الهيليوم He هو عنصر كيميائي لا لون له ولا رائحة وعديم الطعم. يـأتي بعد الهيدروجين مباشرة في الجدول الدوري للعناصر. تحتوي نواة ذرته على 2 بروتون و 2 نيوترون ويسمى الهيليوم-4. كما يوجد له نظير تحتوي نواته 2 من البروتونات و 1 بروتون يسمى الهيليوم-3. وهو من العناصر الخاملة أو النبيلة (الغازات النادرة)، وبسبب خموله الكيميائي لا توجد جزيئات له، فهو يوجد دائما في صورته الذرية.
له أقل درجات الغليان والانصهار مقارنة ببقية العناصر، وهو لا يوجد إلا في الحالة الغازية باستثناء ظروف خاصة جدا. وهو ثاني أكثر العناصر انتشارا في الكون وتكون خلال الانفجار العظيم، كما تزداد نسبة وجوده في الشمس عن طريق الاندماج النووي للهيدروجين. توجد كميات ملموسة منه على الأرض وهي موجودة فقط في الغاز الطبيعي.
يستخدم الهيليوم في تطبيقات علوم درجات الحرارة شديدة لانخفاض، وفي أنظمة تنفس الغواصيين، ولنفخ البالونات. والهيليوم غاز غير سام وليس له تأثير بيولوجي على الكائنات الحية.
تاريخه
لوحظ الهيليوم لأول مرّة عام 1868 بسبب خط أصفر لامع في الطيف الضوئي للشمس لاحظه الفلكي الفرنسي بيير جانسين أثناء حدوث كسوف شمسي في الهند.[2][3] وفي ذات العام لاحظ الفلكي الإنجليزي نورمان لوكير نفس المقطع الأصفر من الطيف الضوئي للشمس[4] واستنتج أن هذا الطيف الضوئي سببه عنصر غير موجود على الأرض. فأطلق عليه سوية مع العالم الإنجليزي إدوارد فرانكلاند الاسم الإغريقي للشمس هيليوس.[5][6][7] وفي 1895، استطاع العالم البريطاني ويليام رامساي أن يعزل الهيليوم على الأرض بمعالجة الكليفيت بأحماض معدنية، وشخصت هذه العينات على أنها هيليوم من قبل لوكير والفيزيائي البريطاني ويليام كروكس.[4][8][9][10] وفصل أيضا بتجربة منفصلة باستخدام الكليفيت في نفس العام على يد الكيميائي السويدي بير تيودور كليفي ونيلز لانجليت.[3][11][12]
في عام 1905، اكتشف العالمان الأمريكيان هاميلتون كادي وديفيد مك فارلاند أن الهيليوم يمكن استخلاصه من الغاز الطبيعي.[بحاجة لمصدر] وفي 1907، طرح إرنست رذرفورد وتوماس رويدز أن جسيم ألفا هو نواة الهيليوم.[13]
أسيل الهيليوم لأول مرّة على يد الفيزيائي الهولندي هايكه كاميرلنجث أونيس عام 1908 بتبريد الغاز لأقل من درجة كلفن واحدة،[13] وحول إلى الحالة الصلبة أول مرّة عام 1926 على يد تلميذ هايكه، ويليام هيندريك كيسوم.[14] وفي 1938 اكتشف العالم الروسي ليونيدوفيش كابيتسا أن نظير الهيليوم-4 عديم اللزوجة تقريبا في درجات قريبة من الصفر المطلق، وهي الظاهرة التي تعرف اليوم بالميوعة الفائقة.[15] ولهذه الظاهرة صلة بتكاثف بوز وأينشتاين وفي عام 1972، لوحظت نفس الظاهرة لدى النظير هيليوم-3 على يد الفيزيائيين الأمريكييين دوغلاس أوشيروف وديفيد لي وروبرت ريتشاردسون.[16]
حالاته
تحت درجة الحرارة والضغط القياسيين، يوجد الهيليوم في الحالة الغازية فقط. وهو لا يتحول إلى الحالة الصلبية إلا تحت ضغوط كبيرة، والذي بتغيره يتغير حجم المادة الصلبة. وفي درجة حرارة دون درجة غليان الهيليوم 4.21 كلفن، وفوق "نقطة لامدا" 2.1768 كلفن، يكون النظير هيليوم-4 في حالة السيولة العادية وتسمى هيليوم I (تنطق هيليوم واحد)، ولكن تحت "نقطة لامدا"، يكون للهيليوم خواص فيزيائية غريبة، ويسمى عندها بهيليوم II (تنطق هيليوم إثنين)، ومثل هذه الخواص الفيزيائية غير واضحة عند النظير هيليوم-3.
هيليوم II
هيليوم 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.