Helyum, soygaz olarak bilinen bir elementtir. Renksiz, kokusuzdur ve evrende yaygındır. Yüzen helyum balonlarından helyum gazına bir örnektir ve bununla birlikte, helyum elementi parti balonlarından çok daha fazla kullanım alanına sahiptir. Ayrıca araba hava yastıklarında, yüksek teknolojiye sahip ekipmanlarda, tıbbi cihazlarda ve uçaklarda kullanılır. Helyum, doğrudan görülemese de, modern yaşamın ana bir bileşeni olmaya devam etmektedir. Helyum, evrendeki en bol bulunan ikinci elementtir. Helyumu görünmez veya koklanmaz bir gaz olmasına rağmen, birçok günlük kullanımda, teknolojide, tıpta ve hatta arabalarda helyum özellikleri bulunmaktadır.
Helyum Neden Önemlidir?
Helyumun önemini anlamak için bu elementin özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek gerekir. Ek olarak, tarihi ve tedarik konularının modern yaşamın özelliklerine nasıl girdiğini öğrenmek çok önemlidir. Helyum, gaz halinde bulunan bir elementtir. Atomik sembolü He, periyodik tablodaki atom numarası 2’dir. Helyumun erime noktası tüm elementlerin en düşük olduğu ve kaynama noktası -452 derece Fahrenheit’tir. Sıcaklığı düşürülmüş olsa bile sadece helyum sıvı kalabilir. Sadece aşırı basınçta katılaşacaktır. Bu özellikler helyumu süper iletken malzemeler gibi bazı yeni teknolojiler için vazgeçilmez kılmaktadır. Element helyum, yalnızca evrendeki bolluğu ile hidrojenden sonra ikinci sıradadır. Helyum her yıldızın içinde bulunur ve en sıcak yıldızlarda en fazla miktarda bulunur. Yıldızlarda nükleer füzyon reaksiyonlarından üretilir. Aslında, ilk önce kendi yıldızımızı, güneşi incelerken helyum keşfedilmiştir. Helyum güneşte yaygındır; önemli bir unsurdur ve bu nedenle dünya için önemlidir.
Helyum 18 Ağustos 1868’e kadar keşfedilmemiş, bu tarihte Pierre Jules adında bir Fransız astrofizikçi Cesar Janssen, ışık dalga boylarını gözlemlemek için spektroskop adı verilen yeni bir astronomik cihaz kullanmıştır. Spektroskop, spektrumları veya ışık dalga boylarını, renkli bantlar olarak göstermiştir. Tutulan güneşi bir spektroskopla gözlemlerken, Janssen, güneş ışığında, Dünya’da henüz bulunan başka herhangi bir öğeye karşılık gelmeyen, parlak sarı bir çizgi şeklinde bir dalga boyu bulmuştur ve Janssen yeni bir unsur keşfettiğini fark etmiştir. Başka bir astronom olan İngiliz Norman Lockyer de bu gözlemi güneşe bakarken yapmıştır. İkisi de, Lockyer’in Yunanca güneş kelimesini duyduğu helyum elementini gözlemlemişler ve sonunda, 1882’de Fizikçi Luigi Palmieri lav analiz ederken parlak sarı spektrumları bulduğunda Herkül, Vezüv Yanardağı’nın lavında Dünya’da keşfedilmiştir. Daha sonra, William Ramsay, Dünya’da helyumun var olduğunu kanıtlayan deneyler yapmış; element radyumu bozulduğunda helyum ürettiğini bulmuştur.
Helyum hakkında çalışmalar yapmak, bilim adamlarının yalnızca Dünya’yı değil diğer gezegenleri daha iyi anlamalarına yardımcı olmaktadır. Araştırmacılar güneş sisteminde, bilim adamları dev gaz gezegenleri Jüpiter ve Satürn’ün atmosferinde helyum keşfetmişlerdir. Satürn’de sıvı hidrojenle karıştırılan bir tür helyum yağmuru, aşırı sıcaklık ve basınç ortamında atmosfere düşmektedir. Bilim adamları bu helyum yağmurunun gezegenin çekirdeğine düştüğünü düşünmektedirler. Serbest bırakılmış çekim potansiyel enerjisi, Satürn’ü bu kadar parlak bir şekilde parlatan, bilim adamlarını yıllardır şaşırtan bir özellik olan sebep olabilir.
Zamanla, bilim adamları helyumun özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmişlerdir. Helyumun açıklaması, renksiz ve kokusuz ve havadan hafif olmasıdır. Bu nedenle helyum dolu balonların uçar ve helyum suda çok fazla çözünmez. Elementin inert nitelikleri, genellikle helyum tarifinde bulunur. Tarihsel olarak kimyasal olarak inert olarak kabul edilir, diğer elementlerle reaksiyona girmemeye meyillidir. Helyum iki elektronundan vazgeçmek istemez; elektron kabuğuyla sabit kalır. Bu nedenle helyum, periyodik tablodaki neon, argon, radon ve diğer soy gazlarla birlikte soygazlardan biri olarak sınıflandırılır.
Son zamanlarda, bilim adamları bir zamanlar düşündüğü gibi helyumun tamamen etkisiz olmadığını keşfetmişlerdir. Araştırmacılar, helyum ve sodyum elementlerinden yapılan kristalleri keşfettiklerinde, helyumun elektronlarını paylaşmazken helyumun diğer atomlarla birleşebileceğini, bir başka deyişle, diğer atomlarla birleştirdiğini ancak işlem sırasında kimyasal bağlar oluşturmadığını tespit etmişlerdir. Bunun yerine, pozitif yüklü atomları birbirlerinden korur ve normalde birbirinden ayıran itici kuvveti sayar. Dünyanın çekirdeğinde olabileceği gibi aşırı basınç altında, helyum ve hidrojen sıkıştırılır ve kararlı bileşikler oluşturur. Bilim adamları, helyum elementinin daha etkileyici yönlerini ve bunun gerçekten etkisiz olduğunu düşünmenin hala mümkün olup olmayacağını veya gerçekten de aşırı ortamlarda kararlı bileşikler oluşturabilip getiremeyeceğini ortaya çıkarabilir.
Atmosferde, helyum 200.000’de sadece yaklaşık 1 kısımda konsantre edilir. Helyum havadan elde etmek pratik, uygun maliyetli veya verimli değildir, bu yüzden insanların helyum alma şekli böyle değildir. Bunun yerine, helyum doğal gazdan üretilir. Su, sülfitler ve karbon dioksit gibi safsızlıklar önce uzaklaştırılmalı, daha sonra argon, neon, hidrojen ve azot gibi diğer elementleri içeren sonuçta elde edilen ham helyum yüksek basınçlarda saflaştırılmaktadır. Bu ham daha sonra süper soğutulur. Argon ve azot sıvılaştırılır ve sonunda azot buharlaşır. Helyum neon, azot ve hidrojenden ayrılır ve aktif kömür ile ek filtreleme diğer gazları temizlemektedir.
Helyum, dünyadaki bazı doğal gaz birikintilerinde bulunabilirken, her doğal gaz deposunda bulunur diye bir genelleme yapılamaz. Amerika Birleşik Devletleri’nde, helyum Kansas, Oklahoma ve Texas’taki kuyulardan çıkarılır. Sadece Teksas, ABD’nin ana kaynağı olan Federal Helyum Rezervine ev sahipliği yapar, ancak bu tedarik zaman içinde azalmaktadır. Tanzanya’da da büyük bir helyum birikintisi vardır ve Dünyada helyum rafine eden sadece 14 bitki bulunmaktadır. Helyum ayrıca çürüyen radyoaktif minerallerde bulunur. Doğal olarak berilyum ve lityumun kozmik ve x-ışını bombardımanından yapılmıştır.
Helyumun daralan kaynağı büyük bir sorun haline gelmektedir. Modern teknolojideki helyuma olan bağımlılık artmış ve bunun sonucunda arz da azalmıştır. Bilim adamları, helyum üretimini daha verimli ve sürdürülebilir hale getirmek için çalışmalara devam etmektedirler. Helyumun geri dönüşümü ve sıvılaştırılması gibi yeni yöntemler, araştırmacılara yardımcı olabilecek küçük ölçekte çalışabilir yöntemlerdir ve bu, tedarikin düşmesiyle helyum maliyetini düşürmeye yardımcı olabilir. Helyum keşfi birçok büyük yeniliğe yol açmıştır ve helyumun birçok kullanımı ortaya çıkmıştır. Modern yaşamda helyumun önemi, teknoloji, ilaç ve araştırma alanlarında büyüktür.
Helyum Gazının Kullanımı
Helyumun birçok kullanımı vardır, çocukları ve yetişkinleri memnun eden parti balonlarını doldurmak için kullanılır. Helyum, hidrojenin oldukça reaktif olduğu tespit edildikten sonra hava gemilerinde hidrojenin yerini almıştır. Helyum ilaç, bilimsel araştırma, ark kaynağı, soğutma, uçak gazı, nükleer reaktörler için soğutucu, kriyojenik araştırma ve gaz sızıntılarının tespitinde kullanılır. Kaynama noktasının mutlak sıfıra yakın olması nedeniyle soğutma özelliklerinde kullanılır. Bu, süper iletkenlerde kullanım için çekici kılmaktadır. Helyum ayrıca roketlere ve diğer uzay araçlarına basınç uygulamak için kullanılır. Aynı zamanda bir ısı transfer maddesi olarak kullanılır.
Tıpta bazen helyum tıkalı hava yolları, astım ve KOAH gibi akciğer sorunları olan hastalara yardımcı olması için kullanılır. Helyum, akciğerlerdeki distal alveollere daha iyi gaz penetrasyonu sağlar, bu yüzden tıbbi olarak gerekli olduğunda akciğer ventilasyonu için ve ayrıca solunum fonksiyon testi için de kullanılır. Ayrıca karbon monoksit yerine bazı laparoskopik ameliyatlarda, bazen görüntüleme için bir etiket olarak kullanılır. Bazen helyum açık kalp ameliyatında, oksijenle karıştırılır ve akciğerler için sis olarak kullanılır. Helyum ayrıca MRI tarayıcılarında süper iletken mıknatısları soğutmak için ve radyasyon monitörleri de helyum kullanır.
Helyum gazı dalgıçlar için önemlidir. Helyum, dalış gazı karışımlarındaki nitrojenin yerini alır, böylece dalgıçlar merkezi sinir sistemi olumsuz etkileri olmadan su altında daha derine gidebilir. Bu karışım olmadan dalgıçlar vurgun olarak adlandırılan koşulla basınç etkilerine maruz kalabilirler. Helyumun çok sayıda bilimsel kullanımı vardır. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı soğutma amacıyla helyum kullanır. Helyum, fizikte büyük bir atılım olan Higgs bozonunu keşfetmek için kullanılmıştır ve nükleer manyetik rezonans spektrometrelerinde kullanılır. Süper iletkenler yalnızca aşırı helyum soğukluğuyla çevrelenmişlerse çalışabilir ve uzay endüstrisinde uydu aletleri ve uzay aracı için yakıt soğutucusunun soğutulması için helyum kullanılmıştır. Meteorologlar, hava gözlemleri için helyum dolgulu hava balonları kullanır. Taramalı elektron mikroskopları daha iyi görüntü çözünürlüğü için bazen helyum kullanır.
Helyum ayrıca araç güvenliğinde önemli bir rol oynar. Bir araç çarptığında hava yastıklarını doldurmak için kullanılır. Helyum sıvı halde depolanır ve gönderilir ve aşırı soğuktur. Reaktivite eksikliği koruyucu ortamlar için idealdir ve hiçbir zaman helyumu doğrudan elle tutulmaz. Çünkü tehlikeli donmalara neden olabileceği için inanılmaz derecede soğuktur.
Helyum Günlük Yaşamda Nerede Bulunur?
Günlük yaşamda kullanılan helyumu çeşitli şekillerde bulunabilir. Kaldırma maddesi olarak, parti balonlarında, dalış karışımlarında ve optik fiberlerde kullanılır. Kaynakçılar inşaatta kaynak yayları için helyum kullanır. Doktorlar ve cerrahlar, akciğer ve kalp prosedürleri olan 
hastalara yardım etmek için helyum kullanırlar. Bir markette ve yiyecekler tarandığında, muhtemelen helyum-neon lazerleri gözlemlenebilir. Tepeye doğru yükselen bir balon görüldüğünde, bu helyum gazı tarafından sağlanan bir durumdur.
Helyum Patlayıcı Bir Gaz mıdır?
Helyum patlayıcı bir gaz değildir. Yanmaz olarak sınıflandırılır, yani helyum yanamaz demektir. Sıvı halde aşırı soğuk, o kadar soğuktur ki diğer gazları bile dondurabilir. Bununla birlikte, kabı ısıya maruz kalırsa kabın kendisi patlayabilir. Sıvılaştırılmış helyum, suya yerleştirildiğinde şiddetli bir şekilde kaynayabilir ve bu, kapların içinde büyük bir basınca neden olabilir ve bu da kapların basınçtan patlayabilme riskini artırabilir. Ancak kendi başına helyum patlamayan bir gazdır.
İnhale Helyumun Sonuçları Nelerdir?
Bir balondan biraz helyumla nefes alan birinin sesindeki değişiklik fark edilir. Helyumu solumak insan sesinin perdesini değiştirir, çok daha yüksek, komik ve karikatürize bir ses tonu sağlar. Bunu yapmanın sorunu, bir balondan helyum içinde solunduğunda, havadan nefes alınmamasıdır. İnsan vücudunun düzgün çalışması için hava soluması beyinde ve vücudunda ihtiyaç duyulan yerde oksijen alması gerekir. Küçük bir helyumda nefes almak bile baş dönmesine neden olabilir. Fakat aynı zamanda bilinç kaybına ve boğulmaya neden olabilir. Helyumun solunumu, anoksi ile ölüme yol açabilir, bu da vücuttan oksijenin açlığı anlamına gelir.
Kaynakça:
rsc.org
sciencing.com
adamsgas.co.uk
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu