కెమిస్ట్రీ హీలియం

హీలియం ఒక రసాయన మూలకం, దీని గుర్తు He మరియు పరమాణు సంఖ్య 2. ఇది రంగులేని, వాసనలేని, రుచిలేని, విషపూరితం కాని, జడ మోనాటోమిక్ వాయువు. ఇది విశ్వంలో హైడ్రోజన్ తర్వాత రెండవ సరికొత్త మరియు రెండవ అత్యధికంగా ఉండే మూలకం. హీలియం బెలూన్లు, లోతైన సముద్రపు డైవింగ్ మరియు అయస్కాంత అనునాద చిత్రీకరణ (MRI) యంత్రాలలో శీతలీకరణిగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది సెమీకండక్టర్ల ఉత్పత్తిలో మరియు వెల్డింగ్లో రక్షిత వాయువుగా కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. హీలియం భూమి వాతావరణంలో స్వల్ప మొత్తంలో కనిపిస్తుంది మరియు ప్రధానంగా సహజ వాయువు నుండి సంగ్రహించబడుతుంది.#

హీలియం ఒక రసాయన మూలకం, దీని గుర్తు He మరియు పరమాణు సంఖ్య 2. ఇది రంగులేని, వాసనలేని, మండేది కాని, విషపూరితం కాని, జడ వాయువు, ఇది ఆవర్తన పట్టికలో నోబుల్ వాయువుల సమూహానికి ముందుంటుంది. దీని మరిగే మరియు ద్రవీభవన స్థానాలు అన్ని మూలకాలలోనూ అత్యంత తక్కువ. హీలియం రెండవ సరికొత్త మూలకం మరియు విశ్వంలో రెండవ అత్యధికంగా ఉండేది (హైడ్రోజన్ తర్వాత), కానీ ఇది దృశ్యమాన విశ్వంలో అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే మూలకం కాదు.

హీలియం యొక్క లక్షణాలు#

• పరమాణు సంఖ్య: 2
• పరమాణు బరువు: 4.0026
• ద్రవీభవన స్థానం: -272.2°C (-458°F)
• మరిగే స్థానం: -268.9°C (-452°F)
• సాంద్రత: 0.1786 g/cm³ (STP వద్ద)
• రంగు: రంగులేనిది
• వాసన: వాసనలేనిది
• రుచి: రుచిలేనిది
• దహనశీలత: మండేది కాదు
• విషపూరితత్వం: విషపూరితం కాదు

హీలియం యొక్క మూలాలు#

హీలియం ఒక పునరుత్పాదకం కాని వనరు, ఇది భూమి పటలంలో యురేనియం మరియు థోరియం యొక్క రేడియోధార్మిక క్షయం ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది. యునైటెడ్ స్టేట్స్ ప్రపంచంలో అతిపెద్ద హీలియం ఉత్పాదక దేశం, తర్వాత కతర్ మరియు రష్యా ఉన్నాయి.

హీలియం కొరత#

హీలియం పట్ల పెరుగుతున్న డిమాండ్ మరియు హీలియం యొక్క పరిమిత సరఫరా కారణంగా ప్రపంచవ్యాప్త హీలియం కొరత ఉంది. వైద్య మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధన వంటి క్లిష్టమైన ఉపయోగాలకు తగినంత హీలియం ఉండేలా చూసుకోవడానికి యునైటెడ్ స్టేట్స్ ప్రభుత్వం హీలియంను స్టాక్పైల్ చేసింది.

హీలియం ఒక బహుముఖ మరియు ముఖ్యమైన మూలకం, ఇది విస్తృతమైన ఉపయోగాలను కలిగి ఉంది. అయితే, ప్రపంచవ్యాప్త హీలియం కొరత ఒక తీవ్రమైన ఆందోళన, ఇది ఆర్థిక వ్యవస్థ మరియు సమాజంపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపవచ్చు.

హీలియం నిర్మాణం#

హీలియం (He) ఆవర్తన పట్టికలో రెండవ మూలకం, దీని పరమాణు సంఖ్య 2. ఇది రంగులేని, వాసనలేని, మండేది కాని మరియు జడ వాయువు, ఇది విశ్వంలోనే సరికొత్త మూలకం. హీలియం భూమి వాతావరణంలో చిన్న మొత్తంలో కనిపిస్తుంది మరియు యురేనియం మరియు థోరియం యొక్క రేడియోధార్మిక క్షయం ద్వారా కూడా ఉత్పత్తి అవుతుంది.

హీలియం యొక్క పరమాణు నిర్మాణం#

హీలియంలో రెండు ప్రోటాన్లు, రెండు న్యూట్రాన్లు మరియు రెండు ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి. ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లు పరమాణువు యొక్క కేంద్రకంలో ఉంటాయి, అయితే ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ షెల్లలో పరిభ్రమిస్తాయి. హీలియంకు ఒక ఎలక్ట్రాన్ షెల్ ఉంటుంది, ఇది రెండు ఎలక్ట్రాన్లతో నిండి ఉంటుంది.

హీలియం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ విన్యాసం $1s^2$. దీని అర్థం హీలియంలోని రెండు ఎలక్ట్రాన్లు 1s ఆర్బిటాల్లో ఉంటాయి. 1s ఆర్బిటాల్ ఒక పరమాణువులో అత్యంత తక్కువ శక్తి కలిగిన ఆర్బిటాల్, మరియు ఇది గరిష్టంగా రెండు ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటుంది.

హీలియం యొక్క భౌతిక లక్షణాలు#

హీలియం గది ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద వాయువు. దీని మరిగే స్థానం -268.9 డిగ్రీల సెల్సియస్ మరియు ద్రవీభవన స్థానం -272.2 డిగ్రీల సెల్సియస్. హీలియం అత్యంత సరికొత్త మూలకం మరియు గది ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద 0.1786 గ్రాములు/లీటర్ సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది.

హీలియం వేడి మరియు విద్యుత్తు యొక్క చాలా పేలవమైన వాహకం. ఇది చాలా జడ వాయువు కూడా మరియు సాధారణ పరిస్థితుల్లో ఇతర మూలకాలతో చర్య జరపదు.

హీలియం యొక్క రసాయన లక్షణాలు#

హీలియం ఒక నోబుల్ వాయువు మరియు సాధారణ పరిస్థితుల్లో ఇతర మూలకాలతో చర్య జరపదు. ఎందుకంటే హీలియం యొక్క ఎలక్ట్రాన్ షెల్ పూర్తిగా నిండి ఉంటుంది మరియు స్థిరమైన విన్యాసాన్ని సాధించడానికి దానికి ఎలక్ట్రాన్లను పొందడం లేదా కోల్పోవడం అవసరం లేదు.

అయితే, తీవ్ర పరిస్థితుల్లో హీలియం ఇతర మూలకాలతో సమ్మేళనాలను ఏర్పరచగలదు. ఉదాహరణకు, హీలియం ఫ్లోరిన్తో హీలియం ఫ్లోరైడ్ (HeF) అనే సమ్మేళనాన్ని ఏర్పరచగలదు. హీలియం ఫ్లోరైడ్ చాలా అస్థిరమైన సమ్మేళనం మరియు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద విడిపోతుంది.

హీలియం యొక్క ఉపయోగాలు#

హీలియం వివిధ అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడుతుంది, వాటిలో కొన్ని:

• బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్లు: హీలియం గాలి కంటే తేలికగా మరియు మండేది కాదు కాబట్టి బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్లను నింపడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
• పార్టీ బెలూన్లు: హీలియం పార్టీ బెలూన్లను నింపడానికి ఉపయోగించబడుతుంది ఎందుకంటే ఇది వాటిని తేలియాడేలా చేస్తుంది.
• స్కూబా డైవింగ్: డీకంప్రెషన్ సిక్నెస్ ప్రమాదాన్ని తగ్గించడానికి స్కూబా డైవింగ్ ట్యాంకులలో హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• అయస్కాంత అనునాద చిత్రీకరణ (MRI): MRI యంత్రాలలో సూపర్ కండక్టింగ్ అయస్కాంతాలను చల్లబరచడానికి హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• వెల్డింగ్ మరియు కట్టింగ్: వెల్డింగ్ మరియు కట్టింగ్ కార్యకలాపాలలో షీల్డింగ్ వాయువుగా హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• క్రయోజెనిక్స్: CERN వద్ద లార్జ్ హ్యాడ్రాన్ కొలైడర్ వంటి క్రయోజెనిక్ అనువర్తనాలలో శీతలీకరణిగా హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.

హీలియం ఒక విలువైన వనరు మరియు అధిక డిమాండ్ కలిగి ఉంది. ప్రపంచ హీలియం మార్కెట్ 2021 నుండి 2026 వరకు 5.2% సమ్మేళన వార్షిక వృద్ధి రేటు (CAGR)తో పెరుగుతుందని అంచనా.

హీలియం ఉత్పత్తి#

హీలియం ఒక రంగులేని, వాసనలేని, మండేది కాని మరియు జడ వాయువు, ఇది హైడ్రోజన్ తర్వాత విశ్వంలో రెండవ అత్యధికంగా ఉండే మూలకం. ఇది హైడ్రోజన్ తర్వాత రెండవ సరికొత్త మూలకం కూడా.

• బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్లు: హీలియం గాలి కంటే తేలికగా మరియు మండేది కాదు కాబట్టి బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్లను నింపడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
• పార్టీ బెలూన్లు: హీలియం గాలి కంటే తేలికగా ఉండటం మరియు విడుదలైనప్పుడు ఎత్తైన పిచ్ స్క్వీకీ శబ్దాన్ని చేయడం వలన పార్టీ బెలూన్లను నింపడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
• స్కూబా డైవింగ్: డీకంప్రెషన్ సిక్నెస్ ప్రమాదాన్ని తగ్గించడానికి స్కూబా డైవింగ్ ట్యాంకులలో హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• అయస్కాంత అనునాద చిత్రీకరణ (MRI): MRI యంత్రాలలో సూపర్ కండక్టింగ్ అయస్కాంతాలను చల్లబరచడానికి హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• వెల్డింగ్ మరియు కట్టింగ్: వెల్డింగ్ మరియు కట్టింగ్ కార్యకలాపాలలో షీల్డింగ్ వాయువుగా హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• హై-టెక్ అనువర్తనాలు: లేజర్లు, పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్లు మరియు సెమీకండక్టర్ తయారీ వంటి వివిధ హై-టెక్ అనువర్తనాలలో హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.

హీలియం ఉత్పత్తి పద్ధతులు#

హీలియం ఉత్పత్తి చేయడానికి రెండు ప్రధాన పద్ధతులు ఉన్నాయి:

• సహజ వాయువు ప్రాసెసింగ్: క్రయోజెనిక్ ఫ్రాక్షనేషన్ అనే ప్రక్రియ ద్వారా సహజ వాయువు నుండి హీలియం సంగ్రహించబడుతుంది. ఈ ప్రక్రియలో, సహజ వాయువు చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలకు చల్లబరుస్తారు మరియు హీలియం ఇతర వాయువుల నుండి వేరు చేయబడుతుంది.
• భూగర్భ నిల్వ: ఖాళీ చేయబడిన సహజ వాయువు రిజర్వాయర్లలో భూగర్భంలో నిల్వ చేయడం ద్వారా హీలియం కూడా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. హీలియం అవసరమైనప్పుడు, దానిని రిజర్వాయర్ నుండి ఉపసంహరించుకొని ఉపయోగించవచ్చు.

హీలియం నిక్షేపాలు#

యునైటెడ్ స్టేట్స్ ప్రపంచంలో అతిపెద్ద హీలియం నిక్షేపాలను కలిగి ఉంది, ప్రపంచ మొత్తం నిక్షేపాలలో దాదాపు 25% ఉన్నాయి. గణనీయమైన హీలియం నిక్షేపాలు ఉన్న ఇతర దేశాలలో రష్యా, కతర్ మరియు అల్జీరియా ఉన్నాయి.

హీలియం డిమాండ్#

వివిధ హై-టెక్ అనువర్తనాలలో దాని ఉపయోగం కారణంగా హీలియం డిమాండ్ పెరుగుతోంది. ప్రపంచ హీలియం మార్కెట్ 2021 నుండి 2026 వరకు 5.2% సమ్మేళన వార్షిక వృద్ధి రేటు (CAGR)తో పెరుగుతుందని అంచనా.

హీలియం ధరలు#

పెరుగుతున్న డిమాండ్ మరియు పరిమిత సరఫరా కారణంగా ఇటీవలి సంవత్సరాల్లో హీలియం ధర పెరుగుతోంది. భవిష్యత్తులో హీలియం ధర పెరగడం కొనసాగుతుందని అంచనా.

హీలియం సంరక్షణ#

హీలియం ఒక పునరుత్పాదకం కాని వనరు, కాబట్టి దానిని సంరక్షించడం ముఖ్యం. హీలియంను సంరక్షించడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి, వాటిలో కొన్ని:

• హీలియం రీసైక్లింగ్: బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్ల నుండి హీలియంను సంగ్రహించి మళ్లీ ఉపయోగించడం ద్వారా దానిని రీసైకిల్ చేయవచ్చు.
• హీలియం-సేవింగ్ పరికరాలను ఉపయోగించడం: హీలియం-సేవింగ్ బెలూన్లు మరియు స్కూబా డైవింగ్ ట్యాంక్లు వంటి హీలియంను సేవ్ చేయడంలో సహాయపడే అనేక పరికరాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి.
• హీలియం సంరక్షణ గురించి ప్రజలకు విద్య: హీలియం సంరక్షణ యొక్క ప్రాముఖ్యత గురించి ప్రజలకు విద్య ఇవ్వడం ముఖ్యం, తద్వారా వారు హీలియంను ఎలా ఉపయోగించాలో సమాచారం ఆధారంగా నిర్ణయాలు తీసుకోవచ్చు.

హీలియంను సంరక్షించడం ద్వారా, ఈ విలువైన వనరు భవిష్యత్ తరాలకు అందుబాటులో ఉండేలా మనం సహాయం చేయవచ్చు.

హీలియం యొక్క భౌతిక లక్షణాలు#

హీలియం (He) ఆవర్తన పట్టికలో రెండవ మూలకం మరియు దాని ప్రత్యేక భౌతిక లక్షణాలకు ప్రసిద్ధి చెందింది. ఇది సరికొత్త మూలకం మరియు విశ్వంలో రెండవ అత్యధికంగా ఉండే మూలకం. హీలియం యొక్క కొన్ని కీలక భౌతిక లక్షణాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి:

1. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్థితి:#

హీలియం గది ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద వాయువు. సంపూర్ణ సున్నా (-273.15°C లేదా 0 కెల్విన్) వద్ద వాయువుగా మిగిలిపోయే ఏకైక మూలకం ఇది.

2. రంగు, వాసన మరియు రుచి:#

హీలియం రంగులేనిది, వాసనలేనిది మరియు రుచిలేనిది.

3. సాంద్రత:#

హీలియం చాలా తక్కువ సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది. ప్రామాణిక పరిస్థితుల్లో ఇది అన్ని మూలకాలలో అత్యంత తక్కువ సాంద్రత కలిగిన మూలకం. 0°C మరియు 1 atm వద్ద హీలియం సాంద్రత సుమారు 0.1786 గ్రాములు/లీటర్.

4. మరిగే స్థానం మరియు ద్రవీభవన స్థానం:#

హీలియం అన్ని మూలకాలలో అత్యంత తక్కువ మరిగే స్థానం మరియు ద్రవీభవన స్థానాన్ని కలిగి ఉంటుంది. హీలియం మరిగే స్థానం -268.94°C (4.21 K), మరియు ద్రవీభవన స్థానం -272.2°C (0.95 K).

5. ఉష్ణ వాహకత:#

హీలియం సాపేక్షంగా అధిక ఉష్ణ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. ఇది అన్ని వాయువులలో అత్యధిక ఉష్ణ వాహకం కాదు. ఈ లక్షణం సమర్థవంతమైన వేడి బదిలీ అవసరమయ్యే అనువర్తనాలలో హీలియం ఉపయోగపడేలా చేస్తుంది.

6. విద్యుత్ వాహకత:#

హీలియం ఒక అద్భుతమైన విద్యుత్ అవాహకం. ఇది చాలా తక్కువ విద్యుత్ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది, ఇది హై-వోల్టేజ్ అనువర్తనాలలో ఉపయోగించడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.

7. ప్రతిచర్యాశీలత:#

హీలియం చాలా చర్యారహిత మూలకం. ఇది అన్ని మూలకాలలో అత్యంత తక్కువ ప్రతిచర్యాశీలత కలిగినది మరియు రసాయన సమ్మేళనాలను సులభంగా ఏర్పరచదు. ఈ లక్షణం జడ వాయువులు అవసరమయ్యే అనువర్తనాలలో హీలియం ఉపయోగపడేలా చేస్తుంది.

8. ఐసోటోపులు:#

హీలియం అనేక ఐసోటోపులను కలిగి ఉంటుంది, వాటిలో అత్యంత సాధారణమైనది హీలియం-4 (He-4). హీలియం-4 స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు భూమిపై కనిపించే హీలియంలో ఎక్కువ భాగాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. హీలియం యొక్క ఇతర ఐసోటోపులలో హీలియం-3 (He-3) ఉంటుంది, ఇది అరుదైనది మరియు శాస్త్రీయ పరిశోధన మరియు వైద్య చిత్రీకరణలో అనువర్తనాలను కలిగి ఉంటుంది.

9. విశ్వంలో సమృద్ధి:#

హీలియం హైడ్రోజన్ తర్వాత విశ్వంలో రెండవ అత్యధికంగా ఉండే మూలకం. ఇది విశ్వంలోని మూలక ద్రవ్యరాశిలో సుమారు 24% ఉంటుందని అంచనా. హీలియం ప్రధానంగా నక్షత్రాలలో కనిపిస్తుంది, ఇక్కడ అది అణు సంలీన ప్రతిచర్యల ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది.

10. అనువర్తనాలు:#

హీలియం దాని ప్రత్యేక భౌతిక లక్షణాల కారణంగా విస్తృతమైన అనువర్తనాలను కలిగి ఉంది. దీని కొన్ని గుర్తించదగిన అనువర్తనాలు:

• బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్లు: హీలియం తక్కువ సాంద్రత మరియు మండేది కాదు కాబట్టి బెలూన్లు మరియు ఎయిర్షిప్లను నింపడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
• క్రయోజెనిక్స్: సూపర్ కండక్టింగ్ అయస్కాంతాలు మరియు ఇతర సున్నితమైన పరికరాలను చల్లబరచడానికి క్రయోజెనిక్ ద్రవంగా హీలియం ఉపయోగించబడుతుంది.
• డైవింగ్: డీకంప్రెషన్ సిక్నెస్ ప్రమాదాన్ని తగ్గించడానికి లోతైన సముద్ర డైవింగ్ కోసం శ్వాస మిశ్రమాలను సృష్టించడానికి హీలియం ఆక్సిజన్తో కలుపుతారు.
• హీలియం-3 వైద్య రోగ నిర్ధారణ కోసం అయస్కాంత అనునాద చిత్రీకరణ (MRI) స్కానర్లలో ఉపయోగించబడదు.
• పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్లు: పార్టికల్ యాక్సిలరేటర్లలో ఉపపరమాణు కణాల యొక్క అధిక-శక్తి కిరణాలను సృష్టించడానికి విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రాలు ఉపయోగించబడతాయి.
• వెల్డింగ్ మరియు మెటల్ వర్కింగ్: లోహాలను ఆక్సీకరణం మరియు కలుషితం నుండి రక్షించడానికి వెల్డింగ్ మరియు మెటల్ వర్కింగ్లో షీల