ഹീലിയം

ഹീലിയം, ₀₀He
ഹീലിയം
Pronunciation	/ˈhiːliəm/ (HEE-lee-əm)
Appearance	നിറമില്ല
Standard atomic weight Ar°(He)
	ഫലകം:Infobox element/standard atomic weight format
ഹീലിയം in the periodic table
	ഹൈഡ്രജൻ ← ഹീലിയം → ലിഥിയം
Group	group 18 (noble gases)
Period	period 1
Block	s-block
Electron configuration	1s2
Electrons per shell	2
Physical properties
Phase at STP	gas
Melting point	(at 2.5 MPa) 0.95 K (−272.2 °C, −458.0 °F)
Boiling point	4.22 K (−268.93 °C, −452.07 °F)
Density (at STP)	0.1786 g/L
Critical point	5.19 K, 0.227 MPa
Heat of fusion	0.0138 kJ/mol
Heat of vaporization	0.0829 kJ/mol
Molar heat capacity	20.786 J/(mol·K)
Atomic properties
Oxidation states	0
Electronegativity	Pauling scale: no data
Atomic radius	calculated: 31 pm
Covalent radius	32 pm
Van der Waals radius	140 pm
	Spectral lines of ഹീലിയം
Other properties
Natural occurrence	primordial
Crystal structure	hexagonal close-packed (hcp)
Thermal expansion	{ µm/(m⋅K) (at 25 °C)
Thermal conductivity	0.1513 W/(m⋅K)
CAS Number	7440-59-7
Isotopes of ഹീലിയം ക; തി;
	Template:infobox ഹീലിയം isotopes does not exist
	വർഗ്ഗം: ഹീലിയം; view; talk; edit; \| references

നിറമോ മണമോ രുചിയോ ഇല്ലാത്ത രാസമൂലകമാണ് ഹീലിയം. ഗ്രീക്കുഭാഷയിലെ സൂര്യൻ എന്നർത്ഥമുള്ള ഹീലിയോസ് എന്ന വാക്കിൽനിന്നാണ് ഹീലിയം എന്ന പേരുണ്ടായത്. ഉൽകൃഷ്ടവാതകങ്ങളിൽ നിയോൺ കഴിഞ്ഞാൽ ഏറ്റവും അലസമായ മൂലകമാണ് ഇത്. (മുൻ കാലങ്ങളിൽ എറ്റവും അലസമായ ഉൽകൃഷ്ടവാതകം ഹീലിയമാണെന്നാണ് കരുതിയിരുന്നത്. എന്നാൽ പുതിയ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പ്രകാരം എറ്റവും ഉൽകൃഷ്ടം നിയോൺ ആണ്). ക്വഥനാങ്കവും ദ്രവണാങ്കവും ഏറ്റവും കുറവുള്ള മൂലകവും ഇതാണ്. തീക്ഷ്ണമായ ഭൗതിക സാഹചര്യങ്ങളിലൊഴികെ ഇത് വാതകരൂപത്തിലാണ് നിലകൊള്ളുന്നത്. താപനില കേവലപൂജ്യത്തിനടുത്തെത്തിച്ചാൽ ഇത് അതിദ്രാവകമായി (super fluid) മാറുന്നു. ഘർഷണം ഒട്ടുമില്ലാത്ത അവസ്ഥയാണ് ഇത്.

ഹീലിയം ലേസർ

ഭാരത്തിൽ ഹൈഡ്രജന് തൊട്ടുപിന്നാലെ രണ്ടാം സ്ഥാനത്തു നിൽക്കുന്ന ഈ മൂലകം പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ അളവിൽ ഉള്ള മൂലകങ്ങളിലും ഹൈഡജന് പിന്നാലെ രണ്ടാമത്തേതാണ്. പ്രപഞ്ചത്തിലുള്ള ഹീലിയത്തിന്റെ മുഖ്യ ഭാഗവും മഹാവിസ്ഫോടനസമയത്ത് ആണ് ഉണ്ടായതെന്നു കരുതുന്നു. നക്ഷത്രങ്ങളിൽ സംഭവിക്കുന്ന ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ മൂലമാണ് ബാക്കി ഉണ്ടായിരിക്കുന്നത്. ആറ്റോമിക ഭാരം താരതമ്യേന കൂടിയ മൂലകങ്ങളിൽ നടക്കുന്ന റേഡിയോ ആക്റ്റിവിറ്റി നശീകരണമാണ് ഭൂമിയിലെ ഹീലിയത്തിന്റെ പ്രധാന സ്രോതസ്സ്. ഈ വിധത്തിൽ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ആൽഫാ കണങ്ങൾ ഹീലിയം അണുകേന്ദ്രങ്ങളാണ്. പ്രകൃതിവാതകത്തിൽ ഇത് ധാരാളം കാണപ്പെടുന്നു. കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ പ്രകൃതിവാതകത്തെ ആംശികസ്വേദനം (fractional distillation) നടത്തിയാണ് വ്യാവസായികമായി ഹീലിയം വേർതിരിക്കുന്നത്.

ചരിത്രം

ഹീലിയം എന്ന മൂലകത്തിന്റെ ആദ്യ തെളിവുകൾ കിട്ടിയത് 1868 ഓഗസ്റ്റ് 18നാണ്. അന്ന്, ഫ്രഞ്ചു വാനനിരീക്ഷകനായിരുന്ന പിയറി ജാൻസെൻ, ഭാരതത്തിലെ ഗുണ്ടൂരിൽ വച്ച്, ഒരു സൂര്യഗ്രഹണസമയത്ത് സൂര്യരശ്മികളുടെ സ്പെക്ട്രത്തിൽ അതുവരെ കാണപ്പെടാത്ത തരത്തിലുള്ള മഞ്ഞ വര കണ്ടെത്തി. ഇത് സോഡിയത്തിന്റെ സാന്നിധ്യം മൂലമാണെന്നാണ് ആദ്യം കരുതിയത്. ഇതേ വർഷം തന്നെ ഒക്ടോബർ 20 ന് ഇംഗ്ലീഷ് വാനനിരീക്ഷകനായ നോർമൻ ലോക്യറും ഇതേ പ്രതിഭാസം നിരീക്ഷിച്ചു. തുടർന്നുള്ള നിരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ ഇത് സൂര്യനിൽ മാത്രം കാണപ്പെടുന്നതും ഭൂമിയിൽ കാണപ്പെടാത്തതുമായ ഒരു പുതിയ മൂലകമാണെന്ന് അദ്ദേഹം അനുമാനിച്ചു. ഗ്രീക്ക് ഭാഷയിലെ സൂര്യന്റെ നാമമായ ഹീലിയോസ് എന്ന പേരിൽ നിന്നും ഹീലിയം എന്ന പേര് അദ്ദേഹവും ഇംഗ്ലീഷ് രസതന്ത്രജ്ഞനുമായ എഡ്വേർഡ് ഫ്രാങ്ൿലാന്റും ചേർന്ന് ഈ മൂലകത്തിനു നൽകി.

1895 മാർച്ച് 26ന് ബ്രിട്ടീഷ് രസതന്ത്രജ്ഞനായ വില്യം രാംസേ ആണ് ഹീലിയത്തെ ആദ്യമായി വേർതിരിച്ചെടുത്തത്. ക്ലെവീറ്റ് എന്ന ധാതുവിൽ നിന്നും ധാതു അമ്ലങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് അദ്ദേഹം ഹീലിയം വേർതിരിച്ചത്. ആർഗോൺ വേർതിരിക്കാൻ നടത്തിയ ശ്രമങ്ങളാണ് അദ്ദേഹത്തെ ഇതിലേക്ക് നയിച്ചത്. ഇതേ വർഷം തന്നെ സ്വീഡനിലെ രസതന്ത്രജ്ഞരായ തിയോഡോർ ക്ലീവും, അബ്രഹാം ലാങ്‌ലെറ്റും സ്വതന്ത്രമായി ഇതേരീതിയിൽ തന്നെ ഹീലിയം വേർതിരിക്കുകയും അതിന്റെ ആറ്റോമികഭാരം കൃത്യമായി കണക്കാക്കുകയും ചെയ്തു.

ഗുണങ്ങൾ

രാസഗുണങ്ങൾ

ഹീലിയത്തിന്റെ അണുസംഖ്യ 2-ഉം പ്രതീകം He യും ആണ്. ആവർത്തനപ്പട്ടികയിൽ ഇത് ഉൽകൃഷ്ടവാതകങ്ങളുടെ ഗ്രൂപ്പായ 18-ആം ഗ്രൂപ്പിൽപ്പെടുന്നു. ഹീലിയം തന്മാത്രകൾ ഏകാറ്റോമികമാണ്. അന്തരീക്ഷമർദ്ദത്തിന്റെ 25 മടങ്ങിലധികം മർദ്ദത്തിൽ -272.2 ഡിഗ്രി സെന്റീഗ്ര്ഡിൽ താപനില താഴ്ത്തിയാലേ ഹീലിയം ഖരാവസ്ഥ പ്രാപിക്കൂ. ഇതിന്റെ ക്വഥനാങ്കം -268.9 ഡിഗ്രിയാണ്. 20 ഡിഗ്രി സെന്റീഗ്രേഡ് താപനിലയിൽ ഇതിന്റെ സാന്ദ്രത 0.1664 ഗ്രാം പ്രതി ലിറ്റർ ആണ്. ഹീലിയത്തിന്റെ അണുഭാരം 4.0026 ആണ്. ഏറ്റവും താഴ്‌ന്ന തിളനിലയിള്ള മൂലകമാണ്‌ ഹീലിയം. മറ്റു അലസവാതകങ്ങളെപ്പോലെ ഹീലിയത്തിന്റെ ഏക ഇലക്ട്രോൺ അറ സമ്പൂർണ്ണമാണ്. ആയതിനാൽ ഇത് സാധാരണ പരിതഃസ്ഥിതിയിൽ രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ ഏർപ്പെടാറില്ല. എങ്കിലും നിയോണും മറ്റു അലസവാതകങ്ങളുമായും, ഹൈഡ്രജനുമായും ഉള്ള ഹീലിയത്തിന്റെ സംയുക്ത അയോണുകൾ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. പക്ഷെ അവയെ സംയുക്തങ്ങളായി കണക്കാക്കാനാവില്ല. എന്നാൽ അതിശീത താപനിലയിലും (2.5 K) അത്യധികം മർദ്ദത്തിലും ( >23 GPa - പരീക്ഷണശാലയിൽ സാധ്യമായേക്കും) ഖരഹീലിയത്തിൽ ഹീലിയം ഫ്ലൂറോഹൈഡ്രൈഡ് (HHeF) എന്ന സംയുക്തം സ്ഥിരതയുള്ളതായിരിക്കാമെന്നു ചില പുതിയ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ (ab initio calculations) പ്രവചിക്കുന്നു^[1]. ഹീലിയം-ഓക്സിജൻ സഹസംയോജക രാസബന്ധമുള്ള CsFHeO, N(CH₃)₄FHeO എന്നീ രണ്ട് പുതിയ സംയുക്തങ്ങൾ അതിശീത താപനിലയിൽ സ്ഥിരതയുള്ളതായിരിക്കാമെന്ന് പോളണ്ടിലെ വാർസൊ സർവകലാശാലയിലെ (University of Warsaw) രസതന്ത്ര അദ്ധ്യാപകനായ ഡോ. ഡബ്ലു. ഗ്രോഷാല (Dr. Wojciech Grochala) തന്റെ ഒരു പേപ്പറിൽ പ്രസിദ്ധപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്^[2]. തായ്വാനിലുള്ള ഒരു സംഘം ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ (Li et al.) FHeO^-, FArO^-, FKrO^- എന്നീ ഋണഅയോണുകളുടെ പ്രവചനമാണ് ഇതിലേക്ക് ഡോ. ഗ്രോഷാലയെ നയിച്ചത്^[3].

വാതകങ്ങളിൽ വച്ച് ദ്രവീകരിക്കുന്നതിന് ഏറ്റവും ബുദ്ധിമുട്ടേറിയ വാതകമാണ് ഹീലിയം. കൂടാതെ അന്തരീക്ഷമർദ്ദത്തിൽ ഇതിനെ ഖരാവസ്ഥയിലേക്കെത്തിക്കാനും കഴിയില്ല. ഈ ഗുണങ്ങൾ മൂലം ഒരു ശീതീകരണോപാധി(refrigerant) ആയും പരീക്ഷണപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ കേവലപൂജ്യത്തിനടുത്ത താപനില സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും, അളക്കുന്നതിനും ദ്രാവകഹീലിയത്തെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു.

ഹീലിയം II

ഹീലിയം II ന്റെ പ്രത്യേകത കാണിക്കുന്ന രേഖാചിത്രം. നീലനിറത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് ഹീലിയം II ആണ്.

കേവലപൂജ്യത്തിന് തൊട്ടുമുകളിലുള്ള ഒരു താപനിലയിലേക്കെത്തിക്കുമ്പോൾ ദ്രവഹീലിയം അനന്യ ഭൌതീക ഗുണങ്ങളുള്ള അതിദ്രാവകമായി മാറുന്നു, ഇതാണ് ഹീലിയം II. ഖരാങ്കമോ,വിസ്കോസിറ്റിയോ ഇല്ലാത്ത ഇത് വളരെ ചെറിയ ദ്വാരങ്ങളിലൂടെയും വിടവുകളിലൂടെയും വരെ എളുപ്പത്തിൽ കടന്നു പോകുന്നു. ഇത് സൂക്ഷിച്ചിരിക്കുന്ന പാത്രത്തിന്റെ അരികിലൂടെ ഗുരുത്വത്തിന് എതിരായി മുകളിലേക്ക് പ്രവഹിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഐസോട്ടോപ്പുകൾ

ഹീലിയത്തിന്റെ, ആറ്റോമികഭാരം 3 ആയ ഹീലിയം -3 ഐസോട്ടോപ്പിന് സാധാരണ ഹീലിയത്തെക്കാൾ(ഹീലിയം - 4) കുറഞ്ഞ ക്വഥനാങ്കമാണ് ഉള്ളത്. ദ്രവീകരിക്കുമ്പോൾ സാധാരണ ദ്രവഹീലിയത്തിന്റേതിൽ നിന്നും വ്യത്യസ്തമായ ഗുണങ്ങളും പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു.

ലഭ്യത

പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഹീലിയത്തിന്റെ അളവ് വളരെകൂടുതലാണെങ്കിലും ഭൂമിയിൽ ഇത് വളരെ ദുർലഭമാണ്. പ്രകൃതിവാതകവുമായി കലർന്ന അവസ്ഥയിൽ ഭൗമാന്തർഭാഗത്താണ് ഹീലിയം ഭൂമിയിൽ കാണപ്പെടുന്നത്. അന്തരീക്ഷത്തിൽ ദശലക്ഷത്തിന് 5.4 ഭാഗമാണ് ഹീലിയത്തിന്റെ അളവ്. ഇത് സമുദ്രനിരപ്പിലെ അളവാണ്. കൂടുതൽ ഉയരത്തിലേക്ക് പോകുന്തോറും ഈ അനുപാതം വർദ്ധിക്കുന്നു. അന്തരീക്ഷത്തിലെ ഹീലിയത്തിന്റെ ദശലക്ഷത്തിൽ ഒരു ഭാഗം ഹീ‍ലിയം - 3 ഐസോട്ടോപ്പ് ആണ്. ഹൈഡ്രജന്റെ റേഡിയോ ആക്റ്റിവിറ്റിയുള്ള ഐസോട്ടോപ്പായ ട്രിഷിയം (ആറ്റോമികഭാരം 3) വിഘടിച്ചാണ് അന്തരീക്ഷത്തിലെ ഹീലിയം 3 ഉണ്ടാകുന്നതെന്നാണ് കരുതുന്നത്. സാധാരണ ഹീലിയം ഐസോട്ടോപ്പായ ഹീലിയം 4 റേഡിയോ ആക്റ്റിവിറ്റി ഉള്ള പാറകളിലും മറ്റും നിന്ന് ഉത്സർജിക്കുന്ന ആൽഫാ കണങ്ങളുടെ ഫലമായാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്. പ്രകൃതിവാതകത്തിൽ 0.4 ശതമാനം ഹീലിയം അടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. ഇതാണ് ഹീലിയത്തിന്റെ പ്രധാന വ്യാവസായിക ഉറവിടം.

ഉപയോഗങ്ങൾ

ദ്രവഹീലിയം അതിശീതശാസ്ത്രത്തിൽ(cryogenics) ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാ‍ത്ത ശീതീകരണോപാധിയാണ്. റോക്കറ്റുകളിലെ ഇന്ധനമായ ദ്രവ ഹൈഡ്രജനേയും ദ്രവഓക്സിജനേയും കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ ദ്രാവകമായിത്തന്നെ നിലനിർത്തുന്നതിനും ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ആഴക്കടലിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ശ്വസനവായുവിൽ നൈട്രജനു പകരം ഹീലിയമാണ് ചേർക്കുന്നത്. സമുദ്രാന്തർഭാഗത്തെ ഉന്നതമായ മർദ്ദത്തിലും കുറഞ്ഞ ഭാരമുള്ള ഹീലിയം കലർന്ന വായു വളരെ പെട്ടെന്ന് ശ്വസനേന്ദ്രിയങ്ങളിലേക്ക് പ്രവഹിക്കുന്നു. ഇതേ കാരണം കൊണ്ടുതന്നെ വൈദ്യശാസ്ത്രമേഖലയിൽ ശ്വസിക്കാൻ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള രോഗികൾക്കും ഹീലിയം കലർന്ന വായു നൽകുന്നു.
ബലൂണുകളിലും ആകാശനൌകകളിലും (air ship) നിറക്കുന്നതിനായും ഹീലിയം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഹീലിയം വളരെ നിർവീര്യമായതിനാൽ പെട്ടെന്ന് കത്തു പിടിക്കുന്ന ഹൈഡ്രജനെ അപേക്ഷിച്ച് വളരെ സുരക്ഷിതമാണ്.
അലൂമിനിയം, മഗ്നീഷ്യം പോലുള്ള ലോഹങ്ങളെ വിളക്കി യോചിപ്പിക്കുമ്പോൾ വായുവിലുള്ള ഓക്സിജൻ വളരെ പെട്ടെന്നു തന്നെ അവയുമായി പ്രവർത്തിച്ച് അതിന്റെ ഓക്സൈഡ് ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഹീലിയം പോലുള്ള ഉൽകൃഷ്ടവാതകങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഇത് ചെയ്താൽ ഈ ഓക്സീകരണം ഒഴിവാക്കാം. ഇത്തരത്തിലുള്ള അലസവാതക വെൽഡിങിൽ (inert gas welding) സംരക്ഷകവാതകമായി ഹീലിയത്തെ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഹീലിയം ചേർത്ത നിയോൺ വിളക്ക് മൂലകത്തിന്റെ സംജ്ഞയുടെ ആകൃതിയിൽ

രാസപരമായി വളരെ നിർവീര്യമായതിനും റേഡിയോ ആക്റ്റിവിറ്റി പ്രകടിപ്പിക്കാത്തതിനാലും ആണവ റിയാക്റ്ററുകളിൽ താപകൈമാറ്റത്തിനുള്ള മാധ്യമമായും ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നു.
നിയോൺ വിളക്കുകളിൽ നിറമാറ്റം വരുത്തുന്നതിനായുംഹീലിയം ഉപയോഗിക്കുന്നു.

മൂലകങ്ങളുടെ ആവർത്തനപ്പട്ടിക

He

Ne