Helyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)
Helyum, dünyada ender bulunan en hafif gazlardan biridir. Yalnızca sesi inceltmesi ile öğrenilen helyum, hiç de küçümsenecek bir gaz değil.
Helyum, soy gaz ailesinin bir abonesi. Bu gazın ismini dinlediğimizde talk show programlarında ünlü adların seslerini inceltmek için kullanılan gaz olduğu usumuza kazanç. Veya uçan balonları, turistik seyir balonlarını hatta zeplinleri de düşünüyor olabiliriz. Ancak atmosferde de bulunan helyum, kimya sanayisi başta olmak üzere bir hayli alanda kullanılan bir gaz. Beynelmilel firma ve ticareti yapılan endüstriyel bir gazdır aynı zamanda. Helyumun özelliklerini, hasarlarını, neden sesi incelttiğini merak ederseniz yazımızı okumanızı nasihat ederiz.
Tarihçesi
Yunan mitolojisindeki güneş yaradanı “Helios” sözcüğünden türeyen bir kelime olan helyumun bulguyu 150 sene evvele katlanıyor. Helyumla alakalı kayıtlardaki bazı tarihler ve keşifler şunlar:
1868 senesinde Fransız kimyacı Pierre Jules Cesar Jansen, Hindistan’da güneş yakalanmasını izlerken güneş tayfını araştırdı. Jansen, Güneş’in çevresinde gaz atmosferlerindeki sarı spektral emisyon çizgisinin helyum olduğunu keşfetti.
Aynı sene İngiliz gökbilimci Norman Lockyer de, Londra’daki Güneş gözlemleri sırasında helyumu keşfeden başka bir addır. Lockyer, bu çizgiye Yunan güneş yaradanı “Helios”un isminden esinlenerek “helyum” ismini verdi.
Helyumun ilk keşfedildiğinde yalnızca güneşte bulunan bir element olduğu düşünülüyordu. “Soy gaz avcısı” olarak öğrenilen İskoç kimyacı William Ramsay, 1895 senesinde helyumun uranyum filizi kleveyit etrafındaki gazlar içinde bulunan bir gaz olduğunu tespit etti. Böylece helyumun Dünya’da da bulunan bir element olduğu keşfedilmiş oldu. Asal gazların kâşifi Ramsay, helyum dışında neon, argon, kripton, ksenon ve radon gazlarını da keşfetmiştir.
1908 senesinde Hollandalı bilim adamı Heike Kamerling, helyumu akışkanlaştırmayı başardı.
1915 senesinde Amerika Birleşik Devletleri, helyumu “stratejik rezerv” olarak duyuru etti.
1930 senesinde Pyotr Kapitsa, helyumun izotoplarından bir olan “4He” formunun süper sıvı özelliğini keşfetti. “3He” formunun süper sıvı özelliği ise 1970 senesinde keşfedildi.
Kimyasal Özellikleri
Kimyasal simgeyi “He” olan helyumun atom numarası 2, atom ağırlığı 4,0026’dır. Periyodik cetvelin 8-A grubunda yer alan bir asal gaz soy gaz ve elementtir. Erime noktası -272 derece, kaynama noktası -269 derecedir. Elementler arasında en düşük erime noktasına sahiptir. Yoğunluğu havadan hafiftir 0,1785 gl. Kararlı bir elementtir, oksijen ile tepkimeye giremez, öbür elementlerle bileşik yapmaz. Çekirdeği, iki nötron ve iki protondan oluşan alfa taneciğidir. Kristal yapısı hekzaganoldur müseddes. Moleküler yapısı minik ancak enerjisi yüksektir. Monoatomik reaktif özellikler gösterir.
Hidrojenden sonra en hafif gaz olan helyum, renksiz ve kokusuzdur. Uçan balonlar ve sıcak havayla uçabilen turistik balonlarda kullanılan helyum; daha hafif olan ancak yanıcı özelliğinden dolayı seçim edilmeyen hidrojenin yerini almıştır. Ancak hidrojenden pahalıdır; zira havadan elde edilmesi efordur. Helyum, havadan bazı operasyonlar sonrası elde edilebilir. Oksijeni alınan azot, lityum ve kalsiyum üzerinden geçirilir. Bu harekâttan sonra asal gazlar sarihe çıkar. Helyum, bu biçimde neon ile beraber elde edilir.
Tabiatta iki izotop halinde bulunur. En çok öğrenilen izotopu “4He”dir. Başka Bir Deyişle atom çekirdeğinde 4 nükleon bulunur 2 proton, 2 nötron. “3He” formu ise pek görülmeyen, alışılmışın dışında bir izotoptur ve atom çekirdeği bir nötron kapsar. “4He” formu, tabiatta “3He” izotopundan 10 milyon kat daha sık görülür.
Helyumun yapısı ile alakalı bazı bilgileri şöyle sıralayabiliriz:
Hidrojenden sonra atmosferde en çok bulunan gazdır. Sıcak yıldızlar genelde helyum kapsar. Güneş, yüzde 8 etrafında helyum kapsar. Dünya atmosferinde az ölçüde, 1200.000 oranında helyum bulunur.
Bazı radyoaktif mineraller de toryanit, monazit ve kleveit gibi az ölçüde helyum kapsar.
Güneş’te alana gelen milyonlarca tepkime sırasında hidrojen gazı helyuma dönüşür. Başka Bir Deyişle Güneş, sanki helyum üreten bir fabrika gibidir.
Doğal şartlarda ve oda sıcaklığında gazdır. Laboratuvar civarında bazı sıcaklıklarda katı ve gaz halini alabilir.
Helyum, soy gaz olduğu için tepkimeye girmez, eylemsiz bir yapısı vardır.
Akışkan havanın damıtılması ile elde edilemez; yüksek tazyikte sıvılaşmaz.
Yoğunluğu havadan düşük olduğu için sıcak hava balonları ve zeplinler gibi hava vasıtalarında kullanılmaktadır.
Yükseltgenme basamağı sıfır olan helyum, 20 bin minik balonda kullanıldığında insan ağırlığını 6 kg azaltır.
Dalgıç tüplerinin yüzde 80’i helyum, yüzde 20’si oksijen kapsar. Helyumla oksijen karışımı dalgıçların “vurgun” hadiseyi ile karşılaşmasını engeller.
Süper soğutma özelliğine sahip tek elementtir.
Akışkan içinde öbür gazlara oranla daha az çözünür. Akışkan hali öğrenilen en soğuk maddedir. Akışkan helyum soğutulduğunda “süper sıvı” halini alır.
Fazla saflaştırma operasyonları sırasında mor bir ışın verir.
Çok uçucu bir gazdır, akışkan ile teması halinde ani donmalara yol açar.
Balonlar dışında; kaynaklarda gözetici gaz, firari hakimiyet gazı, astım hastalarının solunum gazı içerikleri, optik mercekleri, MR aygıtları, analitik aygıtlar, süper geçirgenler, nükleer santraller gibi alanlarda da kullanılır.
Akışkan roket yakıtlarına tazyik uygulanmasında ve bazı soğutma aygıtlarında helyum kullanılır.
Nükleer santrallerde daha hafif olan “3He” izotopu kullanılır.
Hidrojen bombasının patlama eforu, hidrojen atomlarının birleşerek helyum atom yapısına dönüşmesi neticeyi ortaya çıkan termonükleer tepkimeyle alana kazanç.
Hangi Ülkelerde Üretilir?
Helyum tabiatta çok hudutlu rezervi bulunan ve elde edilmesi güç olan bir gazdır; bu nedenle pahalıdır. Dünyada senede takribî 180 milyon metreküp helyum harcanıyor. Dünya helyum rezervinin tükenmesi demek, MR aygıtları başta olmak üzere LCD televizyonlar ve uçan balonların sonu anlamına kazanç. Öbür gereksinimi de cabası… Kısacası dünyadaki rezervler tükenirse başka atmosferlerde helyum aramamız gerekecek.
En fazla ticari helyum yapımı doğalgaz yataklarından yapılır. Doğalgaz yatakları yüzde 5-8 oranlarında helyum kapsar. Fosil yakıtları yataklarındaki gazlar arasında da az da olsa helyum bulunabiliyor. Helyum, en çok doğalgaz kaynağı bulunan Amerika Birleşik Devletleri, Katar, Rusya ve Cezayir gibi ülkelerde üretilir. Helyum yapımı pastasının yüzde 70’i Amerika Birleşik Devletleri’ye ait. Amerika Birleşik Devletleri, 1915’te Bazı ülkelerdeki helyum rezervleri şöyledir; Miktar üniteyi, milyarmetreküptür Amerika Birleşik Devletleri 20,6, Katar 10,1, Cezayir 8,2, Rusya 6,8, Kanada 2, Çin 1,1. Son olarak 2016 senesinde Tanzanya’nın volkanik vadisi Rift Vadisi’nde 1,5 milyarmetreküp helyum gazı rezervi bulundu.
Türkiye’de öğrenilen veya açıklanan bir helyum rezervi bulunmuyor. Ancak tespit edilen doğalgaz kaynaklarından helyum üretilmesi için çalışmalar yapıldığı veya yapılacağı istikametinde bilgiler yer alıyor.
Helyumun İnsan Sıhhatine Hasarları Nelerdir?
Helyum gazı, bazı vaziyetlerde ölümcül neticeler doğurabiliyor. Helyumun sesi incelttiğini bilen çocuklar helyumla şişirilmiş balonlar alarak kendi aralarında eğlenebiliyor. Nitekim; 6 Nisan 2017 tarihinde Ankara’nın Gölbaşı ilçesinde helyum gazı dolu balonu soluyan 9 yaşındaki bir çocuk yaşamını kaybetti. Sesini incelterek gülünçlük yapmaya çalışan çocuğun içine sürüklediği helyum ciğerlerine baskı yaparak kalbinin durmasına yol açtı.
Helyum; zehirsiz, yanıcı ve patlayıcı özellikler taşımayan bir gaz; ancak boğucu özelliği var. Başka Bir Deyişle bir gazın zehirsiz veya yanıcı olmaması riskli olmadığı anlamına gelmiyor. Helyum, etkin bir gaz olduğu için akciğerlere oksijen alımını yasaklıyor. Ani oksijensizlik bazı bünyelerde bayılma nöbetlerine yol açıyor. Gereğinden fazla helyum alınması ise hayati uzuvların aniden durmasına neden olabiliyor.
Helyum solunduğunda baş dönmesi, görme bozuklukları, kalıcı âmâlık gibi meseleler yaşanabiliyor. Ayrıca, solunan helyum ölçüyü fazlaysa baş sızısı, sersemlik gibi bulgular ortaya çıkabilirken, boğulmalara da yol açabiliyor. Kapalı civarlarda oksijeni eksilterek soluk alma meseleleri veya boğulmalar yaşanabiliyor. Helyumun fazla solunması ciğerlerde yırtıklara dahi neden olabiliyor. Cilt veya gözlere teması halinde donmaya neden olabilir.
Helyum İnsan Sesini Neden İnceltir?
Helyumun insan sesini inceltmesi oldukça gülünç gidişatlar ortaya çıkarır. Bu nedenle bazı gösteri programlarında ünlü adların soluğuna helyum gazı sürükleyerek konuşması izleyenlere neşeli ve cümbüşlü anlar yaşatır. Peki, helyum insan sesini neden inceltir hiç düşündünüz mü?
Helyumun sesi inceltmesi, “sesin helyum içinde daha süratli hareket etmesi” olarak açıklanabilir. Matematiksel olarak da şu açıklama yapılabilir: Gazlar içindeki ses dalgalarının sürati ile gazın yoğunluğunun karekökünün ters orantılı olması… Başka bir deyişle yoğunluğu havadan az olduğu için helyuma maruz kalan ses, havadaki sesten birkaç kat daha süratlidir. Bu nedenle ses tellerini hava yerine helyum gazı titreştirdiğinde, ses, helyum içinde birden süratlenir ve tiz bir biçimde çıkar veya incelir. İncelen ses bir zaman sonra veya tekerrür helyum alındığında sıradana döner.
Havadan takribî 6 kat daha yoğun olan “SF6” gazı ise, helyumun aksine sesi kalınlaştırır. Bunun sebebi de, SF6 gazına maruz kalan sesin havadakinden daha yavaş ilerlemesi olarak açıklanır. Ancak bu gazın hasarsız olması için yüzde 20 oranında oksijenle karıştırılması gerekmektedir.