Helyum periyodik tabloda asal gazlar grubunda yer alan kimyasal bir elementtir. Helyum hidrojenden sonra ikinci en hafif element olarak bilinmektedir. -268.9 °C’de sıvı hale gelen helyum, rengi olmayan, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Helyum’un kaynama ve donma noktaları bilinen diğer maddelerden daha düşüktür. Helyum, normal atmosfer basıncında yeterli soğutma ile katılaşamayan tek elementtir; katı formuna dönüştürmek için -272 °C sıcaklıkta 25 atmosferlik basınç uygulamak gereklidir.
Element Özellikleri
- Atom Numarası: 2
- Atom Ağırlığı: 4.0026
- Erime Noktası: Bulunmamaktadır.
- Kaynama Noktası: -268.9 °C (-452 °F)
- Yoğunluk (1 atm, 0 °C): 0.1785 gram/litre
- Oksidasyon Durumu: 0
- Elektron Konfigürasyonu: 1s2
- Sembolü: He
Tarihi ve Keşfedilişi
Helyum, 1868 yılında bir tutulma sırasında güneş kromosferinin spektrumunda parlak sarı bir çizgi tespit eden Fransız astronom Pierre Janssen tarafından güneşi çevreleyen gaz atmosferinde keşfedilmiştir. Bu sarı çizgi ilk başlarda sodyum elementi olarak varsayılmıştır. Aynı yıllarda İngiliz astronom Joseph Norman Lockyer, güneş spektrumunda bilinen D1 ve D2 sodyum hatlarına karşılık gelmeyen sarı bir çizgi gözlemledi. Bu gözlemden sonra helyum elementinin oluşturduğu hatta D3 adı verildi. İngiliz kimyager Sir William Ramsay, 1895 yılında Dünya’da helyumun varlığını ilk kez keşfetmiştir. Ramsay uranyum taşıyan kleveyit mineralinden bir örnek elde etmiştir. Ardından bu örneği ısıtarak yaptığı gaz araştırması üzerine, kendi spektrumunda benzersiz parlak halde bulunan sarı çizginin güneşin spektrumunda gözlenen D3 hattı ile eşleştiğini fark etti. Helyum’un varlığı bu şekilde tespit edildi ve kayıtlara bu şekilde geçti. Ayrıca 1903 yılında Ramsay ve Frederick Soddy, helyumun radyoaktif maddelerin kendiliğinden parçalanmasının bir ürünü olduğunu da ortaya çıkardılar.
İzotopları
Helyum, evrenin kütlesinin yaklaşık %23’ünü oluşturmaktadır. Evrende hidrojenden sonra ikinci en bol elementtir. Helyum dünya atmosferinin 200.000’de 1’lik bölümünde meydana gelmektedir. Ancak bununla birlikte radyoaktif mineraller, meteorik demirler ve mineral kaynaklarında da bulunmaktadır. Amerika Birleşik Devletinden sonra Cezayir, Polonya, Avustralya, Katar ve Rusya’da az miktarda bulunmuştur ancak büyük kaynağı ABD olarak bilinmektedir.
Her He atomunun çekirdeği iki proton içerir, ancak tüm elementlerde olduğu gibi helyumun da izotopları vardır. Helyumun bilinen izotopları bir ile altı nötron içerir, bu nedenle kütle numaraları üç ile sekiz arasında değişir. Bu altı izotoptan sadece üç (helyum-3 veya 3he) ve dört (helyum-4 veya 4He) kütle sayıları olanlar durağandır. Diğer radyoaktif olanlar, çok hızlı bir şekilde diğer maddeler ile çözülmektedir. Yeryüzünde bulunan ilkel bir bileşen değildir, ancak radyoaktif bozulmalar tarafından meydana getirebilmektedir. Daha ağır radyoaktif maddelerin çekirdeklerinden atılan alfa parçacıkları, helyum-4’ün çekirdekleridir. He atmosferde büyük miktarlarda birikemez, çünkü yer çekimi helyumun uzaya kademeli olarak yükselmesini önlemek için yeterli değildir.
Üretimi ve Kullanım Alanları
He gazı ve diğer bileşenleri düşük sıcaklıklarda ve yüksek basınç altında sıvılaştırarak doğal gazdan izole edilir. Soğutulmuş, aktif kömür üzerindeki diğer gazların yüzeye tutunmalarından %99.995 oranında saf helyum elde edilir. Helyumların bazıları havanın büyük ölçekte sıvılaştırılmasından sağlanır. Oda sıcaklığında ve normal atmosferik basınçta ölçülen 900 metrik ton havadan elde edilebilen helyum miktarı yaklaşık 112 Metreküp’dür.
Helyumun kaynakçılıkta, germanyum ve silisyum kristallerinin üretiminde kullanıldığı bilinmektedir. Titanyum ve zirkonyum elde etmede, süpersonik rüzgar panellerinde ve derin dalış tüplerinde de kullanılmaktadır. Bununla birlikte düşük sıcaklık araştırmalarında ve nükleer enerji santrallerinde önemli ölçüde soğutucu olarak kullanıldığı bilinmektedir. En zor şartlarda bile atomik özelliklerini göstermesi nedeniyle kuantum sıvısı olarak adlandırılmaktadır. Isı iletkenliği olağanüstü derecede yüksek olan sıvı helyum, MR ve kanser teşhisi için MRE uygulamalarında kullanılmaktadır. Yakın zamanda, sıvı roket yakıtı sıkıştırmalarında da helyumdan faydalanılmaya başlanmıştır. Uçan balonların gökyüzüne doğru uçup kaybolmalarının sebebi ise yine helyum gazıdır. Uçan balonlar ve zeplin gibi hava taşıtları helyum ile doldurulmaktadır. Ancak helyum gazı dendiği zaman akla ilk gelen kullanım alanı insan sesini inceltmesi amacıyla kullanılan şeklidir.
