Άνοιγμα κυρίου μενού

Αλλαγές

4 bytes προστέθηκαν ,  πριν από 3 έτη
μ
επιμέλεια
Το '''ήλιο''' (''helium'') είναι το [[χημικό στοιχείο]] με [[ατομικός αριθμός|ατομικό αριθμό]] 2 και [[ατομική μάζα]] 4,002602 [[amu]]. Αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο '''He'''. Είναι [[χρώμα|άχρωμο]], [[όσφρηση|άοσμο]], [[γεύση|άγευστο]], μη [[τοξικολογία|τοξικό]], [[ιδανικό αέριο|ιδανικό]], μονοατομικό [[αέριο]], που είναι επικεφαλής (πρώτο) των [[ευγενή αέρια|ευγενών αερίων]] του [[Περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων|Περιοδικού Συστήματος των Χημικών στοιχείων]]. Το [[σημείο ζέσεως]] και το [[σημείο τήξης]] του είναι τα χαμηλότερα που υπάρχουν ανάμεσα σε όλες τις [[χημικές ουσίες]]. Ουσιαστικά παραμένει αέριο εκτός αν είναι κάτω από εξαιρετικές συνθήκες.
 
Το ήλιο είναι το δεύτερο (2<sup>ο</sup>), μετά το [[υδρογόνο]], πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο [[σύμπαν]] και υπολογίστηκε ότι αποτελεί το 24% της στοιχειακής μάζας του [[Γαλαξίας|Γαλαξία]] μας. Η μάζα του αντιστοιχεί στο 12πλάσιο της συνολικής μάζας όλων των βαρύτερων από το ήλιο στοιχείων (μαζί). Είναι άφθονο στον [[Ήλιος|Ήλιο]] και στο [[Δίας (πλανήτης)|Δία]]. Το γεγονός αυτό (της μεγάλης αφθονίας του στο σύμπαν) εξηγείται από τη μεγάλη [[ενέργεια πυρηνικής σύζευξης]] ανά [[νουκλεόνιο]] του <sup>4</sup>He σε σχέση με τα επόμενα τρία (3) χημικά στοιχεία (δηλαδή σε σχέση με το [[λίθιο]], το [[βηρύλλιο]] και το [[βόριο]]). Η ενέργεια αυτή εξηγεί την αυξημένη [[πιθανότητα]] σχηματισμού του, τόσο κατά την [[πυρηνική σύντηξη]], όσο και κατά τη [[ραδιενέργεια|ραδιενεργή διάσπαση]]. Το περισσότερο ήλιο στο σύμπαν πιστεύεται ότι σχηματίστηκε κατά τη [[Μεγάλη Έκρηξη]]. Κάποια νέα ποσότητα ηλίου παράγεται κατά την πυρηνική σύντηξη υδρογόνου σταστους [[άστροΑστέρας|άστρααστέρες]] με [[μάζα]] από 0,5 [[ηλιακή μάζα]] και πάνω.
 
Το ήλιο ονομάστηκε έτσι από τον [[αρχαίαΑρχαία Ελλάδα|αρχαίο ελληνικό]] θεό [[Ήλιος (μυθολογία)|Ήλιο]], επειδή ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά ως μια άγνωστη κίτρινη [[φασματοσκοπίαΦασματοσκοπία|φασματική]] χαρακτηριστική γραμμή στο [[ηλιακό φάσμα]], κατά τη διάρκεια της [[ηλιακήΗλιακή έκλειψη|ηλιακής έκλειψης]] του [[1868]], από τοτον [[Γαλλία|Γάλλο]] [[αστρονομίαΑστρονόμος|αστρονόμο]] [[Τζουλς Ζανσέν]] (''Jules Janssen''). Ο Ζανσέν πιστώθηκε την ανακάλυψη του ηλίου μαζί με τον [[Τζόζεφ Λόκυερ]] (''Joseph Norman Lockyer''), που παρατήρησε επίσης την ίδια έκλειψη και πρότεινε πρώτος ότι η φασματική αυτή γραμμή ήταν εξαιτίας ενός νέου (για την εποχή) στοιχείου, που ονόμασε «ήλιο». Η τυπική ανακάλυψη του ήλιου (στη [[Γη]]) έγινε το [[1895]], από τους [[Σουηδία|Σουηδούς]] [[χημείαΧημικός|χημικούς]] [[Περ Τιοντόρ Κλέβε]] (''Per Teodor Cleve'') και [[Νηλς Αβραάμ Λάγκετ]] (''Nils Abraham Langlet'', που βρήκαν ήλιο που προέρχονταν από το [[ορυκτό]] [[κλεβεΐτηςΚλεβεΐτης|κλεβεΐτη]] του [[ουράνιοΟυράνιο|ουρανίου]]. Το [[1903]], μεγάλα αποθέματα ηλίου βρέθηκαν σε πεδία [[φυσικό αέριο|φυσικού αερίου]] σε διάφορα μέρη των [[ΗΠΑ]], που είναι ακόμη ο κύριος (παγκόσμιος) προμηθευτής του αερίου.
 
Το ήλιο χρησιμοποιήθηκε στην [[κρυογενική]] (είναι η μεγαλύτερη χρήση του, που καταναλώνει περίπου το 1/4 της παραγωγής του) και ηστην ψύξη [[μαγνήτης|μαγνητών]] [[υπεραγωγιμότητα]]ς, με ειδικότερη εμπορική εφαρμογή τουςτούς [[μαγνητική τομογραφία|σαρωτές MRI]]. Άλλες [[βιομηχανία|βιομηχανικές]] χρήσης του είναι ως αέριο συμπίεσης και καθαρισμού και ως μια προστατευτική ατμόσφαιρα για [[Ηλεκτροσυγκόλληση τόξου|συγκόλληση με τόξο]] και διεργασίες όπως η ανάπτυξη [[κρύσταλλος|κρυστάλλων]] για την παραγωγή [[γκοφρέτα πυριτίου|γκοφρετών πυριτίου]], με κατανάλωση ποσότητας που αντιστοιχεί στη μισή από τη συνολική χρήση του. Υπάρχουν και οικονομικά ελάσσονος σημασίας χρήσεις του, από τις οποίες οι πιο δημοφιλείς είναι ως ανυψωτικό αέριο για [[αερόστατο|αερόστατα]], [[Ζέπελιν (αερόπλοιο)|αερόπλοια]] και παιδικά μπαλόνια<ref>[http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=35225 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.</ref>. Όπως κάθε αέριο που έχει διαφορετική [[πυκνότητα]] από τη [[μέσος όρος|μέση]] του [[ατμόσφαιρα|ατμοσφαιρικού αέρα]], μια [[αναπνοή|εισπνοή]] μικρού όγκου του ηλίου από [[άνθρωπος|άνθρωπο]] έχει ως αποτέλεσμα την προσωρινή αλλαγή της [[συχνότητα]]ς και της [[χροιά]]ς της φωνής του. Στην επιστημονική έρευνα, η συμπεριφορά των δύο (2) ρευστών φάσεων του <sup>4</sup>He, του ήλιου-I και του ήλιου-II, είναι σημαντική για τους ερευνητές της [[κβαντομηχανική]]ς (και ειδικότερα για το [[φαινόμενο]] της [[υπερρευστότητα]]ς) και για όσους ερευνούν φαινόμενα όπως η υπεραγωγιμότητα, που παράγεται από [[ύλη]] που βρίσκεται σε [[θερμοκρασία|θερμοκρασίες]] κοντά στο [[απόλυτο μηδέν]].
 
Στη Γη, η ελαφρύτητα του ηλίου προκάλεσε τη διαφυγή του από το νέφος αερίων και σκόνης που συμπυκνώθηκαν κατά τον σχηματισμό του [[πλανήτης|πλανήτη]], με αποτέλεσμα να είναι έτσι σχετικά σπάνιο, δηλαδή μόνο το 0,00052% κατ' όγκο της ατμόσφαιράς μας. Μάλιστα, το μεγαλύτερο μέρος του ηλίου που υπάρχει σήμερα σ' αυτήν, δημιουργήθηκε από τη φυσική ραδιενεργή διάσπαση βαρέων [[ραδιενέργεια|ραδιενεργών]] στοιχείων (κυρίως [[θόριο|θορίου]] και ουρανίου, καθώς τα [[σωματίδιο α|σωματίδια α]] που εκπέμπουν αποτελούνται από πυρήνες <sup>4</sup>He. Το ραδιογενές ήλιο παγιδεύθηκε στο φυσικό αέριο σε συγκεντρώσεις ως και 7% κατ' όγκο, από το οποίο και εξάγεται σήμερα για εμπορική χρήση, με χαμηλής θερμοκρασίας διαχωρισμό από τα άλλα αέρια συστατικά, με τη χρήση [[κλασματική απόσταξη|κλασματικής απόσταξης]].
 
== Ιστορία ==
 
[[Αρχείο:Helium spectrum.jpg|left|200px|thumb|Φασματικές γραμμές ηλίου στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος]]
Το ήλιο είναι το μοναδικό χημικό στοιχείο που ανακαλύφθηκε πρώτα έξω από τη Γη, πριν αποδειχθεί ότι υπάρχει και σε αυτήν.
Το [[1907]] οι [[Έρνεστ Ράδερφορντ]] και [[Τόμας Ρόιντς]] (Thomas Royds) απέδειξαν πως τα σωματίδια α είναι πυρήνες <sup>4</sup>He, επιτρέποντας σε σωματίδια α να διέλθουν μέσα από λεπτά τοιχώματα [[γυαλί|γυαλιού]] κενού σωλήνα, να αποφορτισθούν στο εσωτερικό του και μελετώντας το φάσμα του εγκλωβισμένου, ηλίου πλέον. Το [[1908]] το ήλιο υγροποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Ολλανδό φυσικό [[Χάικε Κάμερλιν]] (Heike Kamerlingh Onnes) ψύχοντας το αέριο σε θερμοκρασία μικρότερη από 1 Κ<ref>van Delft, Dirk (2008). "Little cup of Helium, big Science" (PDF). Physics today: 36–42. http://www-lorentz.leidenuniv.nl/history/cold/VanDelftHKO_PT.pdf. Retrieved 2008-07-20.</ref>. Προσπάθησε να το στερεοποιήσει κιόλας, αλλά απέτυχε επειδή το ήλιο δεν έχει [[τριπλό σημείο]], στο οποίο και οι τρεις φάσεις της ύλης συνυπάρχουν σε ισορροπία. Ο φοιτητής του ''Willem Hendrik Keesom'' κατόρθωσε τελικά να πάρει 1 cm<sup>3</sup> στερεού ήλιου το [[1926]]<ref>Coldest Cold". Time Inc.. 1929-06-10. http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,751945,00.html. Retrieved 2008-07-27.</ref>.
 
Το [[1938]], ο Ρώσος φυσικός [[Πιοτρ Καπίτσα|Πιοτρ Λεονίντοβιτς Καπίτσα]] (Pyotr Leonidovich Kapitsa) ανακάλυψε ότι το <sup>4</sup>He έχει σχεδόν μηδενικό [[ιξώδες]] σε θερμοκρασίες κοντά στους 0 Κ. Το φαινόμενο αυτό σήμερα ονομάζεται [[υπερρευστότητα]]<ref>Kapitza, P. (1938).: "Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point". Nature 141: 74. doi:10.1038/141074a0.</ref>. Το [[1972]], το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε για το <sup>3</sup>He, αλλά σε θερμοκρασίες ακόμη πιο κοντά στους 0 Κ, από τους Αμερικανούς φυσικούς [[Ντούγκλας Όσεροφφ]] (Douglas D. Osheroff), [[Ντάιβιντ Λη]] (David M. Lee) και [[Ρόμπερτ Ρίτσαρντσον]] (Robert C. Richardson). Το φαινόμενο αποδόθηκε στο συνδυασμό ζευγών [[φερμιόνιο|φερμιόνιων]] ηλίου σε [[μποζόνιο|μποζόνια]], σε αναλογία με τα [[ζεύγη ηλεκτρονίων του Κούπερ]] που παράγουν το φαινόμενο της [[υπεραγωγιμότητα]]ς<ref>Osheroff, D. D.; R. C. Richardson, D. M. Lee (1972). "Evidence for a New Phase of Solid He3". ''Phys. Rev. Lett.'', '''28''' (14): 885–888. doi:10.1103/PhysRevLett.28.885.</ref>.
 
== Παραγωγή και χρήση ==
 
Μετά από μια επιχείρηση εξόρυξης [[πετρέλαιο|πετρελαίου]] το [[1903]] στο [[Ντέξτερ]], στο [[Κάνσας]] των [[ΗΠΑ]] εκλύθηκε ένας πίδακας από ένα αέριο που δεν καίγονταν. Ο [[Γεωλογία|γεωλόγος]] της Πολιτείας [[Έρασμους Χάβορθ]] (Erasmus Haworth) συνέλεξε δείγματα αυτού του εκλυόμενου αερίου και τα πήρε μαζί του στο [[Πανεπιστήμιο του Κάνσας]] στο [[Λαβρένς]], όπου με τη βοήθεια των [[Χημεία|χημικών]] [[Χάμιλτον Κάντυ]] (Hamilton Cady) και [[Ντέιβιντ ΜακΦάρλαντ]] (David McFarland), ανακάλυψαν ότι η σύνθεσή του κατ' όγκο ήταν 72% [[άζωτο]], 15% [[μεθάνιο]] (που καιγόταν μόνο με αρκετό καθαρό [[οξυγόνο]]), 1% [[υδρογόνο]] και 12% ένα άγνωστης ταυτότητας αέριο.<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><ref>{{Cite journal|author = McFarland, D. F. |title = Composition of Gas from a Well at Dexter, Kan |volume = 19|pages = 60–62 |year = 1903 |accessdate=2008-07-22 |journal = Transactions of the Kansas Academy of Science |doi = 10.2307/3624173|jstor = 3624173}}</ref>. Μετά από πιο λεπτομερή [[χημική ανάλυση]] διαπίστωσαν ότι αυτό το αέριο αποτελούνταν από ήλιο, σε ποσοστό 1,84%, κατ' όγκο, ως προς το αρχικό δείγμα.<ref>{{cite web|publisher=[[American Chemical Society]]|year=2004|url=http://acswebcontent.acs.org/landmarks/landmarks/helium/helium.html|title=The Discovery of Helium in Natural Gas|accessdate=2008-07-20}}</ref><ref>{{Cite journal|author = Cady, H.P. |coauthors = McFarland, D. F.|title = Helium in Natural Gas |journal = Science |volume = 24 |issue = 611|page = 344 |doi = 10.1126/science.24.611.344 |year = 1906 |pmid = 17772798}}</ref>. Αυτό το περιστατικό έδειξε ότι παρ' όλο που συνολικά το ήλιο είναι σπάνιο στη Γη, υπήρχε σε μεγάλα αποθέματα κάτω από τις [[Αμερικανικές Μεγάλες Πεδιάδες]], διαθέσιμο για εξόρυξη, ως παραπροϊόν του [[φυσικό αέριο|φυσικού αερίου]]<ref>{{Cite journal|author = Cady, H.P.; McFarland, D. F.|title = Helium in Kansas Natural Gas |journal = Transactions of the Kansas Academy of Science |volume = 20 |pages = 80–81 |year = 1906|accessdate=2008-07-20 |doi = 10.2307/3624645|jstor = 3624645}}</ref>. Τα μεγαλύτερα αποθέματα ηλίου βρίσκονταν στο [[Χιούστον]] και στα γύρω ρου πεδία φυσικού αερίου, στο Νοτιοδυτικό [[Κάνσας]] και σε παραφυάδες τους στο [[Τέξας]] και την [[Οκλαχόμα]].
 
 
== Χαρακτηριστικά ==
 
[[Αρχείο:Helium atom QM.svg|thumb|left|'''Το άτομο του ηλίου''': Αποτελείται από έναν πυρήνα (ροζ) και ένα «ηλεκτρονιακό νέφος» διασποράς (μαύρο). Ο πυρήνας (πάνω αριστερά) είναι στο <sup>4</sup>He είναι στην πραγματικότητα σφαιρικά συμμετρικός και μοιάζει πολύ με το ηλεκτρονικό νέφος, αν και αυτό δεν συμβαίνει πάντα σε περιπτώσεις πιο πολύπλοκων πυρήνων.]]
 
 
==== Το ήλιο και η κβαντομηχανική ====
 
Από τη σκοπιά της [[κβαντομηχανική]]ς, το ήλιο έχει το δεύτερο απλούστερο άτομο που υπάρχει, μετά το άτομο του [[υδρογόνο]]υ. Το άτομο του ηλίου αποτελείται από δύο (2) [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] σε [[ατομικό τροχιακό|ατομικά τροχιακά]] που περικυκλώνουν έναν πυρήνα που αποτελείται από επίσης δύο (2) [[πρωτόνιο|πρωτόνια]] και δύο (2) [[νετρόνιο|νετρόνια]]. Όπως στη [[Κλασική μηχανική|Νευτώνεια Μηχανική]], κανένα σύστημα που περιέχει περισσότερα από δύο (2) σωματίδια δεν μπορεί να επιλυθεί με ακριβή αναλυτική μαθηματική προσέγγιση (δείτε [[σύστημα τριών σωμάτων]]). Το άτομο του ηλίου δεν αποτελεί εξαίρεση α' αυτόν τον κανόνα. Έτσι, απαιτούνται αριθμητικές μαθηματικές μέθοδοι, ακόμη και αν το σύστημα του ατόμου του ηλίου περιέχει μόνο έναν πυρήνα και δύο (2) ηλεκτρόνια. Τέτοιες μέθοδοι υπολογιστικής χημείας χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν γι να σχηματίσουν την κβαντομηχανική εικόνα της περιφοράς των ηλεκτρονίων με μια ακρίβεια εντός του 2% από την ορθή τιμή της, με λίγα υπολογιστικά βήματα<ref>{{Cite news|url=http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/helium.htm|author=Watkins, Thayer|publisher=San Jose State University|title=The Old Quantum Physics of Niels Bohr and the Spectrum of Helium: A Modified Version of the Bohr Model}}</ref>.
Σε μια τέτοια μοντέλα έχει διαπιστωθεί ότι κάθε ηλεκτρόνιο του ηλίου «εμποδίζει» μερικά την έλξη του πυρήνα να δράσει πάνω στο άλλο<ref>Για την ακρίβεια, η άπωση από το άλλο ηλεκτρόνιο εξουδετερώνει μέρος της έλξης του πυρήνα για το κάθε ηλεκτρόνιο.</ref>, ώστε η «αποτελεσματική πυρηνική έλξη» '''Z''', σε κάθε ηλεκτρόνιο να είναι περίπου 1,69 πυρηνικές μονάδες και όχι 2,00, όπως θα ήταν στο μοντέλο του κατιόντος ηλίου (He<sup>+</sup>).
 
== Ιδιότητες ==
[[Αρχείο:Helium-II-creep.svg|150px|thumb|right|Το υπέρρευστο ήλιο σκαρφαλώνει τα τοιχώματα του δοχείου υπερνικώντας τηντη βαρύτητα.]]
 
[[Αρχείο:Helium-II-creep.svg|150px|thumb|right|Το υπέρρευστο ήλιο σκαρφαλώνει τα τοιχώματα του δοχείου υπερνικώντας την βαρύτητα.]]
Το ήλιο είναι αέριο άχρωμο, άοσμο, άγευστο και μη-τοξικό. Έχει το χαμηλότερο [[σημείο βρασμού]] από κάθε άλλο χημικό στοιχείο ενώ είναι το μοναδικό υγρό το οποίο είναι αδύνατο να παγώσει μόνο με την ελάττωση της θερμοκρασίας. Είναι απαραίτητη και η αύξηση της πίεσης. Επίσης είναι το μοναδικό υλικό που δεν διαθέτει [[τριπλό σημείο]], δηλαδή ένα συνδυασμό θερμοκρασίας και πίεσης στον οποίο συνυπάρχουν σε ισορροπία και οι τρεις καταστάσεις της ύλης – στερεό, υγρό και αέριο.
[[Αρχείο:HeTube.jpg|right|thumb|150px|Λάμπα που περιέχει μέσα ήλιο]]
 
== Χρήσεις ==
 
[[Αρχείο:Goodyear-blimp.jpg|200px|thumb|right|Το ήλιο χρησιμοποιείται για την πλήρωση αερόπλοιων γιατί είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και δεν είναι εύφλεκτο όπως το υδρογόνο]]
Η πιο γνωστή χρήση του είναι ως ανυψωτικό, στην πλήρωση [[Αερόπλοιο|αερόπλοιων]] και μπαλονιών καθώς είναι ελαφρύτερο από τον αέρα. Προτιμάται από το υδρογόνο γιατί δεν είναι εύφλεκτο ενώ έχει το 92,64% της ανυψωτικής ικανότητας αυτού (περίπου 1&nbsp;kg/m<sup>3</sup>). Παρόλα αυτά η χρήση αυτή δεν είναι πια τόσο σημαντική και χρησιμοποιείται κυρίως σε [[μετεωρολογικό μπαλόνι|μετεωρολογικά μπαλόνια]].
Ως πρόσθετο τροφίμων χρησιμοποιείται με τον κωδικό [[Αριθμός Ε|Ε939]].
 
== Ασφάλεια - Υγείαυγεία ==
 
Το ήλιο δεν είναι τοξικό και ανευρίσκεται σε πολύ μικρές ποσότητες στο αίμα των ανθρώπων.
 
 
== Πηγές ==
* Greenwood N.N. and Earnshaw A.,: “Chemistry''Chemistry of the elements”elements'', 2nd ed., Reed Educational and Professional Publishing Ltd, 1997.
* [http://www.food-info.net/gr/e/e939.htm Μία σελίδα με πληροφορίες για τα πρόσθετα τροφίμων.]
 
{{βικιλεξικό}}
{{commonscat}}
 
 
{{Περιοδικός πίνακας}}
{{Authority control}}
{{Ενσωμάτωση κειμένου|en|Helium}}
 
 
{{DEFAULTSORT:Ηλιο}}
 
[[Κατηγορία:Ευγενή αέρια]]
[[Κατηγορία:Ψυκτικά]]
26.530

επεξεργασίες