لذت تماشای یک بادکنک رنگی که برخلاف نیروی جاذبه به آرامی به سوی آسمان اوج میگیرد، تجربه‌ای آشنا برای همگان است. این پدیده ساده و دلنشین، دروازه‌ای به دنیای شگفت‌انگیز گاز هلیوم (Helium) است؛ عنصری که در کیهان به وفور یافت میشود اما بر روی زمین، منبعی کمیاب، ارزشمند و استراتژیک به شمار می‌رود. گاز هلیوم، با نماد شیمیایی He، یک گاز نجیب، بی‌اثر، بی‌رنگ، بی‌بو و غیرقابل اشتعال است که به عنوان دومین عنصر سبک در جهان، پس از هیدروژن، شناخته میشود.
اهمیت این عنصر بسیار فراتر از بادکنک‌های جشن تولد است. هلیوم نقشی حیاتی در پیشرفته‌ترین فناوری‌های امروزی ایفا میکند؛ از خنک‌سازی آهنرباهای ابررسانای دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی (MRI) و شتاب‌دهنده‌های ذرات گرفته تا پاکسازی مخازن سوخت موشک‌های فضایی، جوشکاری فلزات حساس و تولید قطعات الکترونیکی فوق‌دقیق مانند فیبرهای نوری و تراشه‌های نیمه‌هادی.
گاز هلیوم چیست؟
گاز هلیوم با نماد شیمیایی He و عدد اتمی ۲، اولین عضو از خانواده گازهای نجیب (گروه ۱۸) در جدول تناوبی عناصر است. ساختار اتمی آن بسیار ساده است و از یک هسته شامل دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده که توسط دو الکترون احاطه شده است. این ساختار، هلیوم را پس از هیدروژن به دومین اتم ساده در جهان تبدیل میکند. همین سادگی در ساختار، منشأ ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خارق‌العاده آن است.
ویژگی‌های فیزیکی منحصربه‌فرد هلیوم
- سبک‌ترین گاز نجیب: هلیوم با چگالی حدود یک هفتم چگالی هوا، دومین عنصر سبک جهان پس از هیدروژن است. این ویژگی اصلی‌ترین دلیل شناور شدن بادکنک‌های هلیومی و استفاده از آن به عنوان گاز بالابرنده است.
- بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه و غیرسمی: هلیوم در حالت خالص هیچ‌گونه رنگ، بو یا مزه‌ای ندارد و سمی نیست. این خصوصیات آن را برای کاربردهای عمومی و تفریحی کاملاً ایمن می‌سازد.
- پادشاه سرما: شگفت‌انگیزترین ویژگی هلیوم، خواص آن در دماهای بسیار پایین است. نقطه جوش هلیوم −268.9∘C است که پایین‌ترین نقطه جوش در میان تمام عناصر شناختهشده محسوب میشود. هلیوم تنها عنصری است که در فشار اتمسفر معمولی، حتی در دمای نزدیک به صفر مطلق ( −273.15∘C)، هرگز به حالت جامد درنمی‌آید و برای انجماد آن به فشاری معادل ۲۵ اتمسفر نیاز است. این ویژگی خارق‌العاده، اساس کاربردهای کرایوژنیک (سرمازایی) آن را تشکیل میدهد.
خواص شیمیایی هلیوم
هلیوم به عنوان یک گاز نجیب، دارای لایه الکترونی کاملاً پر و پایدار است. این پایداری باعث میشود که تمایلی به از دست دادن، به دست آوردن یا به اشتراک گذاشتن الکترون با دیگر اتم‌ها نداشته باشد. در نتیجه، هلیوم یک گاز کاملاً بی‌اثر است؛ یعنی در شرایط عادی در واکنش‌های شیمیایی شرکت نمیکند، با عناصر دیگر ترکیب نمیشود و مهم‌تر از همه، غیرقابل اشتعال و انفجار است. این ویژگی، مزیت ایمنی بسیار بزرگی نسبت به گاز هیدروژن ایجاد میکند که در بخش‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت.
این دوگانگی در خواص هلیوم بسیار جالب توجه است: ساختار اتمی بسیار ساده آن منجر به بی‌اثر بودن شیمیایی شده که آن را به یک گاز محافظ ایده‌آل در جوشکاری و تولید نیمه‌هادی‌ها تبدیل کرده است. از سوی دیگر، همین ساختار ساده، خواص کوانتومی منحصربه‌فردی را در دماهای پایین به وجود آورده که منجر به خواص فیزیکی خارق‌العاده‌ای مانند پایین‌ترین نقطه جوش و پدیده ابرسیالی شده و آن را به عنصری بی‌جایگزین در دنیای سرمازایی و فناوری‌های پیشرفته بدل کرده است.
جدول مشخصات فنی گاز هلیوم
برای دسترسی سریع به اطلاعات کلیدی، مشخصات فنی گاز هلیوم در جدول زیر خلاصه شده است. این داده‌ها برای مهندسان، محققان و متخصصان صنعتی بسیار کاربردی است.
| مشخصه | مقدار |
| فرمول شیمیایی | He |
| جرم اتمی | 4.003 |
| نقطه جوش | −268.9∘C |
| نقطه ذوب | −272.2∘C |
| چگالی گاز (در شرایط استاندارد) | 0.1786m3kg |
| حالت در دمای اتاق | گاز |
| واکنش‌پذیری | بی‌اثر / غیرقابل اشتعال |
تاریخچه کشف هلیوم
داستان کشف هلیوم یکی از جذاب‌ترین روایت‌ها در تاریخ علم است، زیرا این عنصر ابتدا نه بر روی زمین، بلکه در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری، یعنی در جو خورشید، شناسایی شد.
در ۱۸ آگوست سال ۱۸۶۸، طی یک خورشیدگرفتگی کامل، ستاره‌شناس فرانسوی، پیر ژانسن (Pierre Janssen)، در حال رصد تاج خورشید با استفاده از دستگاه طیف‌سنج بود. او در طیف نوری خورشید متوجه یک خط زرد رنگ درخشان شد که با هیچ‌یک از خطوط طیفی عناصر شناختهشده روی زمین، مانند سدیم یا هیدروژن، مطابقت نداشت. به طور همزمان و مستقل، ستاره‌شناس انگلیسی، نورمن لاکیر (Norman Lockyer)، نیز همین خط طیفی را مشاهده کرد و به درستی نتیجه گرفت که این خط متعلق به یک عنصر جدید و ناشناخته است که در خورشید وجود دارد اما هنوز روی زمین کشف نشده است.
به دلیل اینکه این عنصر برای اولین بار در خورشید کشف شده بود، لاکیر و شیمیدانی به نام ادوارد فرانکلند، نام آن را از واژه یونانی “هلیوس” (Helios) به معنای “خورشید” گرفتند و آن را هلیوم نامیدند. برای نزدیک به سه دهه، هلیوم تنها یک عنصر فرضی بود که وجود آن فقط در ستاره‌ها به اثبات رسیده بود و دانشمندان در تلاش برای یافتن آن بر روی زمین بودند.
در سال ۱۸۹۵، سرانجام هلیوم بر روی سیاره ما نیز کشف شد. شیمیدان اسکاتلندی، سر ویلیام رمزی (Sir William Ramsay)، در حین آزمایش بر روی یک ماده معدنی رادیواکتیو به نام کلویت (Cleveite)، گازی را جدا کرد که پس از بررسی طیف آن، مشخص شد همان خط زرد رنگی است که سال‌ها قبل در طیف خورشید مشاهده شده بود.
دانشمندان بعدها دریافتند که هلیوم موجود در زمین، برخلاف هلیوم کیهانی که در بیگ بنگ شکل گرفته، محصول واپاشی رادیواکتیو عناصر سنگین مانند اورانیوم و توریم است که در پوسته زمین وجود دارند. ذرات آلفا که از هسته این عناصر رادیواکتیو ساطع می‌شوند، در واقع همان هسته اتم هلیوم هستند. این کشف، راز منشأ هلیوم زمینی را فاش کرد و راه را برای شناسایی منابع تجاری آن هموار ساخت.
منابع و فرآیند تولید هلیوم
با وجود اینکه هلیوم دومین عنصر فراوان در کل کیهان است، بر روی زمین یک منبع طبیعی بسیار کمیاب، محدود و غیرقابل تجدید محسوب میشود. درک این موضوع برای فهمیدن ارزش اقتصادی و استراتژیک این گاز ضروری است.
چرا هلیوم روی زمین کمیاب است؟
اتم‌های هلیوم به قدری سبک هستند که نیروی گرانش زمین قادر به نگه داشتن آن‌ها در جو نیست. در نتیجه، هلیومی که از پوسته زمین آزاد میشود، به تدریج به لایه‌های بالایی اتمسفر صعود کرده و در نهایت به فضا فرار میکند. به همین دلیل، غلظت هلیوم در هوایی که تنفس می‌کنیم بسیار ناچیز است (حدود ۵ قسمت در میلیون)، و استخراج آن از هوا به هیچ وجه اقتصادی نیست.
منبع اصلی گاز هلیوم
تنها منبع تجاری و اقتصادی هلیوم در جهان، میادین گاز طبیعی است. هلیوم تولید شده از واپاشی رادیواکتیو اورانیوم و توریم در طول میلیون‌ها سال، در لایه‌های سنگی نفوذناپذیر به همراه گاز طبیعی (عمدتاً متان) به دام می‌افتد. تنها در صورتی که غلظت هلیوم در یک میدان گازی به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً بالای ۰.۳٪)، فرآیند جداسازی و استخراج آن صرفه اقتصادی پیدا میکند.
فرآیند استخراج و خالص‌سازی هلیوم
استخراج هلیوم از گاز طبیعی یک فرآیند پیچیده و چند مرحله‌ای است که به فناوری پیشرفته کرایوژنیک نیاز دارد:
- پیش‌پالایش گاز طبیعی: ابتدا ناخالصی‌هایی مانند آب، دی‌اکسید کربن و ترکیبات گوگردی از جریان گاز طبیعی حذف می‌شوند تا از انجماد و آسیب به تجهیزات در مراحل بعدی جلوگیری شود.
- تقطیر کرایوژنیک (جداسازی در دمای پایین): جریان گاز طبیعی تا دماهای بسیار پایین (حدود −190∘C) سرد میشود. در این دما، متان و سایر هیدروکربن‌های سنگین‌تر مایع شده و از جریان جدا می‌شوند.
- جداسازی هلیوم خام: از آنجایی که نقطه جوش هلیوم (−268.9∘C) بسیار پایین‌تر از سایر اجزای گاز طبیعی است، به صورت گاز باقی می‌ماند و به همراه نیتروژن از بخش مایع جدا میشود. این مخلوط گازی “هلیوم خام” نامیده میشود که غلظتی بین ۵۰٪ تا ۷۰٪ دارد.
- خالص‌سازی نهایی: هلیوم خام برای رسیدن به گریدهای خلوص بالا (تا ۹۹.۹۹۹۹٪) وارد واحدهای خالص‌سازی تکمیلی میشود. در این مرحله، با استفاده از فرآیندهایی مانند جذب سطحی تناوب فشار (PSA) و سردسازی بیشتر، ناخالصی‌های باقی‌مانده مانند نیتروژن حذف می‌شوند.
استفاده های گاز هلیوم در صنعت و پزشکی
گاز هلیوم به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی مانند سبکی، بی‌اثری شیمیایی و دمای جوش بسیار پایین، کاربردهای گسترده و حیاتی در صنایع مختلف دارد. کاربرد هلیوم در حوزه‌های صنعتی و فناوری پیشرفته، بویژه استفاده در حالت مایع برای خنک‌سازی آهنرباهای ابررسانا در دستگاه‌های MRI و شتاب‌دهنده‌های ذرات است. همچنین در جوشکاری قوسی به عنوان گاز محافظ، در تولید نیمه‌هادی‌ها و فیبر نوری به عنوان گاز بی‌اثر و خنک‌کننده، و در صنایع هوافضا برای پاکسازی و تحت فشار قرار دادن مخازن سوخت موشک‌ها به کار می‌رود. از هلیوم برای تشخیص نشت در سیستم‌های دقیق و در هارد دیسک‌ها برای کاهش اصطکاک نیز استفاده میشود.
در پزشکی، ترکیب هلیوم و اکسیژن (هلیوکس) برای کمک به بیماران تنفسی به‌کار می‌رود، و در جراحی‌های لاپاراسکوپی به عنوان گاز جایگزین CO₂ استفاده میشود. همچنین در غواصی‌های عمیق، مخلوط‌های تنفسی حاوی هلیوم خطر خواب نیتروژنی و بیماری کاهش فشار را کاهش می‌دهند.
در تحقیقات علمی، هلیوم به عنوان گاز حامل در کروماتوگرافی گازی و خنک‌کننده در شتاب‌دهنده‌های ذرات مانند LHC کاربرد دارد. در مصارف تجاری و تفریحی نیز هلیوم گاز ایمن و غیرقابل اشتعالی برای پر کردن بالن‌ها، کشتی‌های هوایی و بادکنک‌های تزئینی است و گاه در سرگرمی‌هایی مانند تغییر صدا نیز استفاده میشود.
نتیجه‌گیری
چه برای بادکنک‌های جشن بعدی خود به کپسول هلیوم نیاز داشته باشید، چه برای دستگاه MRI بیمارستان خود به هلیوم مایع با خلوص فوق‌العاده بالا، تیم متخصصان ما آماده ارائه مشاوره و تامین گاز هلیوم متناسب با نیاز دقیق شماست. ما با تکیه بر دانش فنی، زنجیره تامین مطمئن و تعهد به کیفیت و ایمنی، بهترین راه‌حل را برای شما فراهم می‌کنیم.
گاز هلیوم، عنصری که از قلب ستارگان سرچشمه گرفته، نقشی بی‌بدیل و استراتژیک در دنیای مدرن ایفا میکند. از پیشرفت‌های پزشکی و اکتشافات فضایی گرفته تا تولید فناوری‌های نوین و خلق لحظات شاد در زندگی روزمره، حضور این گاز نجیب به وضوح احساس میشود. همانطور که در این راهنمای جامع بررسی شد، خواص منحصربه‌فرد هلیوم آن را به ماده‌ای ارزشمند و در بسیاری موارد، بی‌جایگزین تبدیل کرده است.
با توجه به کمیاب بودن و ارزش بالای این منبع غیرقابل تجدید، تامین گاز هلیوم با خلوص مناسب و کیفیت تضمین‌شده از یک منبع معتبر نظیر شرکت آرین گاز، اهمیتی حیاتی دارد. این امر نه تنها برای دستیابی به نتایج دقیق و قابل اعتماد در کاربردهای فنی و آزمایشگاهی ضروری است، بلکه برای تضمین ایمنی کامل در مصارف عمومی و تفریحی نیز یک اصل غیرقابل چشم‌پوشی است.
برای دریافت مشاوره رایگان، استعلام قیمت و خرید گاز هلیوم در تمامی سایزها و گریدها، همین امروز با ما تماس بگیرید یا از طریق وب‌سایت ما درخواست خود را ثبت کنید.
سوالات متداول درباره گاز هلیوم (FAQ)
در این بخش به برخی از رایج‌ترین سوالات و کنجکاوی‌ها در مورد گاز هلیوم پاسخ می‌دهیم.
چرا گاز هلیوم صدا را تغییر میدهد؟
این پدیده سرگرمکننده یک دلیل علمی ساده دارد. صدای انسان در حنجره و با ارتعاش تارهای صوتی تولید میشود، اما کیفیت و طنین آن توسط مجرای صوتی (گلو، دهان و بینی) که با هوا پر شده، شکل میگیرد. هلیوم چگالی بسیار کمتری نسبت به هوا دارد (حدود یک هفتم). به همین دلیل، سرعت حرکت امواج صوتی در محیط هلیوم تقریباً سه برابر سریعتر از هواست. وقتی شما هلیوم تنفس میکنید، مجرای صوتی شما با این گاز سبک پر میشود. افزایش سرعت صوت باعث میشود فرکانسهای تشدیدی (رزونانس) مجرای صوتی شما به سمت فرکانسهای بالاتر جابجا شود. در نتیجه، فرکانسهای بالا در صدای شما تقویت شده و صدا “زیرتر”، “نازکتر” یا “کارتونی” به نظر میرسد. این فرآیند هیچ آسیبی به تارهای صوتی شما وارد نمیکند و کاملاً موقتی است و به محض تنفس هوای عادی، صدا به حالت اول بازمیگردد.
آیا تنفس هلیوم از بادکنک خطرناک است؟
بله، این کار میتواند خطرناک باشد و هرگز توصیه نمیشود. اگرچه یک نفس بسیار کوتاه و کوچک از یک بادکنک معمولاً برای یک فرد سالم بزرگسال بیخطر است، اما خطر اصلی خفگی است. با هر نفسی که از هلیوم میکشید، اکسیژن حیاتی را از ریههای خود خارج میکنید. تکرار این کار یا کشیدن یک نفس عمیق میتواند به سرعت سطح اکسیژن خون را به حد خطرناکی کاهش دهد و منجر به سرگیجه، بیهوشی و در موارد شدید، مرگ شود. این خطر برای کودکان و افراد مبتلا به بیماریهای تنفسی یا قلبی بسیار بیشتر است.
تفاوت اصلی گاز هلیوم و هیدروژن برای بادکنک چیست؟
پاسخ در یک کلمه خلاصه میشود: ایمنی. هر دو گاز از هوا سبکتر هستند و بادکنک را شناور میکنند. اما هلیوم یک گاز نجیب و غیرقابل اشتعال است، در حالی که هیدروژن بسیار قابل اشتعال و انفجار است. استفاده از هیدروژن برای بادکنک در نزدیکی هرگونه منبع حرارت یا جرقه (مانند شمع کیک تولد) میتواند فاجعهبار باشد.
آیا کپسول هلیوم تاریخ انقضا دارد؟
خیر. گاز هلیوم یک عنصر پایدار است و خراب یا فاسد نمیشود. تا زمانی که شیر کپسول به درستی بسته شده و نشتی وجود نداشته باشد، گاز داخل آن برای مدت نامحدود قابل استفاده است.
چگونه بفهمیم گاز داخل کپسول، هلیوم خالص است؟
بهترین و ایمنترین راه، خرید از یک تامینکننده معتبر و شناختهشده است. با این حال، یک روش تست (که باید با احتیاط فراوان و توسط فرد متخصص انجام شود) استفاده از شعله است. اگر جریان بسیار ضعیفی از گاز را در مقابل شعله فندک قرار دهید، گاز هلیوم خالص هیچ واکنشی نشان نمیدهد یا شعله را خاموش میکند. اما اگر گاز حاوی هیدروژن یا متان باشد، شعلهور خواهد شد. به دلیل خطرات احتمالی، انجام این تست توصیه نمیشود و اتکا به اعتبار فروشنده بهترین راهکار است.
