रसायनशास्त्र हेलियम

हेलियम हे He चिन्ह आणि अणुक्रमांक 2 असलेले एक रासायनिक मूलद्रव्य आहे. हा एक रंगहीन, गंधहीन, चवहीन, अविषारी, निष्क्रिय एकाण्वी वायू आहे. हा विश्वातील हायड्रोजननंतर दुसरा सर्वात हलका आणि दुसरा सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे. हेलियमचा वापर फुगे, गहिरा समुद्रातील डायव्हिंग आणि चुंबकीय अनुनाद प्रतिमा (MRI) यंत्रांमध्ये शीतलक म्हणून केला जातो. सेमीकंडक्टर उत्पादनात आणि वेल्डिंगमध्ये संरक्षक वायू म्हणून देखील याचा वापर केला जातो. हेलियम पृथ्वीच्या वातावरणात अल्प प्रमाणात आढळतो आणि प्रामुख्याने नैसर्गिक वायूपासून काढला जातो.#

हेलियम हे He चिन्ह आणि अणुक्रमांक 2 असलेले एक रासायनिक मूलद्रव्य आहे. हा एक रंगहीन, गंधहीन, अज्वलनशील, अविषारी, निष्क्रिय वायू आहे जो आवर्त सारणीतील नोबल वायूंच्या गटाचा प्रमुख आहे. सर्व मूलद्रव्यांमध्ये याचा उत्कलनांक आणि द्रवणांक सर्वात कमी आहे. हेलियम हा दुसरा सर्वात हलका मूलद्रव्य आहे आणि विश्वात (हायड्रोजननंतर) दुसरा सर्वात मुबलक आहे, परंतु निरीक्षणक्षम विश्वात हा सर्वात मुबलक मूलद्रव्य नाही.

हेलियमचे गुणधर्म#

• अणुक्रमांक: 2
• अणुवस्तुमान: 4.0026
• द्रवणांक: -272.2°C (-458°F)
• उत्कलनांक: -268.9°C (-452°F)
• घनता: 0.1786 g/cm³ (STP वर)
• रंग: रंगहीन
• गंध: गंधहीन
• चव: चवहीन
• ज्वलनशीलता: अज्वलनशील
• विषारीपणा: अविषारी

हेलियमचे स्रोत#

हेलियम हा एक नूतनीकरण न होणारा संसाधन आहे जो पृथ्वीच्या कवचात युरेनियम आणि थोरियमच्या किरणोत्सर्गी क्षयामुळे निर्माण होतो. युनायटेड स्टेट्स हे जगातील हेलियमचे सर्वात मोठे उत्पादक आहे, त्यानंतर कतार आणि रशिया यांचा क्रमांक लागतो.

हेलियमची कमतरता#

हेलियमची मागणी वाढत असल्याने आणि हेलियमचा पुरवठा मर्यादित असल्याने जागतिक हेलियम कमतरता आहे. वैद्यकीय आणि वैज्ञानिक संशोधनासारख्या गंभीर वापरासाठी पुरेसे हेलियम उपलब्ध आहे याची खात्री करण्यासाठी युनायटेड स्टेट्स सरकारने हेलियमचा साठा जमा केला आहे.

हेलियम हे एक बहुमुखी आणि महत्त्वाचे मूलद्रव्य आहे ज्याचा विविध प्रकारे वापर केला जातो. तथापि, जागतिक हेलियम कमतरता ही एक गंभीर चिंतेचा विषय आहे ज्याचा अर्थव्यवस्था आणि समाजावर लक्षणीय परिणाम होऊ शकतो.

हेलियम रचना#

हेलियम (He) हे आवर्त सारणीतील दुसरे मूलद्रव्य आहे, ज्याचा अणुक्रमांक 2 आहे. हा एक रंगहीन, गंधहीन, अज्वलनशील आणि निष्क्रिय वायू आहे जो विश्वातील सर्वात हलका मूलद्रव्य आहे. हेलियम पृथ्वीच्या वातावरणात थोड्या प्रमाणात आढळतो आणि युरेनियम आणि थोरियमच्या किरणोत्सर्गी क्षयामुळे देखील तयार होतो.

हेलियमची अणुरचना#

हेलियममध्ये दोन प्रोटॉन, दोन न्यूट्रॉन आणि दोन इलेक्ट्रॉन असतात. प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन अणूच्या केंद्रकात स्थित असतात, तर इलेक्ट्रॉन कोशांमध्ये केंद्रकाभोवती फिरतात. हेलियममध्ये एक इलेक्ट्रॉन कोश असतो, जो दोन इलेक्ट्रॉनने भरलेला असतो.

हेलियमची इलेक्ट्रॉन संरूपण $1s^2$ आहे. याचा अर्थ हेलियममधील दोन इलेक्ट्रॉन 1s कक्षेत स्थित आहेत. 1s कक्षा ही अणूमधील सर्वात कमी ऊर्जेची कक्षा आहे आणि ती जास्तीत जास्त दोन इलेक्ट्रॉन धारण करू शकते.

हेलियमचे भौतिक गुणधर्म#

हेलियम खोलीच्या तापमानात आणि दाबाने वायू असतो. याचा उत्कलनांक -268.9 अंश सेल्सिअस आणि द्रवणांक -272.2 अंश सेल्सिअस आहे. हेलियम हे सर्वात हलके मूलद्रव्य आहे आणि खोलीच्या तापमानात आणि दाबाने त्याची घनता 0.1786 ग्रॅम प्रति लिटर आहे.

हेलियम उष्णता आणि विद्युतचा खूपच वाईट वाहक आहे. हा एक अतिशय निष्क्रिय वायू देखील आहे आणि सामान्य परिस्थितीत इतर मूलद्रव्यांशी प्रतिक्रिया देत नाही.

हेलियमचे रासायनिक गुणधर्म#

हेलियम हा एक नोबल वायू आहे आणि सामान्य परिस्थितीत इतर मूलद्रव्यांशी प्रतिक्रिया देत नाही. याचे कारण असे की हेलियमचा इलेक्ट्रॉन कोश पूर्णपणे भरलेला असतो आणि स्थिर संरूपण प्राप्त करण्यासाठी त्याला इलेक्ट्रॉन मिळवण्याची किंवा गमावण्याची आवश्यकता नसते.

तथापि, अत्यंत परिस्थितीत हेलियम इतर मूलद्रव्यांसह संयुगे तयार करू शकतो. उदाहरणार्थ, हेलियम फ्लोरिनसह हेलियम फ्लोराइड (HeF) नावाचे संयुग तयार करू शकतो. हेलियम फ्लोराइड हे एक अतिशय अस्थिर संयुग आहे आणि खोलीच्या तापमानात विघटित होते.

हेलियमचे उपयोग#

हेलियमचा वापर विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, यासह:

• फुगे आणि हवाईनौका: हेलियम हवेपेक्षा हलका आणि अज्वलनशील असल्यामुळे फुगे आणि हवाईनौका भरण्यासाठी वापरला जातो.
• पार्टी फुगे: हेलियम पार्टी फुगे भरण्यासाठी वापरला जातो कारण तो त्यांना तरंगवतो.
• स्कूबा डायव्हिंग: स्कूबा डायव्हिंग टँकमध्ये डिकंप्रेशन सिकनेसचा धोका कमी करण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जातो.
• चुंबकीय अनुनाद प्रतिमा (MRI): MRI यंत्रांमधील अतिवाहक चुंबकांना थंड करण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जातो.
• वेल्डिंग आणि कटिंग: वेल्डिंग आणि कटिंग ऑपरेशन्समध्ये संरक्षक वायू म्हणून हेलियमचा वापर केला जातो.
• अतिनिम्नतापिकी: CERN येथील लार्ज हॅड्रॉन कोलायडरसारख्या अतिनिम्नतापिकी अनुप्रयोगांमध्ये शीतलक म्हणून हेलियमचा वापर केला जातो.

हेलियम हे एक मौल्यवान संसाधन आहे आणि त्याची मागणी जास्त आहे. 2021 ते 2026 या कालावधीत जागतिक हेलियम बाजारात 5.2% चा संयुक्त वार्षिक वाढीचा दर (CAGR) अपेक्षित आहे.

हेलियम उत्पादन#

हेलियम हा एक रंगहीन, गंधहीन, अज्वलनशील आणि निष्क्रिय वायू आहे जो हायड्रोजननंतर विश्वातील दुसरा सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे. हा हायड्रोजननंतर दुसरा सर्वात हलका मूलद्रव्य देखील आहे.

• फुगे आणि हवाईनौका: हेलियम हवेपेक्षा हलका आणि अज्वलनशील असल्यामुळे फुगे आणि हवाईनौका भरण्यासाठी वापरला जातो.
• पार्टी फुगे: हेलियम हवेपेक्षा हलका असल्यामुळे आणि सोडल्यावर उच्च स्वरातील चिरचिर आवाज करतो म्हणून पार्टी फुगे भरण्यासाठी वापरला जातो.
• स्कूबा डायव्हिंग: स्कूबा डायव्हिंग टँकमध्ये डिकंप्रेशन सिकनेसचा धोका कमी करण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जातो.
• चुंबकीय अनुनाद प्रतिमा (MRI): MRI यंत्रांमधील अतिवाहक चुंबकांना थंड करण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जातो.
• वेल्डिंग आणि कटिंग: वेल्डिंग आणि कटिंग ऑपरेशन्समध्ये संरक्षक वायू म्हणून हेलियमचा वापर केला जातो.
• उच्च-तंत्रज्ञान अनुप्रयोग: लेसर, कण त्वरक आणि सेमीकंडक्टर उत्पादनासारख्या विविध उच्च-तंत्रज्ञान अनुप्रयोगांमध्ये हेलियमचा वापर केला जातो.

हेलियम उत्पादन पद्धती#

हेलियम तयार करण्याच्या दोन मुख्य पद्धती आहेत:

• नैसर्गिक वायू प्रक्रिया: क्रायोजेनिक फ्रॅक्शनेशन नावाच्या प्रक्रियेद्वारे नैसर्गिक वायूपासून हेलियम काढला जातो. या प्रक्रियेत, नैसर्गिक वायू अत्यंत कमी तापमानात थंड केला जातो आणि हेलियम इतर वायूंपासून वेगळा केला जातो.
• भूगर्भातील साठा: संपुष्टात आलेल्या नैसर्गिक वायूच्या साठ्यांमध्ये हेलियम भूगर्भात साठवून देखील तयार केला जाऊ शकतो. हेलियमची आवश्यकता असल्यास, तो साठ्यातून काढला जाऊ शकतो आणि वापरला जाऊ शकतो.

हेलियम साठा#

युनायटेड स्टेट्सकडे जगातील सर्वात मोठे हेलियम साठा आहेत, जे जगातील एकूण साठ्यांपैकी अंदाजे 25% आहेत. इतर महत्त्वाच्या हेलियम साठा असलेल्या देशांमध्ये रशिया, कतार आणि अल्जेरिया यांचा समावेश आहे.

हेलियम मागणी#

विविध उच्च-तंत्रज्ञान अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या हेलियमची मागणी वाढत आहे. 2021 ते 2026 या कालावधीत जागतिक हेलियम बाजारात 5.2% चा संयुक्त वार्षिक वाढीचा दर (CAGR) अपेक्षित आहे.

हेलियम किंमती#

मागणी वाढल्याने आणि पुरवठा मर्यादित असल्याने अलीकडच्या वर्षांत हेलियमच्या किंमती वाढल्या आहेत. भविष्यात हेलियमच्या किंमती वाढत राहण्याची अपेक्षा आहे.

हेलियम संवर्धन#

हेलियम हे नूतनीकरण न होणारे संसाधन आहे, म्हणून ते जतन करणे महत्त्वाचे आहे. हेलियम जतन करण्याचे अनेक मार्ग आहेत, यासह:

• हेलियम पुनर्वापर: फुगे आणि हवाईनौकांमधून हेलियम पकडून आणि पुन्हा वापरून त्याचे पुनर्वापर करता येते.
• हेलियम बचत उपकरणे वापरणे: हेलियम बचत फुगे आणि स्कूबा डायव्हिंग टँक सारख्या हेलियम वाचविण्यास मदत करू शकणारी अनेक उपकरणे उपलब्ध आहेत.
• हेलियम संवर्धनाबद्दल जनतेला शिक्षित करणे: हेलियम संवर्धनाचे महत्त्व जनतेला शिकवणे महत्त्वाचे आहे जेणेकरून ते हेलियम कसे वापरतात याबद्दल माहितीपूर्ण निर्णय घेऊ शकतील.

हेलियमचे संवर्धन करून, आपण हे मौल्यवान संसाधन भविष्यातील पिढ्यांसाठी उपलब्ध राहील याची खात्री करण्यास मदत करू शकतो.

हेलियमचे भौतिक गुणधर्म#

हेलियम (He) हे आवर्त सारणीतील दुसरे मूलद्रव्य आहे आणि त्याच्या अद्वितीय भौतिक गुणधर्मांसाठी ओळखले जाते. हे सर्वात हलके मूलद्रव्य आहे आणि विश्वातील दुसरे सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे. हेलियमचे काही प्रमुख भौतिक गुणधर्म येथे आहेत:

1. खोलीच्या तापमानातील अवस्था:#

हेलियम खोलीच्या तापमानात आणि दाबाने वायू असतो. हे एकमेव मूलद्रव्य आहे जे परिपूर्ण शून्य (-273.15°C किंवा 0 केल्विन) वर वायू राहते.

2. रंग, गंध आणि चव:#

हेलियम रंगहीन, गंधहीन आणि चवहीन असते.

3. घनता:#

हेलियमची घनता खूप कमी असते. प्रमाणित परिस्थितीत सर्व मूलद्रव्यांमध्ये हे सर्वात कमी घनतेचे मूलद्रव्य आहे. 0°C आणि 1 atm वर हेलियमची घनता अंदाजे 0.1786 ग्रॅम प्रति लिटर आहे.

4. उत्कलनांक आणि द्रवणांक:#

हेलियमचा उत्कलनांक आणि द्रवणांक सर्व मूलद्रव्यांपेक्षा सर्वात कमी आहे. हेलियमचा उत्कलनांक -268.94°C (4.21 K) आहे आणि द्रवणांक -272.2°C (0.95 K) आहे.

5. उष्णता वाहकता:#

हेलियमची उष्णता वाहकता तुलनेने जास्त असते. सर्व वायूंमध्ये हा सर्वोच्च उष्णता वाहक नाही. हा गुणधर्म हेलियमला अशा अनुप्रयोगांमध्ये उपयुक्त ठरवतो जेथे कार्यक्षम उष्णता हस्तांतरण आवश्यक असते.

6. विद्युत वाहकता:#

हेलियम एक उत्कृष्ट विद्युतरोधक आहे. याची विद्युत वाहकता खूप कमी असते, ज्यामुळे तो उच्च-व्होल्टेज अनुप्रयोगांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य बनतो.

7. प्रतिक्रियाशीलता:#

हेलियम हे एक अतिशय अप्रतिक्रियाशील मूलद्रव्य आहे. हे सर्व मूलद्रव्यांपैकी सर्वात कमी प्रतिक्रियाशील आहे आणि सहजपणे रासायनिक संयुगे तयार करत नाही. हा गुणधर्म हेलियमला अशा अनुप्रयोगांमध्ये उपयुक्त ठरवतो जेथे निष्क्रिय वायू आवश्यक असतात.

8. समस्थानिके:#

हेलियमची अनेक समस्थानिके आहेत, त्यापैकी सर्वात सामान्य म्हणजे हेलियम-4 (He-4). हेलियम-4 स्थिर आहे आणि पृथ्वीवर आढळणाऱ्या हेलियमपैकी बहुसंख्य भाग बनवतो. हेलियमच्या इतर समस्थानिकांमध्ये हेलियम-3 (He-3) समाविष्ट आहे, जे दुर्मिळ आहे आणि वैज्ञानिक संशोधन आणि वैद्यकीय प्रतिमांकनात अनुप्रयोग आहेत.

9. विश्वातील मुबलकता:#

हेलियम हे हायड्रोजननंतर विश्वातील दुसरे सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे. विश्वातील मूलद्रव्यीय वस्तुमानाच्या अंदाजे 24% हेलियम बनवते असे मानले जाते. हेलियम प्रामुख्याने ताऱ्यांमध्ये आढळते, जेथे ते केंद्रकीय संमीलन प्रतिक्रियांद्वारे तयार होते.

10. अनुप्रयोग:#

हेलियमच्या अद्वितीय भौतिक गुणधर्मांमुळे त्याचे विविध अनुप्रयोग आहेत. त्याच्या काही उल्लेखनीय अनुप्रयोगांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• फुगे आणि हवाईनौका: हेलियमची कमी घनता आणि अज्वलनशीलता यामुळे फुगे आणि हवाईनौका भरण्यासाठी वापरला जातो.
• अतिनिम्नतापिकी: अतिवाहक चुंबक आणि इतर संवेदनशील उपकरणे थंड करण्यासाठी हेलियमचा अतिनिम्नतापिकी द्रव म्हणून वापर केला जातो.
• डायव्हिंग: गहिर्या समुद्रातील डायव्हिंगसाठी श्वासोच्छ्वासाचे मिश्रण तयार करण्यासाठी हेलियमचे ऑक्सिजनसह मिश्रण केले जाते ज्यामुळे डिकंप्रेशन सिकनेसचा धोका कमी होतो.
• हेलियम-3 चा वैद्यकीय निदानासाठी चुंबकीय अनुनाद प्रतिमा (MRI) स्कॅनरमध्ये वापर केला जात नाही.
• कण त्वरक: उपअण्वीय कणांचे उच्च-ऊर्जा किरण तयार करण्यासाठी कण त्वरकांमध्ये विद्युतचुंबकीय क्षेत्रे वापरली जातात.
• वेल्डिंग आणि धातूकाम: वेल्डिंग आणि धातूकामात धातूंचे ऑक्सिडीकरण आणि दूषित होण्यापासून संरक्षण करण्यासाठी हेलियमचा संरक्षक वायू म्हणून वापर केला जातो.

हेलियमचे अद्वितीय भौतिक गुणधर्म विविध वैज्ञानिक, औद्योगिक आणि वैद्यकीय अनुप्रयोगांमध्ये त्याला एक मौल्यवान संसाधन बनवतात.

हेलियमचे रासायनिक गुणधर्म#

हेलियम हे He चिन्ह आणि अणुक्रमांक 2 असलेले एक रासायनिक मूलद्रव्य आहे. हा एक रंगहीन, गंधहीन, अज्वलनशील, अविषारी, निष्क्रिय वायू आहे जो आवर्त सारणीतील नोबल वायूंच्या गटाचा प्रमुख आहे. हेलियम हे हायड्रोजननंतर विश्वातील दुसरे सर्वात हलके आणि दुसरे सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे.

हेलियमचे भौतिक गुणधर्म#

• अणुक्रमांक: 2
• अणुवस्तुमान: 4.0026
• द्रवणांक: -272.2 °C (-458.0 °F)
• उत्कलनांक: -182.9 °C (-297.2 °F)
• घनता: 0.1786 g/cm³ at 0 °C (32 °F)
• पाण्यात विद्राव्यता: 1.5 mL/L at 0 °C (32 °F)

हेलियमचे रासायनिक गुणधर्म#

हेलियम हा एक नोबल वायू आहे, याचा अर्थ तो खूप स्थिर आहे आणि सामान्य परिस्थितीत इतर मूलद्रव्यांशी प्रतिक्रिया देत नाही. याचे कारण असे की हेलियमचा संयुजा कोश पूर्ण आहे, याचा अर्थ त्याकडे जास्तीत जास्त इलेक्ट्रॉन आहेत जे तो धारण करू शकतो.

तथापि, अत्यंत परिस्थितीत हेलियम इतर मूलद्रव्यांशी प्रतिक्रिया देऊ शकतो. उदाहरणार्थ, उच्च-ऊर्जा चिंगारीच्या संपर्कात आल्यावर हेलियम फ्लोरिनशी प्रतिक्रिया देऊन हेलियम फ्लोराइड (HeF) तयार करू शकतो. उच्च तापमान आणि दाबाच्या संपर्कात आल्यावर हेलियम लिथियमशी प्रतिक्रिया देऊन लिथियम हायड्राइड (LiH) देखील तयार करू शकतो.

हेलियमचे उपयोग#

हेलियमचा वापर विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, यासह:

• फुगे आणि हवाईनौका: हेलियम हवेपेक्षा हलका आणि अज्वलनशील असल्यामुळे फुगे आणि हवाईनौका भरण्यासाठी वापरला जातो.
• पार्टी फुगे: हेलियम पार्टी फुगे भरण्यासाठी वापरला जातो कारण तो त्यांना तरंगवतो.
• स्कूबा डायव्हिंग: स्कूबा डायव्हिंग टँकमध्ये डिकंप्रेशन सिकनेसचा धोका कमी करण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जातो.
• चुंबकीय अनुनाद प्रतिमा (MRI): MRI यंत्रांमधील अतिवाहक चुंबकांना थंड करण्यासाठी हेलियमचा वापर केला जातो. कण त्वरक: कण त्वरकांमध्ये कणांना गती देण्यासाठी विद्युतचुंबकीय क्षेत्रे वापरली जातात.
• वेल्डिंग आणि कटिंग: वेल्डिंग आणि कटिंग ऑपरेशन्समध्ये संरक्षक वायू म्हणून हेलियमचा वापर केला जातो.
• अतिनिम्नतापिकी: लार्ज हॅड्रॉन कोलायडरसारख्या अतिनिम्नतापिकी अनुप्रयोगांमध्ये शीतलक म्हणून हेलियमचा वापर केला जातो.

हेलियम हे विविध उपयोगांसह एक बहुमुखी मूलद्रव्य आहे. हा एक नोबल वायू आहे जो खूप स्थिर आहे आणि सामान्य परिस्थितीत इतर मूलद्रव्यांशी प्रतिक्रिया देत नाही. तथापि, अत्यंत परिस्थितीत हेलियम इतर मूलद्रव्यांशी प्रतिक्रिया देऊ शकतो. हेलियमचा वापर फुगे, हवाईनौका, स्कूबा डायव्हिंग टँक, MRI यंत्रे, कण त्वरक, वेल्डिंग आणि कटिंग ऑपरेशन्स आणि अतिनिम्नतापिकी यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो.

हेलियमचे उपयोग#

हेलियम हे विविध उद्योगांमध्ये विस्तृत अनुप्रयोगांसह एक बहुमुखी मूलद्रव्य आहे. त्याचे कमी घनता, उच्च उष्णता वाहकता आणि निष्क्रिय स्वरूप यासारखे अद्वितीय गुणधर्म अनेक वैज्ञानिक, औद्योगिक आणि वाणिज्यिक हेतूंसाठी त्याला एक मौल्यवान संसाधन बनवतात. हेलियमचे काही प्रमुख उपयोग येथे आहेत:

1. फुगे आणि हवाईनौका#

• हेलियमची कमी घनता असल्यामुळे सामान्यतः फुगे आणि हवाईनौका भरण्यासाठी वापरला जातो. हे लक्षणीय वजन न जोडता उंचावण्याची क्षमता प्रदान करते, ज्यामुळे हे या अनुप्रयोगांसाठी एक आदर्श व