ค้นพบครั้งแรกในโคโรนาที่ล้อมรอบดวงอาทิตย์และต่อมาพบในก๊าซที่รั่วไหลออกมาจากภูเขา Vesuvius ฮีเลียมเป็นองค์ประกอบที่มากที่สุดเป็นอันดับสองในจักรวาล
องค์ประกอบที่สองบนตารางธาตุขององค์ประกอบคือเฉื่อยไม่มีสีและไม่มีกลิ่น - แต่ยังห่างไกลจากความน่าเบื่อ ฮีเลียมปรากฏตัวในเซมิคอนดักเตอร์บอลลูนวันเกิดและ Hadron Collider ขนาดใหญ่ เนื่องจากความหนาแน่นต่ำมากฮีเลียมจึงลอยอยู่ในอากาศ ความหนาแน่นต่ำยังรับผิดชอบเรื่องแปลก ๆ ด้วย "เสียงที่ส่งเสียงดังเอี๊ยด"เอฟเฟกต์เมื่อฮีเลียมสูดดมก๊าซที่อยู่รอบ ๆ สายเสียงที่หนาแน่นน้อยลงพวกเขาก็จะสั่นเร็วขึ้นส่งเสียงของเสียงท้องฟ้า (ฝึกฝนปาร์ตี้นี้ในการดูแลแม้ว่า: ฮีเลียมแทนที่ออกซิเจนในปอดและสามารถฆ่าคุณได้ถ้าคุณหายใจเข้ามากพอ)
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับก๊าซที่เบากว่าอากาศนี้เรื่องราวการค้นพบที่น่าทึ่งและการใช้งานมากมายทั้งหมดในวันนี้
เพียงแค่ข้อเท็จจริง
ตามห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วเชิงเส้นของเจฟเฟอร์สันคุณสมบัติของฮีเลียมคือ:
- จำนวนอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส): 2
- สัญลักษณ์อะตอม (บนตารางธาตุเป็นระยะ): เขา
- น้ำหนักอะตอม (มวลเฉลี่ยของอะตอม): 4.002602
- ความหนาแน่น: 0.0001785 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
- เฟสที่อุณหภูมิห้อง: แก๊ส
- จุดหลอมเหลว: ลบ 458.0 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 272.2 องศาเซลเซียส)
- จุดเดือด: ลบ 452.07 F (ลบ 268.93 C)
- จำนวนไอโซโทป (อะตอมขององค์ประกอบเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน): 8; 2 คอก
- ไอโซโทปที่พบบ่อยที่สุด: HE-4 (99.999866 เปอร์เซ็นต์ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ) และ HE-3 (0.000134 เปอร์เซ็นต์ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ)
การค้นพบพลังงานแสงอาทิตย์
เมื่อวันที่ 18 ส.ค. 1868 คราสทั้งหมดบดบังดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pierre Janssen อยู่ในมือในอินเดียเพื่อดูและวัดบรรยากาศของดวงอาทิตย์หรือที่รู้จักกันในชื่อ Chromosphere ในสเปกตรัมของก๊าซที่เขาสังเกตเห็นใน chromosphere เป็นเส้นสีเหลืองแปลก ๆ ที่มีความยาวคลื่น 587.49 นาโนเมตรตามข้อมูลเจฟเฟอร์สันแล็บ
Janssen ไม่ได้ระบุแหล่งที่มาของความยาวคลื่นนี้ แม้ว่าสองเดือนต่อมานักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษเซอร์นอร์แมนล็อคเกอร์ได้ตั้งค่าสเปกโตรสโคปของตัวเองในลอนดอนและเห็นเส้นสีเหลืองเดียวกันนั้น การทำงานร่วมกับนักเคมี Edward Frankland, Lockyer สรุปว่าบรรทัดเป็นลายนิ้วมือขององค์ประกอบที่ไม่รู้จัก นักวิทยาศาสตร์ขนานนามว่าองค์ประกอบลึกลับนี้ "ฮีเลียม" หลังจาก Helios เทพเจ้ากรีกแห่งดวงอาทิตย์
การค้นพบฮีเลียมบนโลกใช้เวลานานขึ้น ตามราชสมาคมเคมีนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Luigi Palmieri สังเกตความยาวคลื่น 587.49 นาโนเมตรในก๊าซที่ปล่อยออกมาจากภูเขา Vesuvius ในปี 1882 การตรวจพบฮีเลียมครั้งแรกบนโลก มันไม่ได้จนกว่าปี 1895 การปรากฏตัวของฮีเลียมบนโลกได้รับการยืนยันและนักวิทยาศาสตร์ค้นพบน้ำหนักอะตอมของมัน เครดิตสำหรับการค้นพบนี้ไปที่นักเคมีชาวสวีเดนต่อ Teodor Cleve และ Nils Abraham Langer
บรรยากาศของโลกมีเพียงประมาณ 5 ส่วนต่อล้านหรือ 0.0005 เปอร์เซ็นต์ฮีเลียม ดังนั้นจึงไม่ประหยัดที่จะสกัดก๊าซออกจากอากาศ แต่ฮีเลียมที่ใช้ในวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมในปัจจุบันมาจากก๊าซธรรมชาติซึ่งองค์ประกอบนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2448
คำใบ้เริ่มต้นว่าฮีเลียมซุ่มซ่อนก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นในปี 2446 ตามข้อมูลสมาคมเคมีอเมริกัน(ACS) ในการเฉลิมฉลองบ่อก๊าซใหม่ใน Dexter, Kansas นายกเทศมนตรีพยายามที่จะจุดประกายก๊าซที่หลบหนีเพียงเพื่อจะพบว่าเปลวไฟออกไป ชาวเมืองส่วนใหญ่รู้สึกผิดหวัง แต่นักธรณีวิทยารัฐแคนซัส Erasmus Haworth กลายเป็นคนอยากรู้อยากเห็น เขามีก๊าซจากที่เก็บรวบรวมและค้นพบว่า 12 เปอร์เซ็นต์ทำจาก "ตกค้างเฉื่อย" การทดลองเพิ่มเติมในอีกสองปีข้างหน้าที่มหาวิทยาลัยแคนซัสเปิดเผยก๊าซฮีเลียมในหมู่สารตกค้างนี้
ในตอนแรกไม่มีใครคิดว่าการค้นพบฮีเลียมในก๊าซธรรมชาติมีการใช้งานมาก แต่ในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งผู้นำทางทหารและนักวิทยาศาสตร์เริ่มผลักดันให้มีการใช้ฮีเลียมใน Blimps ฮีเลียม blimps ไม่ได้ใช้มากในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการผลิตตาม ACS แต่พวกเขาก็กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นในสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งเวลาที่ฮีเลียมลดลง
วันนี้พบฮีเลียมบ่อยครั้งในห้องปฏิบัติการที่ต้องใช้อุณหภูมิที่มีความเย็นเป็นพิเศษสำหรับการทดลองเนื่องจากก๊าซเฉื่อยนี้สามารถแช่เย็นถึงอุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ ตามสังคมกายภาพอเมริกันฮีเลียมส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาจะใช้ในอุตสาหกรรมและในการระบายความร้อนแม่เหล็กในเครื่องจักรแม่เหล็กเรโซแนนซ์ (MRI) ฮีเลียมที่ใช้ในสหรัฐอเมริกาประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์มีเพียง 3 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ใช้โดยห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ ฮีเลียมเหลวก็เช่นกันทำให้แม่เหล็กเย็นลงใน Large Hadron Collider ตัวเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกลงไปที่ -456.34 องศาฟาเรนไฮต์ (-271.3 องศาเซลเซียส)
สหรัฐอเมริกาผลิตฮีเลียมประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์ของโลกโดยมีกาตาร์เข้ามาในวินาที ในปี 2013ความกลัวการขาดแคลนฮีเลียมทั่วโลกปรากฏขึ้นเมื่อกฎหมายปี 1996 มีผลบังคับใช้เพื่อให้สำนักการจัดการที่ดินของสหรัฐอเมริกาขายสำรองของรัฐบาลกลางของฮีเลียมในราคาถูกและท้อแท้การพัฒนาแหล่งฮีเลียมใหม่ อย่างไรก็ตามสภาคองเกรสดำเนินการผ่านพระราชบัญญัติ Helium Stewardship ปี 2013ซึ่งชะลอการขายฮีเลียมของรัฐบาลกลางและอนุญาตให้ BLM ประมูลก๊าซในราคาที่สูงขึ้น การเรียกเก็บเงินป้องกันไม่ให้รัฐบาลไม่สามารถตัดผู้ผลิตเอกชนได้ดังนั้นจึงส่งเสริมแหล่งที่มาของการผลิตฮีเลียมมากขึ้นเพื่อออนไลน์
ใครจะรู้?
- Federal Helium Reserve ดำเนินการโดยสำนักงานการจัดการที่ดินของสหรัฐอเมริกาอยู่ใกล้กับ Amarillo, Texas มีฮีเลียมมากกว่า 40 เปอร์เซ็นต์ที่ใช้เป็นประจำทุกปีในสหรัฐอเมริกา
- ฮีเลียมเป็นก๊าซที่สูงส่งกลุ่มก๊าซที่ไม่ทำปฏิกิริยาและมีเสถียรภาพซึ่งรวมถึงนีออนอาร์กอนคริปทอน, ซีนอนและเรดอน
- ณ ปี 2010 มันใช้เวลาฮีเลียม 300,000 ลูกบาศก์ฟุตในการลอยลูกโป่งตัวละคร 15 ตัวในขบวนพาเหรดวันขอบคุณพระเจ้าของ Macy ในปีนั้นปริมาณที่เทียบเท่ากับนม 2.2 ล้านแกลลอน
- ฮีเลียมบนโลกเกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบกัมมันตรังสีในการสลายตัวของเปลือกโลกผลิตอนุภาคที่มีประจุบวกที่เรียกว่าอนุภาคอัลฟา เมื่ออนุภาคอัลฟ่าเหล่านี้ดึงดูดอิเล็กตรอนสองสามตัวผลลัพธ์ที่ได้คืออะตอมฮีเลียม
- ไม่มีใครประสบความสำเร็จในการรวมฮีเลียมเข้ากับองค์ประกอบอื่นเพื่อสร้างสารประกอบตาม Jefferson Lab มันเป็นเพียงความเฉื่อย
งานวิจัยปัจจุบัน
ฮีเลียมกำลังช่วยเหลือนักวิทยาศาสตร์ที่ผ่านข้อ จำกัด ของความรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์และเคมีด้วยความสามารถที่สะดวกในการเป็น superfluid ได้อย่างง่ายดาย
Superfluids เป็นของเหลวที่ทำตัวราวกับว่าพวกเขาไม่มีความหนืดหรือความต้านทานต่อการไหล “ เมื่ออะตอมมารวมตัวกันในสถานะ superfluid พวกเขาทั้งหมดมีพฤติกรรมอย่างฉับพลันเป็นวัตถุหนึ่ง” โอลิเวอร์เกสเนอร์นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ X-ray ที่เร็วมากที่ Lawrence Berkeley National Lab และหนึ่งในนักวิจัยหลักในโครงการ
Gessner และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังมองหาที่จะผลักดันขอบเขตของฟิสิกส์พื้นฐานโดยการทดสอบพฤติกรรมของการไหลของ superfluid ภายใต้เงื่อนไขที่ไม่เคยศึกษามาก่อน พวกเขาหันไปใช้ฮีเลียมเพราะอะตอมขององค์ประกอบนี้มารวมกันเป็นสถานะ superfluid ที่อุณหภูมิที่ค่อนข้างง่ายที่จะสร้าง Gessner บอกกับวิทยาศาสตร์การมีชีวิต - ประมาณ 2 เคลวินหรือลบ 456 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 271 องศาเซลเซียส) องค์ประกอบอื่น ๆ จะหยุดแข็งที่อุณหภูมิเหล่านั้น Gessner กล่าว
นักวิจัยพุ่งของเหลวลงในห้องสูญญากาศผ่านหัวฉีดกว้างเพียง 5 ไมครอนประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางเดียวกันกับเซลล์เม็ดเลือดแดง หยดเล็ก ๆ มีอยู่เพียงแค่มิลลิวินาทีในขณะที่พวกเขาบินข้ามห้องที่ประมาณ 655 ฟุต (200 เมตร) ต่อวินาที Gessner กล่าว
อย่างไม่น่าเชื่อโดยใช้เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ฟรีอิเล็กตรอนนักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตเป้าหมายที่เคลื่อนไหวเหล่านี้ได้โดยการส่องแสงพัลส์ของแสงบนกลางอากาศ พวกเขาค้นพบว่าหยดน้ำมีพฤติกรรมเหมือน superfluids
จากระยะไกลพฤติกรรมของหยดจะดูซ้ำซากเกือบทุกครั้ง พวกเขาหมุนและบีบอัดเล็กน้อยจากทรงกลมไปจนถึงแบนเล็กน้อยเช่นเดียวกับหยดของของเหลวหมุนปกติอาจทำ แต่ในขณะเดียวกัน Gessner กล่าวว่าหยดเหล่านี้มีพฤติกรรมตามกฎของฟิสิกส์ควอนตัมซึ่งเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของ opbjects ขนาดนาโน ภายในหยดแต่ละหยดคือกริดของกระแสน้ำวนเหมือนพายุทอร์นาโด- ผลรวมของการหมุนของพายุทอร์นาโดขนาดเล็กที่เล็กกว่านี้คือสิ่งที่ผลักดันการหมุนของหยดทั้งหมด Gessner กล่าว
“ ในขณะเดียวกันก็มีพฤติกรรมเช่นของเหลวคลาสสิกในระดับกล้องจุลทรรศน์มันแสดงพฤติกรรมควอนตัมที่ชัดเจน” เขากล่าว
การศึกษาที่ตีพิมพ์ในเดือนสิงหาคม 2014 ในวารสารวิทยาศาสตร์ศึกษาหยดฮีเลียม superfluid ในขณะที่พวกเขาหมุนด้วยความเร็วเร็วกว่า 100,000 เท่าที่เคยศึกษามาก่อนในห้องปฏิบัติการ ความเร็วพุพองเหล่านั้นมีความสำคัญต่อการผลักดันความเข้าใจทางฟิสิกส์ Gessner กล่าว
"หากคุณพบว่ากฎบางอย่างของฟิสิกส์นั้นใช้ได้กับความเร็วหรือวัตถุขนาดที่แน่นอนมันก็ใช้ได้กับสิ่งที่ใหญ่กว่า 100,000 เท่าหรือเร็วกว่า 100,000 เท่า?" เขาพูด เทียบเท่าอาจสร้างทรายหนึ่งเมตรหรือสูงประมาณสามฟุตจากนั้นทดสอบเพื่อดูว่าคุณสามารถใช้หลักการออกแบบเดียวกันเพื่อสร้างทรายที่มีขนาด 100 กิโลเมตรหรือ 62 ไมล์สูง Gessner กล่าว
หยดฮีเลียม superfluid ยังคงมีความลึกลับรวมถึงต้นกำเนิดของกริดแปลก ๆ ของกระแสน้ำวน ขณะนี้นักวิจัยรู้ว่าวิธีหัวฉีดขนาดเล็กทำงานเพื่อสร้างหยดน้ำหมุนเหล่านี้ แต่ไม่ใช่ทำไม
"แง่มุมหนึ่งที่เราไม่ได้สัมผัสเลยในการศึกษาครั้งสุดท้ายคือความแปรปรวนนี้มาจากไหนและในที่สุดเราก็จะควบคุมมันได้อย่างไร" Gessner กล่าว
ติดตามวิทยาศาสตร์สด@livescience-Facebook-Google+-
ทรัพยากรเพิ่มเติม
