Ήλιο: το στοιχείο του 'Ηλιου!

Βίος και πολιτεία

Οι τεράστιοι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται για την εκτροπή των σωματιδίων στην κυκλική τροχιά του επιταχυντή ψύχονται μόνιμα με υγρό ήλιον

«Αγαπητή Αλίκη,

Εχουμε μια φιάλη στο υπόγειο με συμπιεσμένο ήλιον για να γεμίζουμε μπαλόνια με αυτό, αλλά ο γιος μου και οι φίλοι του το ανακάλυψαν και κάνουν εισπνοές για να γελάνε με τη φωνή τους (έτσι όπως ακούγεται, σαν του Ντόναλντ Ντακ). Εχω τη διαίσθηση ότι αυτό δεν είναι καλό, αλλά δώστε μου επιχειρήματα».

Είναι ένα μήνυμα στον ιστότοπο του Πανεπιστημίου Columbia που δίνει συμβουλές για διάφορα θέματα. Και η απάντησή τους ήταν η αναμενόμενη: Ναι, δεν πρέπει να παίρνουν τα παιδιά στα πάρτι και πολλές... γουλιές από ήλιον, και μάλιστα υπό υψηλή πίεση, κατευθείαν από φιάλη. Με κάθε γουλιά διώχνουμε αντίστοιχη περίπου ποσότητα αέρα (με το σχετικό οξυγόνο που περιέχει μέσα του) από τους πνεύμονές μας. Οσο το συνεχίζουμε αυτό, αφαιρούμε οξυγόνο και αν δεν σταματήσουμε, για να αναπνεύσουμε ξανά αέρα, θα φθάσουμε να πέσουμε λιπόθυμοι στο πάτωμα, ίσως και πολύ απότομα, χτυπώντας εξαιτίας της πτώσης. Αν όμως αυτή η εισπνοή δεν γίνεται από ένα απλό μπαλόνι αλλά από φιάλη, όπου εκεί το ήλιον βρίσκεται σε υψηλή πίεση, υπάρχει ο κίνδυνος με την ορμή που εισέρχεται το αέριο να τραυματιστεί κάποιος πνεύμονας ή από κάποιο αιμοφόρο αγγείο να εισέλθει κάποια φυσαλίδα αερίου, οπότε πάμε για πιθανή εμβολή και εγκεφαλικό. Εδώ ο κίνδυνος παραμονεύει με την εισπνοή κάθε αερίου που βρίσκεται υπό μεγάλη πίεση. Ποτέ, είτε είμαστε μικροί είτε είμαστε μεγάλοι, δεν εισπνέουμε απευθείας από φιάλη με υψηλής πίεσης αέριο. Και αν επιμένουμε στην πλάκα με το ήλιον, το βάζουμε σε ένα μπαλονάκι και μετά εισπνέουμε από αυτό.

Απρίλιο του 2012 στο Ορεγκον, σε σαββατιάτικο πάρτι, αρκετά μεθυσμένα αγόρια ανάγκασαν μια 14χρονη να εισπνεύσει ήλιον από μπουκάλα, για πλάκα, και αυτή λιποθύμησε, αλλά ώσπου να φθάσουν οι πρώτες βοήθειες είχε τελειώσει δυστυχώς η ζωή της. Σπάνια, αλλά συμβαίνουν τέτοια. Υπάρχουν άλλα παιχνίδια, γιατί αυτό;

Γιατί το είπαν έτσι

Από μια έκλειψη ηλίου το 1868 άρχισαν οι επιστήμονες να ανιχνεύουν την ύπαρξη ενός νέου στοιχείου που αργότερα αποδείχθηκε ότι ήταν το ήλιον

Η απάντηση είναι απλή. Διότι είναι το πρώτο στοιχείο που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά έξω και μακριά από τη Γη, και μάλιστα στον Ηλιο. Ο γάλλος αστρονόμος Pierre Janssen ταξίδεψε στην Ινδία για να μελετήσει την έκλειψη Ηλίου του 1868. Αποβιβάστηκε στο Μαδράς και ο άγγλος κυβερνήτης της περιοχής τού είπε να στήσει το τηλεσκόπιό του όπου ήθελε. Και το έκανε. Από τις παρατηρήσεις της 18ης Αυγούστου όμως προέκυψαν κάποιες γραμμές στο φάσμα από το ηλιακό φως που δεν αντιστοιχούσαν σε γραμμές γνωστών ως τότε στοιχείων. Μπορεί να μην έδωσε και τόση η σημασία τότε και ούτε καν όνομα του χάρισε. Δύο μήνες αργότερα έδωσε περισσότερη προσοχή ένας άλλος, άγγλος αυτή τη φορά, αστρονόμος, ο Norman Lockyer, και το ονόμασε ήλιον. Πολλοί τούς κορόιδευαν για χρόνια και η ύπαρξή του στη Γη πιστοποιήθηκε μόλις το 1895.

Αριθμοί κυκλοφορίας

Ατομικός αριθμός: 2

Ατομικό βάρος: 4,002602

Σημείο τήξης: -272^οC

Σημείο ζέσης: -269^οC

Αριθμός ισοτόπων: 8

Ερχεται στη δεύτερη θέση, μετά το υδρογόνο δηλαδή, σε αφθονία μέσα στο Σύμπαν. Συγκροτεί το 24% της συνολικής μάζας του. Σε αριθμό ατόμων τα άτομα υδρογόνου είναι 13 φορές περισσότερα από τα άτομα του ηλίου.

Τι θέλει από τη ζωή μας;

Το ήλιον χρησιμοποιείται και στους πυραύλους προώθησης για τη ρύθμιση της ροής των καυσίμων

Τι να θέλει από τη ζωή μας ένα αδρανές αέριο; Αν το χειριστούμε σωστά, μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο. Υγρό ήλιον στη θερμοκρασία των -269 βαθμών Κελσίου χρησιμοποιείται στις εγκαταστάσεις όπου λειτουργούν μηχανήματα απεικόνισης με μαγνητικό συντονισμό, δηλαδή μαγνητικοί τομογράφοι (MRI). Στις θερμοκρασίες αυτές οι μεταλλικοί αγωγοί παρουσιάζουν πολύ μικρή ωμική αντίσταση, άρα μικρές απώλειες ενέργειας, και μπορούμε τελικά να έχουμε το μαγνητικό πεδίο με την ένταση που θέλουμε, αφού αυτό δημιουργείται από τη διέλευση του αντίστοιχου ηλεκτρικού ρεύματος.

Σε μια άλλη ιατρική εφαρμογή μείγμα οξυγόνου και ηλίου (Heliox) χρησιμοποιείται για να βοηθηθούν ασθενείς με μπλοκάρισμα στις ανώτερες αναπνευστικές οδούς, διότι το ήλιον όντας πολύ ελαφρύ μπορεί να εισχωρήσει πολύ πιο εύκολα εκεί όπου υπάρχει εμπόδιο.

Πόλεμος και ειρήνη

Είναι ένα αέριο που το βρίσκεις από τον Ηλιο ως τα βάθη της θάλασσας. Εκεί που οι δύτες, για να εμποδίζεται να μπαίνει οξυγόνο σε υπερβολική ποσότητα στον εγκέφαλο προκαλώντας νευρικό σύνδρομο υψηλής πίεσης (HPNS), το ανακατεύουν με ήλιον, ενώ κάτω από τα 600 μέτρα χρησιμοποιείται το μείγμα Hydreliox (υδρογόνο - ήλιον - οξυγόνο).

Χρειάζεται ήλιον για να ψύχονται και να κρατούνται το υδρογόνο και το οξυγόνο σε υγρή κατάσταση όταν χρησιμοποιούνται ως καύσιμα για την προώθηση πυραύλων. Επίσης στον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) του CERN χρησιμοποιούνται περίπου 96 τόνοι υγρού ηλίου για να διατηρούνται οι μαγνήτες που κρατούν σε τροχιά τα πρωτόνια σε θερμοκρασία -271.3 βαθμών Κελσίου, ελαχιστοποιώντας έτσι τις θερμικές απώλειες από την κυκλοφορία ρευμάτων μεγάλης έντασης.

Ηλιον χρησιμοποιείται στην κατασκευή οπτικών ινών, όπου βοηθά στη σωστή διάχυση του γυαλιού, αλλά και στην κατασκευή καθαρών μονοκρυστάλλων για τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, όπου βοηθά να δημιουργείται το κατάλληλο αδρανές περιβάλλον. Λέιζερ με ήλιον - νέον είναι τα μηχανήματα που αναγνωρίζουν τους γραμμικούς κώδικες τιμών στα σημερινά πολυκαταστήματα.

Απορίες λογικές και μη

Δεν μάθαμε όμως ακόμη γιατί αλλάζει τη φωνή μας το ήλιον

Για να μιλήσουμε, αέρας από τους πνεύμονες περνάει μέσα από τον λάρυγγα και συναντά τις φωνητικές χορδές μας που έχουν οριζόντιο προσανατολισμό και τις κάνει να πάλλονται. Οι δονήσεις τους κινητοποιούν τα μόρια του αέρα γύρω τους και εκεί, όπως περίπου όταν σφυρίζουμε, δημιουργούνται συντονισμοί και παράγονται ήχοι σε διάφορες συχνότητες. Οταν αλλάξει λοιπόν το αέριο περιβάλλον των φωνητικών χορδών, εκείνες μεν πάλλονται με τον ίδιο τρόπο, αλλά η διάδοση των κυμάτων αλλάζει σημαντικά. Ενα τόσο ελαφρύ αέριο όπως το ήλιον επιτρέπει τη διάδοση των κυμάτων πολύ πιο γρήγορα, τρεις φορές πιο γρήγορα, επομένως αλλάζουν και οι συχνότητες που έχουμε συντονισμούς στον δίαυλο από τις χορδές ως το στόμα. Κόβονται οι χαμηλότερες (δηλαδή οι πιο μπάσες) συχνότητες και αναδεικνύονται μόνον οι υψηλότερες, με αποτέλεσμα να ακούγεσαι κάτι σαν «το πουλάκι τσίου». Αντίθετα, με αέρια όπως το ξένον ή το εξαφθοριούχο θείο ακούγεσαι σαν βαρύτονος της Λυρικής.

Αφού είναι τόσο ελαφρύ και φεύγει προς τα επάνω, πώς το βρίσκουμε για να το χρησιμοποιήσουμε εδώ στη Γη;

Το ήλιον σχηματίζεται συνεχώς μέσα στον φλοιό της Γης εξαιτίας της φυσικής ραδιενέργειας όταν έχουμε εκπομπή σωματιδίων α (πυρήνες ηλίου). Η ραδιενέργεια είναι πηγή 175 δισ. λίτρων αερίου, από τα οποία περίπου 3.000 τόνοι εξάγονται στην επιφάνεια μέσω υπόγειων φρεάτων. Οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Πολωνία και το Κατάρ είναι οι κύριες παραγωγοί χώρες, ενώ η Ευρώπη προμηθεύεται το δικό της κυρίως από την Αλγερία.

Γαλδαδάς Άλκης Βήμα Science