گاز هلیوم تا کاربرد و حقایق پنهان درباره خطرات احتمالی آن​

هلیوم، دومین عنصر فراوان در جهان پس از هیدروژن، عنصری بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه و غیرسمی است که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. این گاز نجیب، سبک‌ترین عنصر پس از هیدروژن است و نقطه جوش و ذوب بسیار پایینی دارد، که آن را برای کاربردهای نیازمند دماهای بسیار پایین ایده‌آل می‌کند.

هلیوم (Helium) با نماد شیمیایی He و عدد اتمی 2، یک گاز نجیب، بی‌رنگ، بی‌بو، غیرسمی و بی‌اثر است که در جدول تناوبی جایگاه ویژه‌ای دارد. این گاز با چگالی کم و نقطه جوش بسیار پایین (نزدیک به صفر مطلق)، در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارد. هلیوم دومین عنصر فراوان در کیهان پس از هیدروژن است، اما در زمین کمیاب بوده و عمدتاً از گاز طبیعی استخراج می‌شود.

تاریخچه

تاریخچه کشف هلیوم به اواسط قرن نوزدهم بازمی‌گردد. در سال 1868، دو دانشمند به طور مستقل، پدیده‌ای را در طیف‌سنجی خورشید مشاهده کردند که تا آن زمان ناشناخته بود:

• پیر ژول سزار جانسن (Pierre Jules César Janssen): ستاره‌شناس فرانسوی، در 18 اوت 1868، در حین مشاهده خورشیدگرفتگی کامل در گونور هندوستان، خط زرد روشنی را با طول موج 587.49 نانومتر در طیف‌سنجی کروموسفر خورشید مشاهده کرد.
• نورمن لاکیر (Norman Lockyer): دانشمند انگلیسی، کمی بعد در همان سال، به طور مستقل همین خط را مشاهده کرد. او حدس زد که این خط متعلق به عنصری ناشناخته است و آن را هلیوم نامید که از واژه یونانی “helios” به معنای خورشید گرفته شده است.

با این حال، هلیوم در سال 1895 بود که برای اولین بار در زمین توسط شیمی‌دان اسکاتلندی، ویلیام رمزی (William Ramsay) کشف و جداسازی شد. او در حین تحقیق بر روی کلووایت، یک کانی حاوی اورانیوم، متوجه گازی شد که طیف آن با طیف مشاهده شده در خورشید مطابقت داشت. در سال 1907، دانشمندان رادرفورد و رویدز اثبات کردند که ذرات آلفا حاصل از واپاشی هسته‌ای، هسته‌های هلیوم هستند.

در سال 1908، هایک کامرلینگ اونس، فیزیکدان هلندی، با سرد کردن هلیوم تا زیر یک کلوین، هلیوم مایع تولید کرد، که این دستاورد نقطه عطفی در کاربردهای برودتی هلیوم بود. امروزه، هلیوم عمدتاً از میدان‌های گاز طبیعی در آمریکا، قطر و روسیه استخراج می‌شود و به دلیل منابع محدود، یک ماده استراتژیک محسوب می‌شود.

استعلام قیمت انواع گریدهای گازی در حجم‌های مختلف سیلندر

کدام گرید گازی برای نیاز شما مناسب است؟ حجم سیلندر مورد نظر برای صنعت شما چقدر باید باشد؟ برای بررسی دقیق‌تر و انتخاب بهینه، بروی دکمه زیر کلیک نمایید و در صورت نیاز به مشاوره تخصصی، با ما تماس بگیرید.

خرید گاز هلیوم

عوارض و خطرات گاز هلیوم

گرچه هلیوم گازی غیرسمی و بی‌اثر است، استفاده نادرست از آن می‌تواند خطرات جدی به دنبال داشته باشد. در ادامه، عوارض و خطرات مرتبط با هلیوم به‌طور کامل بررسی شده است.

خطرات گاز هلیوم

گاهی از گاز هلیوم برای باد کردن بادکنک‌ها ایجاد صدای خنده‌دار در مهمانی‌ها استفاده می‌شود. با این حال، استنشاق آن بدون نظارت پزشکی می‌تواند خطرناک و حتی کشنده باشد. مهمترین خطرات گاز هلیوم عبارتند از:

• خطر خفگی (Asphyxiation)

هلیوم به خودی‌خود سمی نیست، اما استنشاق آن به‌جای هوای معمولی می‌تواند اکسیژن موجود در ریه‌ها را جایگزین کند. این امر باعث کاهش سطح اکسیژن در خون (هیپوکسی) شده و می‌تواند به سرعت منجر به سرگیجه، تهوع، از دست دادن هوشیاری و حتی مرگ شود. این خطر به‌ویژه در محیط‌های بسته یا هنگام استنشاق هلیوم از بادکنک‌ها یا کپسول‌ها برای تغییر صدا (به دلیل چگالی کم هلیوم که باعث لرزش سریع‌تر تارهای صوتی می‌شود) افزایش می‌یابد.

• خطرات انفجار کپسول‌های تحت فشار

اگرچه هلیوم غیرقابل اشتعال است، کپسول‌های تحت فشار حاوی هلیوم در صورت نگهداری نادرست یا آسیب‌دیدگی می‌توانند منفجر شوند. این انفجار ناشی از فشار بالای گاز است، نه اشتعال‌پذیری آن. رعایت استانداردهای نگهداری و حمل‌ونقل کپسول‌ها ضروری است.

لازم به ذکر است، هلیوم مایع که در دمای بسیار پایین (نزدیک به صفر مطلق) نگهداری می‌شود نیز، در صورت تماس با پوست یا چشم می‌تواند باعث سوختگی سرمایی (frostbite) یا آسیب‌های جدی بافتی شود.

• آمبولی گازی

تنفس مستقیم هلیوم از کپسول‌های تحت فشار بسیار خطرناک است. فشار بالای گاز می‌تواند باعث ورود ناگهانی حجم زیادی هلیوم به ریه‌ها شود، که ممکن است منجر به پارگی کیسه‌های هوایی (آلوئول‌ها) یا ایجاد حباب‌های گازی در رگ‌های خونی (آمبولی گازی) گردد. این وضعیت می‌تواند کشنده باشد و نیاز به مراقبت فوری پزشکی دارد.

عوارض گاز هلیوم

استنشاق هلیوم برای تغییر صدا ممکن است به‌ویژه در میان جوانان به‌عنوان یک سرگرمی اعتیادآور تلقی شود. این رفتار می‌تواند به تکرار استنشاق و افزایش خطر خفگی یا آسیب‌های جسمی منجر شود. اثرات کوتاه‌مدت مانند سرخوشی یا هیجان ناشی از استنشاق هلیوم، افراد را به ادامه این رفتار خطرناک تشویق می‌کند. دقت کنید که حتی در مقادیر کم، استنشاق هلیوم می‌تواند عوارضی موقت یا جدی ایجاد کند که نیازمند توجه پزشکی است.

• سرگیجه و تهوع: از شایع‌ترین عوارض پس از استنشاق مقادیر کم هلیوم.
• سردرد: ناشی از کاهش موقت اکسیژن‌رسانی به مغز.
• کاهش سطح هوشیاری: در صورت مصرف مکرر یا بیش از حد.
• تپش قلب: در برخی افراد، به‌ویژه بیماران قلبی، ممکن است ضربان قلب را افزایش دهد.
• مشکلات گفتاری: به دلیل تغییر فشار در مجاری تنفسی و حنجره.

در نهایت، با وجود ظاهر بی‌خطر گاز هلیوم، استفاده نادرست از آن می‌تواند پیامدهای جدی و غیرقابل جبرانی داشته باشد.

نکات ایمنی برای کاهش خطرات هلیوم

از استنشاق هلیوم برای تفریح خودداری کنید و هرگز به کودکان اجازه دسترسی به کپسول‌ها یا بالن‌های هلیوم را ندهید. کپسول‌های هلیوم را در محیط‌های خنک و دور از منابع گرما نگهداری و هنگام کار با هلیوم مایع، از دستکش‌های مخصوص و عینک ایمنی استفاده کنید. همیشه از تهویه مناسب در محیط‌هایی که با هلیوم سروکار دارید اطمینان حاصل کنید تا از تجمع هلیوم جلوگیری شود. در صورت بروز هرگونه علائم تنگی نفس یا سرگیجه پس از قرار گرفتن در معرض هلیوم، فوراً به فضای باز بروید و از کمک‌های پزشکی استفاده کنید.

کاربردهای گاز هلیوم

اهمیت این گاز، از میزان کاربردهای آن در صنایع مختلف آشکار می‌شود. در ادامه برخی از مهم‌ترین آن‌ها را نام خواهیم برد:

از این گاز همچنین برای درمان‌های ناباروری که در آن رشد جنین باید به دقت در طول زمان کنترل شود، استفاده می‌کنند. علاوه براین، جراحان از سیستم‌های خنک‌کننده هلیوم مایع، در طول عمل جراحی قلب باز استفاده می‌کنند تا از ایجاد گرما و آسیب‌های مختلف در حین عمل جراحی جلوگیری کنند. مخلوط این گاز و اکسیژن (هلیوکس) می‌تواند به بیماران مبتلا به بیماری‌های تنفسی مانند آسم و آمفیزم کمک کند تا راحت‌تر نفس بکشند زیرا چگالی آن کمتر از هوا است.

کاربرد هلیوم در پزشکی

مطالعه‌ای که توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) انجام شده، نشان می‌دهد که حدود ۱۱ درصد از کل تولید این گاز سبک و ایمن، به‌طور خاص برای اهداف پزشکی حیاتی به کار می‌رود. در واقع اولین کاربرد این گاز، در زمینه پزشکی است. خواص منحصر به‌فرد این عنصر، آن را برای تصویربرداری MRI، و تصویربرداری برای تشخیص بیماری‌های سرطان، یا بیماری‌های قلبی مناسب نشان می‌دهد که به توانایی این عنصر در جذب امواج صوتی با فرکانس بالا متکی است. این قابلیت، به پزشکان اجازه می‌دهد تا تصاویر دقیقی از اندام‌های داخل بدن، بدون نیاز به انجام جراحی‌های تهاجمی یا اشعه ایکس به دست آورند.

کاربرد در صنایع هوا و فضا

از زمان کشف آن در سال ۱۸۹۵، به‌طور گسترده در زمینه‌های مهندسی هوافضا مورد استفاده قرار گرفته است. چگالی کم این گاز، اجازه می‌دهد تا هنگام قرار گرفتن در داخل وسایل نقلیه سبک‌تر از هوا، مانند بالن‌های هوای گرم یا زیپ لاین‌ها، خاصیت بالابرندگی ایجاد کند؛ این باعث می‌شود تا کنترل این وسایل بسیار آسان‌تر از وسایل نقلیه سنگین‌تر مانند هواپیماها یا هلیکوپترها باشد.

علاوه بر این، این گاز هنگام ترکیب با مخلوط گازهای اکسیژن و نیتروژن، خاصیت شناوری را در بالن‌ها و زیپ‌لاین‌ها فراهم می‌کند. این ویژگی، به طراحان هواپیما این امکان را می‌دهد تا هواپیماهای سبک‌تری نسبت به هواپیماهایی که فقط از مواد سنتی ساخته شده‌اند، طراحی کنند.
از این گاز در فضاپیماها نیز استفاده می‌شود. نقطه جوش پایین این گاز، به حفظ دمای مطلوب در طول ماموریت‌های طولانی در فعالیت‌های اکتشافات فضایی کمک می‌کند. ناسا، از هلیوم مایع، در طول عملیات پرتاب، به‌عنوان یک عایق قدرتمند در برابر دمای بسیار سرد در ارتفاعات بالا، استفاده می‌کند.

کاربرد در آزمایشگاه‌ها

نقطه جوش پایین و هدایت حرارتی این عنصر، در دماهای بسیار پایین، این گاز را به یک خنک‌کننده ایده‌آل در آزمایشگاه تبدیل کرده است. این گاز را نجیب می‌خوانند و به‌دلیل بی‌اثر بودنش، می‌تواند برای محافظت از انسان‌ها و تجهیزات حساس، در برابر واکنش‌های شیمیایی یا فرآیندهای جوش‌کاری استفاده شود. محققان از هلیوم مایع، به عنوان یک عامل خنک‌کننده برای آزمایش‌های تخصصی، مانند طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و میکروسکوپ تونلینگ روبشی (STM) استفاده می‌کنند.

این ویژگی‌ها به دانشمندان امکان مطالعه ساختارهای مولکولی، نانوساختارها، اثرات کوانتومی و سایر پدیده‌هایی را می‌دهد که به شرایط بسیار سرد نیاز دارند، بدون اینکه خطر آسیب رساندن به ابزارهای ظریف یا آسیب رساندن به پرسنل را داشته باشند.

کاربرد در سیستم اطفا حریق

علاوه‌بر این، نه تنها در آزمایشگاه‌های علمی و پزشکی استفاده می‌شود، بلکه کاربردهای دیگر نیز دارد که می توان آن‌ها را در صنایع مختلف یافت. به‌دلیل سبکی این گاز، و عدم ایجاد واکنس با مولکول‌های دیگر، می‌توان از آن برای تشخیص نشتی و اطفا حریق استفاده کرد.

در محیط‌های صنعتی ممکن است جرقه‌هایی از ابزارهای برقی یا تجهیزات جوشکاری ایجاد شود که منجر به اشتعال گازهای قابل احتراق شوند. به‌همین دلیل، در این فضاها از از این گاز برای جلوگیری از این اتفاق، استفاده می‌کنند.

کاربردهای تولیدی

یکی دیگر از کاربردهای استفاده این گاز در تولید بسیاری از محصولات، مانند تراشه‌های کامپیوتری و دستگاه‌های نیمه هادی است. علاوه‌بر این برای اتصال دو قطعه فلز به هم بدون سوختن یا ذوب شدن آن‌ها، می‌توان از این گاز استفاده کرد.

غواصی در اعماق دریا

از مخلوط آن با اکسیژن به‌عنوان گاز تنفسی برای غواصان در اعماق دریا برای جلوگیری از بیماری کاهش فشار (بیماری خمیدگی) استفاده می‌شود. برای اطلاعات بیشتر  کاربرد هلیوم در غواصی را مطالعه کنید.

موارد استفاده در زندگی روزمره

یکی از کاربردهای این گاز، استفاده از آن برای نگهداری مواد غذایی است. با کاهش سطح اکسیژن در بسته‌بندی‌ها یا ظروف، فساد ناشی از رشد باکتری‌ها، به شدت کاهش پیدا کرده یا کاملاً از بین می‌رود. این فرآیند همچنین به حفظ طعم و بافت غذاهایی مانند گوشت و میوه در طول زمان کمک می‌کند.

معروف‌ترین کاربرد آن در زندگی روزمره، نقش آن در باد کردن بادکنک‌ها است؛ سبکی و خاصیت شناور بودن این گاز،‌ باعث شده که از آن در مجالس و مهمانی‌ها برای باد کردن انواع بادکنک‌ها استفاده کنند.

کاربرد هلیوم برای بادکنک

یکی دیگر از کاربردهای رایج این گاز، نگهداری بعضی از آثار هنری گران‌بهاست. در گالری‌های هنری در سراسر جهان، محیط کنترل‌شده‌ای را تدارک می‌بینند که در آن‌ها، با استفاده از این گاز، غلظت اکسیژن را پایین نگه می‌دارند و همین کمک می‌کند تا آثار هنری برای طولانی مدت و بدون هیچ آسیبی نگهداری شوند.
در نهایت، یکی از کاربردهای کمتر شناخته شده این عنصر، در حفظ حشرات است. کسانی که به‌ نگهداری و حفظ حشرات علاقه‌مند هستند، نمونه‌هایی مانند پروانه‌ها را جمع‌آوری و در یک محیط خنثی که در آن سطح پایینی از نیتروژن و سطح بالایی از این گاز وجود دارد،‌ نگهداری می‌کنند. در این شرایط، هیچ تغییر رنگ یا آسیبی در طول زمان در این نمونه‌ها ایجاد نمی‌شود.