Helyum

Özellikler

Helyum, sembolü "He" ve atom numarası 2 olan kimyasal bir elementtir. Renksiz, kokusuz, tatsız, inert, monatomik, zehirli olmayan bir gaz olup, periyodik tablodaki soygaz grubunun ilk sırasında yer alır. Kaynama noktası, tüm elementlerden daha düşüktür. Helyum, gözlemlenebilir evrendeki en hafif ve en bol bulunan ikinci elementtir (hidrojen en hafif ve en bol olanıdır).^{[1], [2], [3]}

Bulunma Sıklığı ve Üretimi

Dünyada nadir bulunmasına rağmen helyum, baryonik kütlenin %23'ünü oluşturan, bilinen evrende en bol bulunan ikinci elementtir ve toplam kütlesi, tüm ağır elementlerin toplam kütlesinin 12 katından fazladır.^[4] Hem Güneş'te hem de Jüpiter'de aynı oranda bulunmaktadır. Dünya atmosferinde helyumun hacimce konsantrasyonu yalnızca milyonda 5.2 parçadır.^{[5], [6]} Evrendeki helyumun büyük çoğunluğu Büyük Patlama sırasında oluşmuştur.^[7] 1903'te, bazı doğal gaz arama çalışmaları sırasında büyük helyum rezervleri keşfeden Amerika Birleşik Devletleri, günümüzde açık ara en geniş helyum gazı tedarikçisi konumundadır.^[8]

Uygulama ve Kullanım Alanları

Balonlar, helyumun en yaygın bilinen kullanım alanı olsa da genele baktığımızda tüm helyum kullanımının çok küçük bir parçasıdır.^[9] Helyum; düşük kaynama noktası, düşük yoğunluğu, yüksek termal iletkenliği gibi bazı benzersiz özelliklere sahip olduğundan dolayı birçok farklı amaç için kullanılabilmektedir. 2014 yılında tüm dünyada yaklaşık 32 milyon kg helyum ayrıştırılmıştır. Elde edilen helyumun en büyük kullanımı (yaklaşık %32'si) kriyojenik uygulamalardan oluşmaktadır ve bunların da çoğu, tıbbi MRI tarayıcıları ve NMR spektrometrelerinin süper iletken mıknatıslarını soğutmak için kullanılmıştır.^[3]Helyum ayrıca; laboratuvar uygulamaları, mühendislik ve bilimsel uygulamalar, metal kaynağı, kontrollü atmosferlerin bakımı ve kaçak tespiti gibi alanlarda kullanılmaktadır.

Tarihi

Helyum, ilk olarak 18 Ağustos 1868'de, Güneş ışını spektrumunda 587,49 nanometre dalga boyuna sahip, parlak ve sarı bir çizgi olarak gözlenmiştir. Bu çizgi, Fransız gökbilimci Jules Janssen tarafından, Hindistan'ın Guntur kentinde bir Güneş tutulması sırasında tespit edilmiştir.^[4]

Çizginin, başlangıçta sodyuma ait olduğu varsayılsa da aynı yılın 20 Ekim günü, İngiliz gökbilimci Norman Lockyer, güneş spektrumunda yine sarı bir çizgi gözlemiştir ve bu çizgiye, Fraunhofer'in D₁ ve D₂ ismini verdiği sodyum çizgilerine yakın olduğu için D₃ adını vermiştir.^{[10], [8]} 1881'de İtalyan fizikçi Luigi Palmieri, Vezüv Yanardağı'nın son patlaması sırasında açığa çıkan bir materyali analiz ettiğinde, D₃ spektral çizgisi aracılığıyla helyumu tespit etmiştir.^[11] 26 Mart 1895'te İskoç kimyager Sir William Ramsay, nadir bulunan ve %10 oranı toprak içeren elementleri çeşitli asitlerle işleyerek helyumu izole etmeyi başarmıştır.^[8]

Etimolojisi

İngiliz gökbilimci Lockyer ve İngiliz kimyager Edward Frankland bu elementi, Güneş'in Yunancası olan "ἥλιος (helios)" olarak adlandırmıştır. Çünkü element, 18 Ağustos 1868'de güneş tutulması sırasında solar spektrumda keşfedilmiştir. Aslında 1895 yılına dek kesin bir tanımı yapılamamıştır, çünkü o yıla kadar bir alkali metal olduğu varsayılmıştır.

Önlem ve Güven

Standart koşullarda nötr helyum zehirli değildir, hatta insan kanında eser miktarda bulunur. Diğer yandan, helyumun boğucu bir etkisi olduğundan ve normal solunum sırasında gerekli oksijenin yerini alabildiğinden yüksek miktarda solunması canlılar için tehlikeli olabilir.^[12]

Yaygın görüşün aksine, helyumu doğrudan basınçlı tüplerden veya balon doldurma valflerinden solumak son derece tehlikelidir çünkü yüksek akış hızı ve basınç, akciğer dokusunu ölümcül bir şekilde parçalayan barotravmaya yol açabilir.^{[13], [14]} Aşırı düşük sıcaklıklarda sıvı formda bulunabilen helyumun deri ile teması halinde soğuk yanıkları oluşabilir. Yüksek sıvı-gaz genleşme oranı sebebiyle, muhafaza edildiği tüplere basınç tahliye cihazları takılması gerekir, aksi halde patlamalara neden olabilir.^[15] Yüksek tehlike potansiyelinin aksine, helyumdan kaynaklanan ölüm oranı son derece düşüktür.

İlginç Bilgiler ve Diğer

Ses, helyum dolu ortamda, normal hava bulunan ortama kıyasla neredeyse üç kat daha hızlı hareket eder. Gazla dolu bir ortamdaki doğal rezonans frekansı, sesin o gazdaki hızıyla orantılı olduğundan dolayı helyum gazı solunduğunda, sesin rezonans frekanslarında bir artış meydana gelir.^[16]

Ses yolunun rezonans frekansındaki bu artış, ciğerlerin hava ile dolu olduğu duruma kıyasla, daha yüksek frekansa sahip olması sayesinde ince bir ton sağlar. Bir kişi, helyum gazı teneffüs ettikten sonra konuştuğunda, ses tellerini kontrol eden kaslar, ciğerler havayla doluyken olduğu gibi hareket etmeye devam eder. Bu nedenle ses tellerinin titreşimi ile üretilen temel frekans (bazen perde olarak adlandırılır) değişmez.^[17] Bununla birlikte hızlanan ses, tonda bir değişikliğe neden olarak saz ve ördek sesine benzer bir şekilde çıkar. Rezonans frekanslarını düşüren ters etki ise, kükürt heksaflorür veya zenon gibi yoğun bir gazın solunması ile elde edilebilir.