Hélium és Ballongáz

Hélium

A hélium tulajdonságai

Nagyon leegyszerűsítve, minden csillag, így a mi Napunk is úgy termel energiát, hogy a benne található hidrogént héliummá alakítja. Ennél azonban sokkal hétköznapibb körülmények között is találkozhatunk ezzel a gázzal, hiszen a léggömbök leggyakoribb töltőanyaga. A lufik a héliumnak köszönhetően emelkednek a magasba, ugyanis a hélium gáz lényegesen könnyebb a levegőnél.

Bár a világegyetemben a hidrogén után a második leggyakoribb elem, a Föld légkörében csak elvétve fordul elő. Éppen ezért felfedezése is meglehetősen sokáig váratott magára, noha a tudósok régóta sejtették, hogy létezik. A csillagászati megfigyelések alapján sokáig hipotetikus elemként tartották számon, míg 1895-ben a brit vegyész, William Ramsay az uránszurokérc vizsgálata közben elő nem állította mesterséges úton. Ezzel együtt is a hélium az egyetlen olyan elem a történelemeben, amit nem a Földön észleltek először.

Azóta a hélium elfoglalta jól megérdemelt második helyét a periódusos rendszerben, mint a legkisebb rendszámú nemesgáz. A hélium kémiailag közömbös, se színe, se szaga nincs, forráspontja pedig -268,93°C, ami a legalacsonyabb az összes ismert elem között. Gyakoriságának és sokoldalúságának köszönhetően a mindennapok és az ipar számos területén találkozhatunk a héliummal.

A hélium gáz előállítása

Kezdjük a legbonyolultabb, legköltségesebb és ennek megfelelően legkevésbé elterjedt megoldással, a részecskegyorsítókkal. A tudósok ebben az esetben lítiumot és bórt használnak, amit aztán elképzelhetetlenül gyors protonokkal bombáznak. Sokszor azonban épp a hélium okozza a hibát a részecskegyorsítókban: a világ legnagyobb ilyen létesítményét, a svájci CERN-t például két hónapra le kellett állítani, mert a hűtéshez használt folyékony hélium kiszivárgott a rendszerből.

A hélium természetes úton nem csak a csillagokban képződik. A legnehezebb elemek radioaktív bomlásakor is létrejöhet teljesen természetes módon – vagy akár laboratóriumi körülmények között. Ehhez mindössze urán vagy tórium tartalmú kőzetekre van szükség, amikből erőteljes hevítés után felszabadul a bennük tárolt hélium. Hasonlóan a részecskegyorsítókhoz, ez a technika is igen költséges és bonyolult.

Szerencsére létezik egy harmadik módszer is, ami az előző kettővel ellentétben költséghatékony és rendkívül elterjedt. A földgáz ugyanis nagy mennyiségben tartalmaz héliumot. Ennek megfelelő hőmérsékleten végzett cseppfolyósításánál pedig ez az egyetlen anyag, ami nem cseppfolyósodik. Mínusz 200 fokos hőmérsékleten nagy tisztaságú hélium állítható elő, akár ipari mennyiségben is. A technika egyetlen hátránya, hogy a Föld földgázkészletei kifogyóban vannak, így néhány évtizeden belül a hélium vásárlása is nehézségekbe ütközhet.

A hélium felhasználása

Fémipar

A hélium elsősorban védőgáz komponensként használható a hegesztés során. A hegesztési gázok fontos összetevőjeként javítja a beolvadást és a hegesztőanyag hígfolyósságát, melynek köszönhetően nagy hegesztési sebesség elérését teszi lehetővé. A fémkohászatban és az üveggyártásban ugyanakkor öblítőgázként funkcionál, ahol kihasználják magas hővezetőképességét.

Léggömbök és léghajók

Ahogy már említettük, a héliummal a mindennapokban főleg a hélium töltésű léggömbök kapcsán találkozunk. Az ilyen célra használt héliumot ballongázként is emlegetik, és ugyan ki ne tudná, hogy ezt a gázt belélegezve vicces hangokat adhatunk ki. Utóbbi ugyanakkor nem javasolt, mert az oxigénhiány súlyos következményekkel járhat. A hélium könnyebb, mint a levegő, ezért emelkedik fel a lufi vagy a légballon. Korábban hidrogént is alkalmaztak töltőgázként, ám a hélium lényegesen biztonságosabbnak bizonyult, hiszen nem gyúlékony.

Búvárkodás

A 40 méternél mélyebb merüléseknél a nitrogén és az oxigén keveréke már nem használható, mert a nyomás miatt mérgezővé válik. Ilyenkor a búvárok egy háromkomponensű keveréket használnak, ami oxigénből, nitrogénből és héliumból áll. Ha pedig ennél is mélyebbre, 100 méter alá kell merészkedni, hélium-oxigén keveréket visznek magukkal a búvárok. A dolog ugyanakkor nem veszélytelen, mert a hélium magas nyomású idegi szindrómát okozhat.

Hűtőanyag

A hélium olvadás- és forráspontja extrém alacsony, ami remek hűtőanyaggá teszi. Ezt a tulajdonságát számtalan helyzetben kihasználják. Több atomreaktorban is a hélium a hűtőközeg, de a szupravezető mágneseket is ezzel a gázzal tartják megfelelő hőmérsékleten. A részecskegyorsítókról már esett szó, emellett azonban az NMR- és MRI-berendezésekben is a cseppfolyós hélium a hűtőanyag.

Védőgáz és töltőgáz

Mivel a hélium kémiailag közömbös, vagyis nem lép reakcióba más anyagokkal, remekül használható védőgázként. Erre a tulajdonságára apellálnak például a szilícium- és germániumkristályok növesztésekor, vagy éppen a titán- és cirkónium-kitermelésénél. A fénycsövekben ugyanakkor a töltőgáz funkcióját tölti be, a kültéri reklámokból ismert neoncsövek sárga színét a hélium biztosítja.

Élelmiszeripar, konzerválás

Az élelmiszerek konzerválására számtalan módszert fedezett fel az emberiség, ezek közül az egyik a héliumos megoldás. Különösen érzékeny élelmiszereknél alkalmazzák, hogy kiszorítsák a csomagolásból az oxigént, így megelőzhető a romlás. A hélium teljesen veszélytelen, így nem kell aggódnunk az ilyen típusú védőgázas csomagolások láttán. A hélium konzerválóképességét a múzeumok is hasznosítják: Munkácsy Mihály egyes festményeit és Amerikai Egyesült Államok függetlenségi nyilatkozatát héliumos atmoszférában tárolják, hogy a jövő nemzedékeinek is fennmaradjanak.

Szuperfolyékonyság

A hélium (illetve izotópjai) egy igen különleges természeti csodára is képes: extraalacsony hőmérsékleten szuperfolyadékká válik! Ebben az állapotban – a hélium esetében -271°C-on – súrlódásmentes az anyag, de ami ennél is meglepőbb, hogy a gravitációra fittyet hányva kimászik a tárolóedényekből. A szuperfolyékonyság gyakorlati felhasználása egyelőre a kvantumfizikára korlátozódik, de ki tudja, mit hozhat a jövő.

Hélium rendelés pár kattintással, az Önnek megfelelő kiszerelésben és tisztaságban. Rendeljen hélium vagy ballongázt weboldalunkon!