રસાયણશાસ્ત્ર હિલિયમ

હિલિયમ એ રાસાયણિક તત્વ છે જેની સંજ્ઞા He અને અણુ ક્રમાંક 2 છે. તે રંગહીન, ગંધહીન, સ્વાદહીન, બિન-ઝેરીલું, જડ એકાણુક વાયુ છે. તે બ્રહ્માંડમાં હાઇડ્રોજન પછી બીજું સૌથી હલકું અને બીજું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળતું તત્વ છે. હિલિયમનો ઉપયોગ ફુગ્ગા, ઊંડા સમુદ્રમાં ડાઇવિંગ અને ચુંબકીય અનુનાદ ઇમેજિંગ (MRI) મશીનોમાં શીતક તરીકે થાય છે. તે સેમિકન્ડક્ટરના ઉત્પાદનમાં અને વેલ્ડિંગમાં રક્ષણાત્મક વાયુ તરીકે પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે. હિલિયમ પૃથ્વીના વાતાવરણમાં સૂક્ષ્મ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે અને મુખ્યત્વે કુદરતી ગેસમાંથી નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે.#

હિલિયમ એ રાસાયણિક તત્વ છે જેની સંજ્ઞા He અને અણુ ક્રમાંક 2 છે. તે રંગહીન, ગંધહીન, બળતું નથી, બિન-ઝેરીલું, જડ વાયુ છે જે આવર્ત કોષ્ટકમાં નોબલ વાયુ જૂથનું પ્રથમ તત્વ છે. તેનાં ઉત્કલન અને દ્રવણાંક બધાં જ તત્વોમાં સૌથી નીચા છે. હિલિયમ બીજું સૌથી હલકું તત્વ છે અને બ્રહ્માંડમાં બીજું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળતું તત્વ છે (હાઇડ્રોજન પછી), પરંતુ તે અવલોકનયોગ્ય બ્રહ્માંડમાં સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળતું તત્વ નથી.

હિલિયમના ગુણધર્મો#

• અણુ ક્રમાંક: 2
• અણુભાર: 4.0026
• દ્રવણાંક: -272.2°C (-458°F)
• ઉત્કલનાંક: -268.9°C (-452°F)
• ઘનતા: 0.1786 g/cm³ (STP પર)
• રંગ: રંગહીન
• ગંધ: ગંધહીન
• સ્વાદ: સ્વાદહીન
• જ્વલનશીલતા: બળતું નથી
• ઝેરીલાપણું: બિન-ઝેરીલું

હિલિયમના સ્ત્રોતો#

હિલિયમ એ બિન-નવીનીકરણીય સંસાધન છે જે પૃથ્વીના પોપડામાં યુરેનિયમ અને થોરિયમના રેડિયોએક્ટિવ ક્ષય દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ હિલિયમનો વિશ્વનો સૌથી મોટો ઉત્પાદક છે, ત્યારબાદ કતાર અને રશિયા આવે છે.

હિલિયમની ખાણ#

હિલિયમની માંગમાં વધારો અને હિલિયમની મર્યાદિત પુરવઠાને કારણે વૈશ્વિક હિલિયમની ખાણ છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ સરકારે આશ્વાસન આપવા માટે હિલિયમનો સંગ્રહ કર્યો છે કે ચિકિત્સા અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધન જેવા નિર્ણાયક ઉપયોગો માટે પૂરતું હિલિયમ છે.

હિલિયમ એ બહુમુખી અને મહત્વપૂર્ણ તત્વ છે જેનો વિવિધ પ્રકારના ઉપયોગો છે. જો કે, વૈશ્વિક હિલિયમની ખાણ એ એક ગંભીર ચિંતા છે જેની અર્થવ્યવસ્થા અને સમાજ પર નોંધપાત્ર અસર થઈ શકે છે.

હિલિયમ રચના#

હિલિયમ (He) આવર્ત કોષ્ટકનું બીજું તત્વ છે, જેનો અણુ ક્રમાંક 2 છે. તે રંગહીન, ગંધહીન, બળતું નથી અને જડ વાયુ છે જે બ્રહ્માંડમાં સૌથી હલકું તત્વ છે. હિલિયમ પૃથ્વીના વાતાવરણમાં થોડી માત્રામાં જોવા મળે છે અને યુરેનિયમ અને થોરિયમના રેડિયોએક્ટિવ ક્ષય દ્વારા પણ ઉત્પન્ન થાય છે.

હિલિયમની અણુ રચના#

હિલિયમમાં બે પ્રોટોન, બે ન્યુટ્રોન અને બે ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન અણુના ન્યુક્લિયસમાં સ્થિત હોય છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન શેલમાં ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે. હિલિયમમાં એક ઇલેક્ટ્રોન શેલ હોય છે, જે બે ઇલેક્ટ્રોનથી ભરેલી હોય છે.

હિલિયમનું ઇલેક્ટ્રોન વિન્યાસ $1s^2$ છે. આનો અર્થ એ છે કે હિલિયમમાંના બે ઇલેક્ટ્રોન 1s ઑર્બિટલમાં સ્થિત છે. 1s ઑર્બિટલ એ અણુમાં સૌથી નીચી ઊર્જા ધરાવતું ઑર્બિટલ છે, અને તેમાં મહત્તમ બે ઇલેક્ટ્રોન રહી શકે છે.

હિલિયમના ભૌતિક ગુણધર્મો#

હિલિયમ ઓરડાના તાપમાન અને દબાણે વાયુ છે. તેનો ઉત્કલનાંક -268.9 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને દ્રવણાંક -272.2 ડિગ્રી સેલ્સિયસ છે. હિલિયમ સૌથી હલકું તત્વ છે અને ઓરડાના તાપમાન અને દબાણે તેની ઘનતા 0.1786 ગ્રામ પ્રતિ લિટર છે.

હિલિયમ ઉષ્મા અને વીજળીનો ખૂબ જ ખરાબ વાહક છે. તે એક ખૂબ જ જડ વાયુ પણ છે અને સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં અન્ય તત્વો સાથે પ્રક્રિયા કરતું નથી.

હિલિયમના રાસાયણિક ગુણધર્મો#

હિલિયમ એ નોબલ વાયુ છે અને સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં અન્ય તત્વો સાથે પ્રક્રિયા કરતું નથી. આનું કારણ એ છે કે હિલિયમનું ઇલેક્ટ્રોન શેલ સંપૂર્ણ રીતે ભરેલું છે, અને સ્થિર રચના પ્રાપ્ત કરવા માટે તેને ઇલેક્ટ્રોન મેળવવા અથવા ગુમાવવાની જરૂર નથી.

જો કે, અત્યંત પરિસ્થિતિઓમાં હિલિયમ અન્ય તત્વો સાથે સંયોજનો બનાવી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, હિલિયમ ફ્લોરિન સાથે હિલિયમ ફ્લોરાઇડ (HeF) નામનું સંયોજન બનાવી શકે છે. હિલિયમ ફ્લોરાઇડ એ ખૂબ જ અસ્થિર સંયોજન છે અને ઓરડાના તાપમાને વિઘટન પામે છે.

હિલિયમના ઉપયોગો#

હિલિયમનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં થાય છે, જેમાં શામેલ છે:

• ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજો: હિલિયમનો ઉપયોગ ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજો ભરવા માટે થાય છે કારણ કે તે હવા કરતાં હલકું છે અને બળતું નથી.
• પાર્ટી ફુગ્ગા: હિલિયમનો ઉપયોગ પાર્ટી ફુગ્ગા ભરવા માટે થાય છે કારણ કે તે તેમને તરતા રાખે છે.
• સ્કૂબા ડાઇવિંગ: હિલિયમનો ઉપયોગ સ્કૂબા ડાઇવિંગ ટાંકીમાં ડીકમ્પ્રેશન સિકનેસનું જોખમ ઘટાડવા માટે થાય છે.
• ચુંબકીય અનુનાદ ઇમેજિંગ (MRI): હિલિયમનો ઉપયોગ MRI મશીનોમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબકોને ઠંડા કરવા માટે થાય છે.
• વેલ્ડિંગ અને કટિંગ: હિલિયમનો ઉપયોગ વેલ્ડિંગ અને કટિંગ ઓપરેશનમાં શિલ્ડિંગ ગેસ તરીકે થાય છે.
• ક્રાયોજેનિક્સ: હિલિયમનો ઉપયોગ ક્રાયોજેનિક એપ્લિકેશનોમાં શીતક તરીકે થાય છે, જેમ કે CERN પર લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર.

હિલિયમ એ મૂલ્યવાન સંસાધન છે અને તેની માંગ વધારે છે. વૈશ્વિક હિલિયમ બજાર 2021 થી 2026 સુધી 5.2% ના સંયુક્ત વાર્ષિક વૃદ્ધિ દર (CAGR) સાથે વધવાની અપેક્ષા છે.

હિલિયમ ઉત્પાદન#

હિલિયમ એ રંગહીન, ગંધહીન, બળતું નથી અને જડ વાયુ છે જે હાઇડ્રોજન પછી બ્રહ્માંડમાં બીજું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળતું તત્વ છે. તે હાઇડ્રોજન પછી સૌથી હલકું તત્વ પણ છે.

• ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજો: હિલિયમનો ઉપયોગ ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજો ભરવા માટે થાય છે કારણ કે તે હવા કરતાં હલકું છે અને બળતું નથી.
• પાર્ટી ફુગ્ગા: હિલિયમનો ઉપયોગ પાર્ટી ફુગ્ગા ભરવા માટે થાય છે કારણ કે તે હવા કરતાં હલકું છે અને છોડવામાં આવે ત્યારે ઊંચા સ્વરનો કર્કશ અવાજ કરે છે.
• સ્કૂબા ડાઇવિંગ: હિલિયમનો ઉપયોગ સ્કૂબા ડાઇવિંગ ટાંકીમાં ડીકમ્પ્રેશન સિકનેસનું જોખમ ઘટાડવા માટે થાય છે.
• ચુંબકીય અનુનાદ ઇમેજિંગ (MRI): હિલિયમનો ઉપયોગ MRI મશીનોમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબકોને ઠંડા કરવા માટે થાય છે.
• વેલ્ડિંગ અને કટિંગ: હિલિયમનો ઉપયોગ વેલ્ડિંગ અને કટિંગ ઓપરેશનમાં શિલ્ડિંગ ગેસ તરીકે થાય છે.
• હાઇ-ટેક એપ્લિકેશનો: હિલિયમનો ઉપયોગ લેસર, પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર અને સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ જેવી વિવિધ હાઇ-ટેક એપ્લિકેશનોમાં થાય છે.

હિલિયમ ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ#

હિલિયમ ઉત્પાદન માટે બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે:

• કુદરતી ગેસ પ્રોસેસિંગ: હિલિયમ ક્રાયોજેનિક ફ્રેક્શનેશન નામની પ્રક્રિયા દ્વારા કુદરતી ગેસમાંથી નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયામાં, કુદરતી ગેસને અત્યંત નીચા તાપમાને ઠંડી કરવામાં આવે છે, અને હિલિયમ અન્ય વાયુઓથી અલગ કરવામાં આવે છે.
• ભૂગર્ભ સંગ્રહ: હિલિયમ ખાલી થયેલા કુદરતી ગેસના જળાશયોમાં ભૂગર્ભ સંગ્રહ કરીને પણ ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. જ્યારે હિલિયમની જરૂર પડે છે, ત્યારે તે જળાશયમાંથી કાઢી શકાય છે અને ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે.

હિલિયમના સંગ્રહ#

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં વિશ્વના સૌથી મોટા હિલિયમના સંગ્રહ છે, જે વિશ્વના કુલ સંગ્રહના લગભગ 25% છે. અન્ય દેશોમાં નોંધપાત્ર હિલિયમના સંગ્રહ ધરાવતા દેશોમાં રશિયા, કતાર અને અલ્જીરિયા સામેલ છે.

હિલિયમની માંગ#

વિવિધ હાઇ-ટેક એપ્લિકેશનોમાં તેના ઉપયોગને કારણે હિલિયમની માંગ વધી રહી છે. વૈશ્વિક હિલિયમ બજાર 2021 થી 2026 સુધી 5.2% ના સંયુક્ત વાર્ષિક વૃદ્ધિ દર (CAGR) સાથે વધવાની અપેક્ષા છે.

હિલિયમના ભાવ#

વધતી માંગ અને મર્યાદિત પુરવઠાને કારણે તાજેતરના વર્ષોમાં હિલિયમના ભાવમાં વધારો થયો છે. ભવિષ્યમાં હિલિયમના ભાવમાં વધારો થવાની અપેક્ષા છે.

હિલિયમ સંરક્ષણ#

હિલિયમ એ બિન-નવીનીકરણીય સંસાધન છે, તેથી તેનું સંરક્ષણ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે. હિલિયમનું સંરક્ષણ કરવાની ઘણી રીતો છે, જેમાં શામેલ છે:

• હિલિયમ રિસાયક્લિંગ: ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજોમાંથી હિલિયમ પકડીને અને તેનો ફરીથી ઉપયોગ કરીને હિલિયમ રિસાયકલ કરી શકાય છે.
• હિલિયમ-સેવિંગ ઉપકરણોનો ઉપયોગ: ઘણા ઉપકરણો ઉપલબ્ધ છે જે હિલિયમ બચાવવામાં મદદ કરી શકે છે, જેમ કે હિલિયમ-સેવિંગ ફુગ્ગા અને સ્કૂબા ડાઇવિંગ ટાંકી.
• હિલિયમ સંરક્ષણ વિશે જાહેરત: હિલિયમ સંરક્ષણનું મહત્વ જાહેર કરવું મહત્વપૂર્ણ છે જેથી તેઓ હિલિયમનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરે છે તે વિશે માહિતગાર નિર્ણયો લઈ શકે.

હિલિયમનું સંરક્ષણ કરીને, અમે આ મૂલ્યવાન સંસાધન ભવિષ્યની પેઢીઓ માટે ઉપલબ્ધ છે તેની ખાતરી કરવામાં મદદ કરી શકીએ છીએ.

હિલિયમના ભૌતિક ગુણધર્મો#

હિલિયમ (He) આવર્ત કોષ્ટકનું બીજું તત્વ છે અને તેના અનન્ય ભૌતિક ગુણધર્મો માટે જાણીતું છે. તે સૌથી હલકું તત્વ છે અને બ્રહ્માંડમાં બીજું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળતું તત્વ છે. હિલિયમના કેટલાક મુખ્ય ભૌતિક ગુણધર્મો અહીં છે:

1. ઓરડાના તાપમાને અવસ્થા:#

હિલિયમ ઓરડાના તાપમાન અને દબાણે વાયુ છે. તે એકમાત્ર તત્વ છે જે સંપૂર્ણ શૂન્ય (-273.15°C અથવા 0 કેલ્વિન) પર વાયુ રહે છે.

2. રંગ, ગંધ અને સ્વાદ:#

હિલિયમ રંગહીન, ગંધહીન અને સ્વાદહીન છે.

3. ઘનતા:#

હિલિયમની ઘનતા ખૂબ જ ઓછી છે. તે પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં બધાં જ તત્વોમાં સૌથી ઓછી ઘનતા ધરાવતું તત્વ છે. 0°C અને 1 atm પર હિલિયમની ઘનતા લગભગ 0.1786 ગ્રામ પ્રતિ લિટર છે.

4. ઉત્કલનાંક અને દ્રવણાંક:#

હિલિયમનો ઉત્કલનાંક અને દ્રવણાંક બધાં જ તત્વોમાં સૌથી નીચો છે. હિલિયમનો ઉત્કલનાંક -268.94°C (4.21 K) છે, અને દ્રવણાંક -272.2°C (0.95 K) છે.

5. ઉષ્મીય વાહકતા:#

હિલિયમની ઉષ્મીય વાહકતા પ્રમાણમાં વધારે છે. તે બધા વાયુઓમાં સૌથી વધુ ઉષ્મીય વાહક નથી. આ ગુણધર્મ હિલિયમને એવી એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગી બનાવે છે જ્યાં કાર્યક્ષમ ઉષ્મા સ્થાનાંતરણ જરૂરી છે.

6. વિદ્યુત વાહકતા:#

હિલિયમ એ ઉત્તમ વિદ્યુત અવાહક છે. તેની વિદ્યુત વાહકતા ખૂબ જ ઓછી છે, જે તેને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગ માટે યોગ્ય બનાવે છે.

7. પ્રક્રિયાશીલતા:#

હિલિયમ એ ખૂબ જ અપ્રક્રિયાશીલ તત્વ છે. તે બધાં જ તત્વોમાં સૌથી ઓછું પ્રક્રિયાશીલ છે અને સરળતાથી રાસાયણિક સંયોજનો બનાવતું નથી. આ ગુણધર્મ હિલિયમને એવી એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગી બનાવે છે જ્યાં જડ વાયુઓ જરૂરી છે.

8. આઇસોટોપ:#

હિલિયમના ઘણા આઇસોટોપ છે, જેમાં સૌથી સામાન્ય હિલિયમ-4 (He-4) છે. હિલિયમ-4 સ્થિર છે અને પૃથ્વી પર જોવા મળતા હિલિયમનો વિશાળ ભાગ બનાવે છે. હિલિયમના અન્ય આઇસોટોપમાં હિલિયમ-3 (He-3) સામેલ છે, જે દુર્લભ છે અને વૈજ્ઞાનિક સંશોધન અને તબીબી ઇમેજિંગમાં એપ્લિકેશનો ધરાવે છે.

9. બ્રહ્માંડમાં પ્રચુરતા:#

હિલિયમ હાઇડ્રોજન પછી બ્રહ્માંડમાં બીજું સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળતું તત્વ છે. અંદાજ છે કે તે બ્રહ્માંડમાં તત્વીય દળના લગભગ 24% ની રચના કરે છે. હિલિયમ મુખ્યત્વે તારાઓમાં જોવા મળે છે, જ્યાં તે ન્યુક્લિયર ફ્યુઝન પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.

10. એપ્લિકેશનો:#

તેના અનન્ય ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે હિલિયમની એપ્લિકેશનોની વ્યાપક શ્રેણી છે. તેની કેટલીક નોંધપાત્ર એપ્લિકેશનોમાં શામેલ છે:

• ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજો: હિલિયમનો ઉપયોગ ફુગ્ગા અને હવાઈ જહાજો ભરવા માટે થાય છે કારણ કે તેની ઘનતા ઓછી છે અને બળતું નથી.
• ક્રાયોજેનિક્સ: હિલિયમનો ઉપયોગ સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબકો અને અન્ય સંવેદનશીલ સાધનોને ઠંડા કરવા માટે ક્રાયોજેનિક પ્રવાહી તરીકે થાય છે.
• ડાઇવિંગ: હિલિયમને ડીકમ્પ્રેશન સિકનેસનું જોખમ ઘટાડવા માટે ઊંડા સમુદ્રમાં ડાઇવિંગ માટે શ્વાસ મિશ્રણ બનાવવા માટે ઓક્સિજન સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે.
• હિલિયમ-3 નો ઉપયોગ તબીબી નિદાન માટે ચુંબકીય અનુનાદ ઇમેજિંગ (MRI) સ્કેનરમાં થતો નથી.
• પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફીલ્ડનો ઉપયોગ પાર્ટિકલ એક્સિલરેટરમાં સબઅટોમિક કણોની ઉચ્ચ-ઊર્જા બીમ બનાવવા માટે થાય છે.
• વેલ્ડિંગ અને મેટલવર્કિંગ: હિલિયમનો ઉપયોગ વેલ્ડિંગ અને મેટલવર્કિંગમાં શિલ્ડિંગ ગેસ તરીકે થાય છે જેથી ધાતુઓને ઓક્સિડેશન અને દૂષણથી સુરક્ષિત રાખી શકાય.

હિલિયમના અનન્ય ભૌતિક ગુણધર્મો તે