعرّض له. ولكن عندما يستنشق الهليوم عن طريق الفم فإنّ له تأثير على الحبال الصوتيّة بحيث يظهر الصوت كأنه مُسرّع. سبب هذا الأثر أنّ سرعة الصوت في الهليوم أسرع منها بثلاث مرات من الهواء. بما أنّ التردّد الأساسي لتجويف مملوء بغاز متناسب مع سرعة الصوت في هذا الغاز، لذلك فإنّه عندما يستنشق الهليوم فإنّ هنالك ازدياد في رنين المجرى الصوتي.[24][129] إنّ تردّدات الرنين العالية تسبّب اختلاف في طابع الصوت بحيث يظهر متسارعاً (مزقزق، كما يعرف أحياناً باسم صوت ميكي ماوس).[130] إنّ التأثير المعاكس بتخفيض تردّد الرنين يمكن الحصول عليه باستنشاق غاز كثيف مثل سداسي فلوريد الكبريت أو الزينون.

المخاطر

الهليوم
المخاطر
ن.م.ع. مخطط تصويري GHS04: غاز مضغوط
ن.م.ع. كلمة الاشارة تحذير
H280
P410+P403[131]
NFPA 704 (معيـَّن النار)

إنّ المبالغة في استنشاق الهليوم لتحقيق أثره على الحبال الصوتيّة يمكن أن يكون خطراً، حيث يؤدّي إلى الاختناق لأنّه يحلّ محلّ الأكسجين اللازم لعمليّة التنفّس.[132] سجّلت حالات وفاة ناتجة عن المبالغة في استنشاق الهليوم، من بينهم أطفال وبالغين.[133][134][135]

إنّ استنشاق الهليوم مباشرةً من الأسطوانات المضغوطة خطر جداً، حيث يمكن أن يؤدّي إلى حدوث رضح ضغطي نتيجة معدّل السرعة العالي للهليوم المتدفّق، والذي يمكن أن ينجم عنه تمزّق مميت لأنسجة الرئتين.[132][136]

ينبغي اتّباع إجراءات الأمان اللازمة عند التعامل مع الهليوم السائل، لأنّ درجة الحرارة المنخفضة يمكن أن تؤدّي إلى عضة برد. كما ينبغي الانتباه إلى ضرورة ضبط الضغط لأنّ نسبة تمدد السائل-إلى-الغاز المرتفعة يمكن أن تؤدّي إلى حدوث انفجارات إن لم يكن هناك صمّامات ضغط متوفّرة.

صور إضافية


انظر أيضاً

الهامش

  1. ^ 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.
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. ^ Standard Atomic Weights 2013. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
  4. ^ Grochala, Wojciech (1 November 2017). "On the position of helium and neon in the Periodic Table of Elements". Foundations of Chemistry. 20 (2018): 191–207. doi:10.1007/s10698-017-9302-7.
  5. ^ Bent Weberg, Libby (18 January 2019). ""The" periodic table". Chemical & Engineering News. 97 (3). Retrieved 27 March 2020.
  6. ^ Grandinetti, Felice (23 April 2013). "Neon behind the signs". Nature Chemistry. 5 (2013): 438. Bibcode:2013NatCh...5..438G. doi:10.1038/nchem.1631. PMID 23609097.
  7. ^ Kurushkin, Mikhail (2020). "Helium's placement in the Periodic Table from a crystal structure viewpoint". IUCrJ. 7 (4): 577–578. Bibcode:2020IUCrJ...7..577K. doi:10.1107/S2052252520007769. PMC 7340260. PMID 32695406. Retrieved 19 June 2020.
  8. ^ Labarca, Martín; Srivaths, Akash (2016). "On the Placement of Hydrogen and Helium in the Periodic System: A New Approach". Bulgarian Journal of Science Education. 25 (4): 514–530. Archived from the original on 29 November 2021. Retrieved 19 June 2020.
  9. ^ Siekierski, S.; Burgess, J. (2002). Concise Chemistry of the Elements. Horwood. pp. 23–26. ISBN 978-1-898563-71-6.
  10. ^ Lewars, Errol G. (5 ديسمبر 2008). Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. Springer Science & Business Media. pp. 69–71. ISBN 978-1-4020-6973-4. Archived from the original on 19 مايو 2016.
  11. ^ Rayet, G. (1868) "Analyse spectral des protubérances observées, pendant l'éclipse totale de Soleil visible le 18 août 1868, à la presqu'île de Malacca" (Spectral analysis of the protuberances observed during the total solar eclipse, seen on 18 August 1868, from the Malacca peninsula), Comptes rendus ... , 67 : 757–759. From p. 758: " ... je vis immédiatement une série de neuf lignes brillantes qui ... me semblent devoir être assimilées aux lignes principales du spectre solaire, B, D, E, b, une ligne inconnue, F, et deux lignes du groupe G." ( ... I saw immediately a series of nine bright lines that ... seemed to me should be classed as the principal lines of the solar spectrum, B, D, E, b, an unknown line, F, and two lines of the group G.)
  12. ^ Captain C. T. Haig (1868) "Account of spectroscopic observations of the eclipse of the sun, August 18th, 1868" Proceedings of the Royal Society of London, 17 : 74–80. From p. 74: "I may state at once that I observed the spectra of two red flames close to each other, and in their spectra two broad bright bands quite sharply defined, one rose-madder and the other light golden."
  13. ^ Pogson filed his observations of the 1868 eclipse with the local Indian government, but his report wasn't published. (Biman B. Nath, The Story of Helium and the Birth of Astrophysics (New York, New York: Springer, 2013), p. 8.) Nevertheless, Lockyer quoted from his report. From p. 320 Archived 17 أغسطس 2018 at the Wayback Machine of Lockyer, J. Norman (1896) "The story of helium. Prologue," Nature, 53 : 319–322 : "Pogson, in referring to the eclipse of 1868, said that the yellow line was "at D, or near D." "
  14. ^ Lieutenant John Herschel (1868) "Account of the solar eclipse of 1868, as seen at Jamkandi in the Bombay Presidency," Proceedings of the Royal Society of London, 17 : 104–120. From p. 113: As the moment of the total solar eclipse approached, " ... I recorded an increasing brilliancy in the spectrum in the neighborhood of D, so great in fact as to prevent any measurement of that line till an opportune cloud moderated the light. I am not prepared to offer any explanation of this." From p. 117: "I also consider that there can be no question that the ORANGE LINE was identical with D, so far as the capacity of the instrument to establish any such identity is concerned."
  15. ^ In his initial report to the French Academy of Sciences about the 1868 eclipse, Janssen made no mention of a yellow line in the solar spectrum. See: However, subsequently, in an unpublished letter of 19 December 1868 to Charles Sainte-Claire Deville, Janssen asked Deville to inform the French Academy of Sciences that : "Several observers have claimed the bright D line as forming part of the spectrum of the prominences on 18 August. The bright yellow line did indeed lie very close to D, but the light was more refrangible [i.e., of shorter wavelength] than those of the D lines. My subsequent studies of the Sun have shown the accuracy of what I state here." (See: (Launay, 2012), p. 45.)
  16. ^ "Cleveite". Mindat.org. Retrieved 14 February 2020.
  17. ^ "Uraninite". Mindat.org. Retrieved 14 February 2020.
  18. ^ Rose, Melinda (October 2008). "Helium: Up, Up and Away?". Photonics Spectra. Archived from the original on 22 August 2010. Retrieved 27 February 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.
  19. ^ Connor, Steve (23 August 2010). "Why the world is running out of helium". The Independent. London. Archived from the original on 27 September 2013. Retrieved 16 September 2013.
  20. ^ Siegel, Ethan (12 December 2012). "Why the World Will Run Out of Helium". Starts with a Bang. Scienceblogs.com. Archived from the original on 14 September 2013. Retrieved 16 September 2013.
  21. ^ Szondy, David (24 August 2015). "We may not be running out of helium after all". www.gizmag.com. Archived from the original on 25 March 2016. Retrieved 1 April 2016.
  22. ^ Sample, Ian (28 June 2016). "Huge helium gas find in east Africa averts medical shortage". The Guardian. Archived from the original on 29 June 2016. Retrieved 29 June 2016.
  23. ^ Kochhar, R. K. (1991). "French astronomers in India during the 17th – 19th centuries". Journal of the British Astronomical Association. 101 (2): 95–100. Bibcode:1991JBAA..101...95K.
  24. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 175–179. ISBN 0-19-850341-5.
  25. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ Clifford A. Hampel (1968). The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Van Nostrand Reinhold. pp. 256–268. ISBN 0-442-15598-0.
  26. ^ "Helium". Oxford English Dictionary. 2008. Retrieved 2008-07-20.
  27. ^ Thomson, W. (1872). 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. Rep. Brit. Assoc. xcix.
  28. ^ Thomson, William (August 3, 1871). "Inaugural Address of Sir William Thompson". Nature. 4 (92): 261–278 [268]. Bibcode:1871Natur...4..261.. doi:10.1038/004261a0.
  29. ^ 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. 58 (347–352): 65–67. doi:10.1098/rspl.1895.0006.
  30. ^ Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I". Proceedings of the Royal Society of London. 58 (347–352): 80–89. doi:10.1098/rspl.1895.0010.
  31. ^ Ramsay, William (1895). "Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II--". Proceedings of the Royal Society of London. 59 (1): 325–330. doi:10.1098/rspl.1895.0097.
  32. ^ Langlet, N. A. (1895). "Das Atomgewicht des Heliums". Zeitschrift für anorganische Chemie (in German). 10 (1): 289–292. doi:10.1002/zaac.18950100130.{{cite journal}}: CS1 maint: unrecognized language (link)
  33. ^ Weaver, E.R. (1919). "Bibliography of Helium Literature". Industrial & Engineering Chemistry.
  34. ^ van Delft, Dirk (2008). "Little cup of Helium, big Science" (PDF). Physics today: 36–42. Archived from the original (PDF) on June 25, 2008. Retrieved 2008-07-20. {{cite journal}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  35. ^ van Delft, Dirk (2008). "Little cup of Helium, big Science" (PDF). Physics Today. 61 (3): 36–42. Bibcode:2008PhT....61c..36V. doi:10.1063/1.2897948. Archived from the original (PDF) on June 25, 2008. Retrieved 2008-07-20. {{cite journal}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  36. ^ "Coldest Cold". Time Inc. 1929-06-10. Retrieved 2008-07-27.
  37. ^ Kapitza, P. (1938). "Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point". Nature. 141 (3558): 74. doi:10.1038/141074a0.
  38. ^ Osheroff, D. D.; Richardson, R. C.; Lee, D. M. (1972). "Evidence for a New Phase of Solid He3". Phys. Rev. Lett. 28 (14): 885–888. Bibcode:1972PhRvL..28..885O. doi:10.1103/PhysRevLett.28.885.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  39. ^ McFarland, D. F. (1903). "Composition of Gas from a Well at Dexter, Kan". Transactions of the Kansas Academy of Science. 19: 60–62. doi:10.2307/3624173. JSTOR 3624173.
  40. ^ "Discovery of Helium in Natural Gas at the University of Kansas". National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. Retrieved 2014-02-21.
  41. ^ Cady, H.P.; McFarland, D. F. (1906). "Helium in Natural Gas". Science. 24 (611): 344. Bibcode:1906Sci....24..344D. doi:10.1126/science.24.611.344. PMID 17772798.
  42. ^ Cady, H.P.; McFarland, D. F. (1906). "Helium in Kansas Natural Gas". Transactions of the Kansas Academy of Science. 20: 80–81. doi:10.2307/3624645. JSTOR 3624645.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  43. ^ Emme, Eugene M. comp., ed. (1961). "Aeronautics and Astronautics Chronology, 1920–1924". Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915–1960. Washington, D.C.: NASA. pp. 11–19. {{cite book}}: |access-date= requires |url= (help); External link in |chapterurl= (help); Unknown parameter |chapterurl= ignored (|chapter-url= suggested) (help)
  44. ^ Hilleret, N. (1999). "Leak Detection". In S. Turner (ed.). CERN Accelerator School, vacuum technology: proceedings: Scanticon Conference Centre, Snekersten, Denmark, 28 May – 3 June 1999 (PDF). Geneva, Switzerland: CERN. pp. 203–212. {{cite book}}: Cite has empty unknown parameter: |1= (help)
  45. ^ Williamson, John G. (1968). "Energy for Kansas". Transactions of the Kansas Academy of Science. 71 (4): 432–438. doi:10.2307/3627447. JSTOR 3627447.
  46. ^ "Conservation Helium Sale" (PDF). Federal Register. 70 (193): 58464. 2005-10-06. Archived (PDF) from the original on 2008-10-31. Retrieved 2008-07-20.
  47. ^ أ ب Stwertka, Albert (1998). Guide to the Elements: Revised Edition. New York; Oxford University Press, p. 24. ISBN 0-19-512708-0
  48. ^ Pub.L. 104–273: Helium Privatization Act of 1996 (text) (pdf)
  49. ^ Executive Summary. nap.edu. 2000. doi:10.17226/9860. ISBN 978-0-309-07038-6. Archived from the original on 2008-03-27. Retrieved 2008-07-20.
  50. ^ Mullins, P. V.; Goodling, R. M. (1951). Helium. Bureau of Mines / Minerals yearbook 1949. pp. 599–602. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-07-20.
  51. ^ "Helium End User Statistic" (PDF). U.S. Geological Survey. Archived (PDF) from the original on 2008-09-21. Retrieved 2008-07-20.
  52. ^ أ ب ت Smith, E. M.; Goodwin, T. W.; Schillinger, J. (2003). "Challenges to the Worldwide Supply of Helium in the Next Decade". Advances in Cryogenic Engineering. 49. A (710): 119–138. Bibcode:2004AIPC..710..119S. doi:10.1063/1.1774674. S2CID 109060534.
  53. ^ Kaplan, Karen H. (June 2007). "Helium shortage hampers research and industry". Physics Today. American Institute of Physics. 60 (6): 31–32. Bibcode:2007PhT....60f..31K. doi:10.1063/1.2754594.
  54. ^ Basu, Sourish (October 2007). Yam, Philip (ed.). "Updates: Into Thin Air". Scientific American. Vol. 297, no. 4. Scientific American, Inc. p. 18. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-08-04.
  55. ^ أ ب ت Newcomb, Tim (21 August 2012). "There's a Helium Shortage On—and It's Affecting More than Just Balloons". Time. Archived from the original on 29 December 2013. Retrieved 2013-09-16.
  56. ^ "Air Liquide | the world leader in gases, technologies and services for Industry and Health". 19 February 2015. Archived from the original on 2014-09-14. Retrieved 2015-05-25. Air Liquide Press Release.
  57. ^ "Middle East turmoil is disrupting a vital resource for nuclear energy, space flight and birthday balloons". washingtonpost.com. 26 June 2017. Archived from the original on 26 June 2017. Retrieved 26 June 2017.
  58. ^ Cockerill, Rob (25 December 2014). "2015 – What lies ahead? Part 1". Gasworld. Archived from the original on 2015-01-17. Retrieved 15 September 2021.
  59. ^ "Will Air Products' (APD) Earnings Surprise Estimates in Q2? - Analyst Blog". NASDAQ.com. April 28, 2015. Archived from the original on July 15, 2019. Retrieved August 4, 2019.
  60. ^ Stone, Jack A.; Stejskal, Alois (2004). "Using helium as a standard of refractive index: correcting errors in a gas refractometer". Metrologia. 41 (3): 189–197. Bibcode:2004Metro..41..189S. doi:10.1088/0026-1394/41/3/012.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  61. ^ Buhler, F.; Axford, W. I.; Chivers, H. J. A.; Martin, K. (1976). "Helium isotopes in an aurora". J. Geophys. Res. 81 (1): 111–115. Bibcode:1976JGR....81..111B. doi:10.1029/JA081i001p00111.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  62. ^ Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. p. 6-120. ISBN 0-8493-0486-5.
  63. ^ Lewars, Errol G. (2008). Modelling Marvels. Springer. pp. 70–71. ISBN 1-4020-6972-3.
  64. ^ أ ب ت Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  65. ^ Weiss, Ray F. (1971). "Solubility of helium and neon in water and seawater". J. Chem. Eng. Data. 16 (2): 235–241. doi:10.1021/je60049a019.
  66. ^ Scharlin, P.; Battino, R. Silla, E.; Tuñón, I.; Pascual-Ahuir, J. L. (1998). "Solubility of gases in water: Correlation between solubility and the number of water molecules in the first solvation shell". Pure & Appl. Chem. 70 (10): 1895–1904. doi:10.1351/pac199870101895.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  67. ^ Hiby, Julius W. (1939). "Massenspektrographische Untersuchungen an Wasserstoff- und Heliumkanalstrahlen 3+H, 2-H, +HeH, +HeD, -He)". Annalen der Physik. 426 (5): 473–487. Bibcode:1939AnP...426..473H. doi:10.1002/andp.19394260506.
  68. ^ Wong, Ming Wah (2000). "Prediction of a Metastable Helium Compound: HHeF". Journal of the American Chemical Society. 122 (26): 6289–6290. doi:10.1021/ja9938175.
  69. ^ Grochala, W. (2009). "On Chemical Bonding Between Helium and Oxygen". Polish Journal of Chemistry. 83: 87–122.
  70. ^ Saunders, Martin Hugo; Jiménez-Vázquez, A.; Cross, R. James; Poreda; Robert J. (1993). "Stable Compounds of Helium and Neon: He@C60 and Ne@C60". Science. 259 (5100): 1428–1430. Bibcode:1993Sci...259.1428S. doi:10.1126/science.259.5100.1428. PMID 17801275.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  71. ^ Saunders, M.; et al. (1994). "Probing the interior of fullerenes by 3He NMR spectroscopy of endohedral 3He@C60 and 3He@C70". Nature. 367 (6460): 256–258. Bibcode:1994Natur.367..256S. doi:10.1038/367256a0. {{cite journal}}: |first2= missing |last2= (help); |first3= missing |last3= (help); |first4= missing |last4= (help); |first5= missing |last5= (help); |first6= missing |last6= (help); Explicit use of et al. in: |author= (help)
  72. ^ أ ب Anderson, Don L.; Foulger, G. R.; Meibom, A. (2006-09-02). "Helium Fundamentals". MantlePlumes.org. Retrieved 2008-07-20.{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  73. ^ Novick, Aaron (1947). "Half-Life of Tritium". Physical Review. 72 (10): 972–972. Bibcode:1947PhRv...72..972N. doi:10.1103/PhysRev.72.972.2.
  74. ^ Zastenker G. N. (2002). "Isotopic Composition and Abundance of Interstellar Neutral Helium Based on Direct Measurements". Astrophysics. 45 (2): 131–142. Bibcode:2002Ap.....45..131Z. doi:10.1023/A:1016057812964. {{cite journal}}: |first2= missing |last2= (help); |first3= missing |last3= (help); |first4= missing |last4= (help); |first5= missing |last5= (help); |first6= missing |last6= (help); |first7= missing |last7= (help); |first8= missing |last8= (help); |first9= missing |last9= (help)
  75. ^ "Lunar Mining of Helium-3". Fusion Technology Institute of the University of Wisconsin-Madison. 2007-10-19. Retrieved 2008-07-09.
  76. ^ 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}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  77. ^ The Encyclopedia of the Chemical Elements. p. 264.
  78. ^ Dilution Refrigeration. cern.ch
  79. ^ Weiss, Achim. "Elements of the past: Big Bang Nucleosynthesis and observation". Max Planck Institute for Gravitational Physics. Retrieved 2008-06-23.; Coc, A.; et al. (2004). "Updated Big Bang Nucleosynthesis confronted to WMAP observations and to the Abundance of Light Elements". Astrophysical Journal. 600 (2): 544. arXiv:astro-ph/0309480. Bibcode:2004ApJ...600..544C. doi:10.1086/380121. {{cite journal}}: |first2= missing |last2= (help); |first3= missing |last3= (help); |first4= missing |last4= (help); |first5= missing |last5= (help); Explicit use of et al. in: |author= (help)
  80. ^ Oliver, B. M.; Bradley, James G. (1984). "Helium concentration in the Earth's lower atmosphere". Geochimica et Cosmochimica Acta. 48 (9): 1759–1767. Bibcode:1984GeCoA..48.1759O. doi:10.1016/0016-7037(84)90030-9.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  81. ^ "The Atmosphere: Introduction". JetStream – Online School for Weather. National Weather Service. 2007-08-29. Archived from the original on January 13, 2008. Retrieved 2008-07-12. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  82. ^ Lie-Svendsen, Ø.; Rees, M. H. (1996). "Helium escape from the terrestrial atmosphere: The ion outflow mechanism". Journal of Geophysical Research. 101 (A2): 2435–2444. Bibcode:1996JGR...101.2435L. doi:10.1029/95JA02208.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  83. ^ Strobel, Nick (2007). "Nick Strobel's Astronomy Notes". Retrieved 2007-09-25. {{cite web}}: |chapter= ignored (help)
  84. ^ Cook, Melvine A. (1957). "Where is the Earth's Radiogenic Helium?". Nature. 179 (4552): 213. Bibcode:1957Natur.179..213C. doi:10.1038/179213a0.
  85. ^ Aldrich, L. T.; Nier, Alfred O. (1948). "The Occurrence of He3 in Natural Sources of Helium". Phys. Rev. 74 (11): 1590–1594. Bibcode:1948PhRv...74.1590A. doi:10.1103/PhysRev.74.1590.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  86. ^ Morrison, P.; Pine, J. (1955). "Radiogenic Origin of the Helium Isotopes in Rock". Annals of the New York Academy of Sciences. 62 (3): 71–92. Bibcode:1955NYASA..62...71M. doi:10.1111/j.1749-6632.1955.tb35366.x.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  87. ^ Zartman, R. E.; Wasserburg, G. J.; Reynolds, J. H. (1961). "Helium Argon and Carbon in Natural Gases". Journal of Geophysical Research. 66 (1): 277–306. Bibcode:1961JGR....66..277Z. doi:10.1029/JZ066i001p00277.
  88. ^ Broadhead, Ronald F. (2005). "Helium in New Mexico – geology distribution resource demand and exploration possibilities" (PDF). New Mexico Geology. 27 (4): 93–101. Retrieved 2008-07-21.
  89. ^ The Impact of Selling the Federal Helium Reserve. Washington, D.C.: National Academies Press. 2000-05-18. Bibcode:2000nap..book.9860N. doi:10.17226/9860. ISBN 978-0-309-07038-6. Archived from the original on 2014-05-29. Retrieved 2025-08-09.
  90. ^ Winter, Mark (2008). "Helium: the essentials". University of Sheffield. Archived from the original on 2008-07-14. Retrieved 2008-07-14.
  91. ^ Cai, Z. (2007). "Modelling Helium Markets"., University of Cambridge. 
  92. ^ (2009) "Helium".: 74–75, U.S. Geological Survey. 
  93. ^ أ ب "Air Liquide and Linde in Helium Hunt as Texas Reserves Dry Up". Bloomberg. 2014. Archived from the original on 2017-03-10. Retrieved 2017-03-07.
  94. ^ أ ب United States Geological Survey (March 2025). "Helium" (PDF). Mineral Commodities Summaries. Retrieved 1 November 2025.
  95. ^ Briggs, Helen (28 June 2016). "Helium discovery a 'game-changer'". BBC News. Archived from the original on 28 June 2016. Retrieved 2016-06-28.
  96. ^ Chen, Stephen (28 Jul 2020). "China opens first large-scale helium plant as it tries to reduce reliance on US imports". South China Morning Post (in الإنجليزية). Beijing, China. Retrieved 28 Jul 2020.
  97. ^ Pierce, A. P., Gott, G. B., and Mytton, J. W. (1964). "Uranium and Helium in the Panhandle Gas Field Texas, and Adjacent Areas", Geological Survey Professional Paper 454-G, Washington:US Government Printing Office
  98. ^ "Responsible Helium Administration and Stewardship Act (H.R. 527)". House Committee on Natural Resources. Committee on Natural Resources United States House of Representatives. Archived from the original on 2017-03-06. Retrieved 5 March 2017.
  99. ^ Pflum, Mary (February 7, 2023). "The fate of America's largest supply of helium is up in the air". NBC News.
  100. ^ "Federal Helium System at Cliffside". U.S. General Services Administration. September 19, 2023. Archived from the original on August 15, 2023. Retrieved September 30, 2023.
  101. ^ "In Amarillo, the Nation's Helium Stockpile Goes on Sale". Texas Monthly. January 24, 2024. Retrieved January 25, 2024.
  102. ^ "The U.S. just sold its helium stockpile". NBC News. January 25, 2024. Retrieved January 25, 2024.
  103. ^ Fresne, Patrick (2023-07-23). "When a Rush Begins: A Field Guide to the Helium Hopefuls of the United States". Gold and Revolution. Retrieved 2023-07-30.
  104. ^ Belyakov, V. P.; Durgar'yan, S. G.; Mirzoyan, B. A. (1981). "Membrane technology—A new trend in industrial gas separation". Chemical and Petroleum Engineering. 17 (1): 19–21. Bibcode:1981CPE....17...19B. doi:10.1007/BF01245721. S2CID 109199653.
  105. ^ Committee on the Impact of Selling, Table 4.2 Archived 2014-09-10 at the Wayback Machine
  106. ^ "U.S. Geological Survey – Helium Statistics and Information" (PDF). المسح الجيولوجي الأمريكي. 2024-01-09. Retrieved 2026-03-09.
  107. ^ أ ب U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey (2015). "Helium" (PDF). Mineral Commodity Summaries 2014. pp. 72–73. doi:10.3133/70194932. Archived from the original on 2014-04-04. Retrieved 2014-05-31.
  108. ^ Helium sell-off risks future supply Archived 2012-06-10 at the Wayback Machine, Michael Banks, Physics World, 27 January 2010. accessed February 27, 2010.
  109. ^ Beckwith, I. E.; Miller, C. G. (1990). "Aerothermodynamics and Transition in High-Speed Wind Tunnels at Nasa Langley". Annual Review of Fluid Mechanics. 22 (1): 419–439. Bibcode:1990AnRFM..22..419B. doi:10.1146/annurev.fl.22.010190.002223.
  110. ^ Morris, C.I. (2001). Shock Induced Combustion in High Speed Wedge Flows (PDF). Stanford University Thesis. Archived from the original (PDF) on 2009-03-04.
  111. ^ أ ب Considine, Glenn D., ed. (2005). "Helium". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wiley-Interscience. pp. 764–765. ISBN 978-0-471-61525-5.
  112. ^ Hablanian, M. H. (1997). High-vacuum technology: a practical guide. CRC Press. p. 493. ISBN 978-0-8247-9834-5.
  113. ^ Ekin, Jack W. (2006). Experimental Techniques for Low-Temperature measurements. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-857054-7.
  114. ^ Fowler, B.; Ackles, K. N.; G, Porlier (1985). "Effects of inert gas narcosis on behavior—a critical review". Undersea Biomedical Research. 12 (4): 369–402. PMID 4082343. Archived from the original on 2010-12-25. Retrieved 2008-06-27.{{cite journal}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  115. ^ Thomas, J. R. (1976). "Reversal of nitrogen narcosis in rats by helium pressure". Undersea Biomed. Res. 3 (3): 249–59. PMID 969027. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-08-06.{{cite journal}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  116. ^ Butcher, Scott J.; Jones, Richard L.; Mayne, Jonathan R.; Hartley, Timothy C.; Petersen, Stewart R. (2007). "Impaired exercise ventilatory mechanics with the self-contained breathing apparatus are improved with heliox". European Journal of Applied Physiology. 101 (6): 659–69. doi:10.1007/s00421-007-0541-5. PMID 17701048. S2CID 7311649.
  117. ^ "Heliox21". Linde Gas Therapeutics. 27 January 2009. Archived from the original on 10 September 2011. Retrieved 13 April 2011.
  118. ^ Hunger, W. L. Jr.; Bennett, P. B. (1974). "The causes, mechanisms and prevention of the high pressure nervous syndrome". Undersea Biomed. Res. 1 (1): 1–28. ISSN 0093-5387. OCLC 2068005. PMID 4619860. Archived from the original on 2010-12-25. Retrieved 2008-04-07.{{cite journal}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  119. ^ Rostain, J. C.; Gardette-Chauffour, M. C.; Lemaire, C.; Naquet, R. (1988). "Effects of a H2-He-O2 mixture on the HPNS up to 450 msw". Undersea Biomed. Res. 15 (4): 257–70. OCLC 2068005. PMID 3212843. Archived from the original on 2008-12-06. Retrieved 2008-06-24.{{cite journal}}: CS1 maint: unfit URL (link)
  120. ^ Belcher, James R.; Slaton, William V.; Raspet, Richard; Bass, Henry E.; Lightfoot, Jay (1999). "Working gases in thermoacoustic engines". The Journal of the Acoustical Society of America. 105 (5): 2677–2684. Bibcode:1999ASAJ..105.2677B. doi:10.1121/1.426884. PMID 10335618.
  121. ^ Makhijani, Arjun; Gurney, Kevin (1995). Mending the Ozone Hole: Science, Technology, and Policy. MIT Press. ISBN 978-0-262-13308-1.
  122. ^ Gallagher, Sean (November 4, 2013). "HGST balloons disk capacity with helium-filled 6TB drive". Ars Technica. Archived from the original on July 7, 2017. Retrieved June 14, 2017.
  123. ^ Jakobsson, H. (1997). "Simulations of the dynamics of the Large Earth-based Solar Telescope". Astronomical & Astrophysical Transactions. 13 (1): 35–46. Bibcode:1997A&AT...13...35J. doi:10.1080/10556799708208113.
  124. ^ Engvold, O.; Dunn, R.B.; Smartt, R. N.; Livingston, W. C. (1983). "Tests of vacuum VS. helium in a solar telescope". Applied Optics. 22 (1): 10–12. Bibcode:1983ApOpt..22...10E. doi:10.1364/AO.22.000010. PMID 20401118.
  125. ^ "LHC: Facts and Figures" (PDF). CERN. Archived from the original (PDF) on 2011-07-06. Retrieved 2008-04-30.
  126. ^ "Helium, USP: FDA-Approved Drugs". U.S. Food and Drug Administration. Archived from the original on June 26, 2020. Retrieved 30 April 2020.
  127. ^ "FDA approval letter" (PDF). 14 April 2020. Retrieved 30 April 2020.
  128. ^ Oberhaus, Daniel (30 October 2018). "Why a Helium Leak Disabled Every iPhone in a Medical Facility". Motherboard. Vice Media. Archived from the original on 1 November 2018. Retrieved 31 October 2018.
  129. ^ Ackerman MJ, Maitland G (1975). "Calculation of the relative speed of sound in a gas mixture". Undersea Biomed Res. 2 (4): 305–10. PMID 1226588. Retrieved 2008-08-09.
  130. ^ Josefson, D (2000). "Imitating Mickey Mouse can be dangerous". BMJ: British Medical Journal. 320 (7237): 732. PMC 1117755.
  131. ^ أ ب "Helium" (PDF). Airgas. March 28, 2025. Retrieved November 1, 2025.
  132. ^ أ ب Grassberger, Martin; Krauskopf, Astrid (2007). "Suicidal asphyxiation with helium: Report of three cases Suizid mit Helium Gas: Bericht über drei Fälle". Wiener Klinische Wochenschrift (in German & English). 119 (9–10): 323–325. doi:10.1007/s00508-007-0785-4. PMID 17571238.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: unrecognized language (link)
  133. ^ Montgomery B., Hayes S. (2006-06-03). "2 found dead under deflated balloon". Tampa Bay Times.
  134. ^ "Two students die after breathing helium". CBC.
  135. ^ "Tributes to 'helium death' teenager from Newtownabbey". BBC Online. 19 November 2010. Retrieved 2010-11-19.
  136. ^ Engber, Daniel (2006-06-13). "Stay Out of That Balloon!". Slate.com. Retrieved 2008-07-14.

وصلات خارجية

عامة
تفاصيل أكثر
متفرقات


خطأ استشهاد: وسوم <ref> موجودة لمجموعة اسمها "lower-alpha"، ولكن لم يتم العثور على وسم <references group="lower-alpha"/>