HELYUM

a. (lat. helium; yun. helios, güneş'ten). En hafif soy gaz. (Simgesi He olan element).

—ANSİKL. J. Janssen ile N. Lockyer, 1868’de güneş tayfında, bilinen elementlere özgü çizgilerin dışında parlak bir çizginin daha bulunduğunu gözlemlediler. Bu çizginin, Güneş'teki başka bir elementten kaynaklandığına inanan bu bilim adamları, sözkonusu elemente helyum adını verdiler. Ancak 1895'te Ramsay, kimi uranyum cevherlerinden, özellikle cleveitten çıkan gazlarda helyumu belirledi. Daha sonra da 1 m3 havada 5 cm3 helyumun bulunduğu kanıtlandı.

Özellikleri.

Helyumun, iki proton ile iki nötrondan oluşan çekirdeği, radyoaktif cisimler tarafından yayman alfa parçacığını oluşturur. Bu da atmosferde ve uranyumlu kayaçlarda helyum elementinin varlığını gösterir. Öteki soy gazlar gibi tek-atomlu olan helyum, hidrojenden iki kat daha yoğundur. Ayrıca bütün gazlar içinde sıvılaştırılması en zor olanıdır. Atmosfer basıncında - 268,934°C'ta kaynar, ilk kez 1908'de Kamerlingh Onnes tarafından gerçekleştirilen helyumun sıvılaştırtması işlemi, mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıkların elde edilmesini sağladı. Soy gazlar grubunda yer alan diğer gazlar gibi helyumun da pratik olarak kimyasal bir etkinliği yoktur. Kararlı iki izotopu (3He ve 4He), düşük sıcaklıkta, kuvantum olaylarının makroskobik belirtisi olan oldukça dikkate değer fiziksel özellikler taşır.

Helyum, aynı koşullarda katı durumda bulunan diğer cisimlerden farklı olarak mutlak sıfır dereceye dek sıvı olarak kalır. Atomlar arasındaki etkileşim kuvvetleri,
kimyasal eylemsizlikleri nedeniyle gerçekte kuvantum çalkalanmasına dayanamayacak kadar zayıftır; oysa mutlak sıfırda her parçacık bu çalkalanmaya uğrar; özellikle helyum atomları, kütlelerinin zayıf olması nedeniyle bu çalkalanmadan daha şiddetli etkilenir. Etkileşim kuvvetlerine ancak dıştan bir basınç uygulanarak helyumun katı durumda kalması sağlanabilir. Kuvantum çalkalanması, helyumun hem özgül kütlesinin, hem de normal koşullarda kaynama noktasının düşük olmasına (helyum-3 için 3,2 K, helyum-4 için 4,2 K) yol açar. Helyumun en dikkat çekici özelliği, aşırıakışkanlığıdır: herhangi bir sıvının hemen tıkayabileceği kılcal yapılardan sürtünmeden geçer.

3He için milikelvin boyutunda olan bu aşırıakışkan geçiş, 4He için 2 dolayındadır. Helyum-4'ün aşırıakışkanlığı, kaynak etkisi gösteren ve çeperler boyunca tırmanan bir filmin oluşması gibi kimi şaşırtıcı olayların nedenini oluşturur. Bu iki izotop, benzerliklerine karşın, çekirdeklerinin yapısı bakımından birbirinden tümüyle farklıdır. 3He atomları fermion, 4He atomları bozondur. Bu nedenle ilgili kuvantum etkilerinin doğmasında derin farklılıklar görülür: bunlar, aşırı- akışkanlığın ortaya çıkışında saptanan önemli sıcaklık aralığı ile helyum-3 durumunda, birbirinden tümüyle farklı iki ayrı evrenin belirmesidir (bu durumda helyum-3, uzaysal anizotropi ve manyetik özellikler göstermesine karşın, helyum-4 hem manyetik değildir, hem de izotroptur).

Sıvı helyum-3 ile helyum-4, 0,87 K’nin üzerinde her oranda birbiriyle karışabilir Karışım, bu sıcaklığın altında kendiliğinden iki evreye ayrılır Bu evrelerin derişimleri, sıcaklığa bağlı olarak değişir. Mutlak sıfıra doğru, evrelerden biri arı helyum-3, diğeri % 6 helyum-3 içeren helyum-4'tür. Helyum-4 içinde seyreltik helyum-3 içeren bu karışımdan, soğutucularda yararlanılır.

Üretimi ve kullanım alanları.

Helyum, neon ile kendisi dışında tüm bileşenleri sıvılaştırılmış olan havadan özütlenir. Bu iki gaz daha sonra, - 190°C’ta etkin kömür üzerinde yüzde tutulma farkından yararlanılarak (neon yüzde daha çok tutulur) birbirinden ayrılır. Helyum, ayrıca doğal gazdan da elde edilir. Balonların, özellikle sondaj balonlarının şişirilmesinde kullanılır. Balonları, hidrojene eş bir kuvvetle havalandırmasına karşın, tutuşmaması nedeniyle ondan daha üstün özellikler taşır. Ayrıca elektro-ışıldamalı tüplerde kullanılır Akışmazlığının çok düşük ve eylemsizliğinin de çok zayıf olması nedeniyle helyumdan, çoğu kez hava azotu yerine astım tedavisinde ve sualtı dalışlarında (su yüzüne çıkışta gazın tıkanma tehlikesini azalttığından) yararlanılır. Ayrıca derin soğutma sıvısı olarak da kullanılır.