أكثر عنصرين شيوعاً في الكون

العنصران الأكثر شيوعاً في الكون هما الهيدروجين والهيليوم، وهما أول عنصرين يظهران في الجدول الدوري للعناصر.

إنهما ليسا العنصرين الأكثر شيوعًا في الكون فحسب، بل هما أيضًا أصغر وأخف الذرات على الأرض. كلاهما غازات، ونظرًا للخصائص الخاصة للهيدروجين والهيليوم، غالبًا ما تستخدم هذه الغازات في الصناعة.

ونظرًا لوزن هذه الغازات المنخفض جدًا، يتم استخدامها لملء البالونات. الفرق الرئيسي بين الهيليوم والهيدروجين هو أن ذرة الهيليوم موجودة في الغلاف الجوي كغاز أحادي الذرة بينما يوجد الهيدروجين في الغلاف الجوي كغاز ثنائي الذرة.

المحتويات

ما هو غاز الهيدروجين المستخدم ل؟

ويعتبر أحد البدائل الممكنة للبترول إذا تطورت تكنولوجيا استخراجه من المصدر.
من المتوقع أن يعمل الهيدروجين على تشغيل كل شيء في المستقبل.
الهيدروجين هو غاز عديم اللون والرائحة، وهو متوفر بكميات كبيرة، وبالتالي فهو لا ينضب في جميع الأوقات.
وقد عُرف منذ فترة طويلة كوقود، وقد تم استخدامه في المركبات الفضائية منذ الستينيات.
كانت مشاكل مركبة أبولو الفضائية ناجمة عن تسرب الهيدروجين من خلايا الوقود التي تزود المركبة الفضائية بالطاقة.
يتم استخدامه عن طريق الاحتراق بدلاً من البنزين في محركات السيارات.
ويمكن استخدامه أيضًا لتوليد الكهرباء وتشغيل السيارات عن طريق مزجه مع الأكسجين الموجود في خلايا الوقود.
وعلى الرغم من توافر كلا النوعين من التقنيات حاليًا، إلا أن النوع الثاني حظي باهتمام أكبر من الأول.

سيارات الهيدروجين

سيارات تويوتا ماراي موجودة في السوق وتعمل بالهيدروجين.
ويتركز معظم هذا النوع من السيارات في ولاية كاليفورنيا.
لكن المشكلة هي أنها باهظة الثمن وأن تكاليف الوقود لا تزال مرتفعة على الرغم من الدعم الحكومي.
بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من الشركات التي تعمل على تطوير الشاحنات التي تعمل بالهيدروجين، لكنها لا تزال في مرحلة الاختبار.

أين يوجد الهيدروجين؟

يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق تقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء.
إلا أن هذه الطريقة ليست رخيصة حاليًا، إلا أن عددًا من الشركات والدول تبذل جهودًا مكثفة لتقليل التكاليف.
يتم إنتاج الهيدروجين أيضًا من النفط والغاز وهو الطريقة الأكثر شيوعًا والفعالة من حيث التكلفة.
ومع ذلك، فإن الطريقة المذكورة أعلاه تتعارض مع أحد الأهداف الرئيسية لاستخدام الهيدروجين، وهي تقليل الاعتماد على النفط والغاز.
استخدمت الولايات المتحدة الهيدروجين كبديل للنفط لفترة من الوقت لتحسين أمن الطاقة، لكنها تخلت عن الفكرة لأسباب فنية واقتصادية وسياسية.
الأسباب السياسية هي أن استخدام الهيدروجين في خلايا الوقود لن يحسن إمدادات الطاقة أو الأمن القومي لأن خلايا الوقود تتطلب البلاديوم.
يتم تصدير البلاديوم من قبل دولتين فقط: روسيا وجنوب أفريقيا.
ولذلك، لن يكون من الحكمة أن تجعله الولايات المتحدة متاحاً وهو رهينة لدى دولتين، بما في ذلك روسيا.
ومن ناحية أخرى، يتم استيراد النفط من حوالي 20 دولة.

يتم تصنيف الهيدروجين إلى أنواع مختلفة حسب مصدره لأسباب بيئية، لكن المنتج نفسه عادة ما ينقسم إلى ثلاثة أنواع، ولكن بعضها ينقسم إلى خمسة أنواع، وتشمل الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا ما يلي:

اللون الرمادي: مصنوع من الوقود الأحفوري، وخاصة النفط والغاز، وينطوي على انبعاثات الكربون ومواد أخرى.
الأزرق: مصنوع من الوقود الأحفوري، ولكن عملية إنتاج الهيدروجين تتضمن عزل الكربون.
الأخضر: يتم إنتاجه عن طريق التحليل الكهربائي للمياه ولا ينتج أي انبعاثات طالما أن الكهرباء تأتي من مصادر الطاقة المتجددة.

الطريقة الأخيرة مكلفة، لكن البعض يعتقد أنه يمكن استخدام الطاقة المتجددة في الأوقات التي لا تكون فيها الحاجة إلى التحليل الكهربائي للمياه.

على سبيل المثال، يمكن أيضًا استخدام طاقة الرياح بعد منتصف الليل، عندما تكون هناك حاجة إلى قدر أقل بكثير من الكهرباء عندما تكون هناك رياح.

ما هي خصائص الهيليوم؟

وفي سياق العنصرين الأكثر شيوعاً، فإن غاز الهيليوم هو عنصر كيميائي أحادي الذرة عديم اللون والرائحة والطعم، وتبلغ كتلته الذرية 4003 وحدة كتلة ذرية.

وهو أحد عناصر مجموعة الغازات النبيلة التي تنتمي إلى المجموعة 18 في الجدول الدوري.
وبالإضافة إلى ذلك، فهو ثاني أخف عنصر كيميائي بعد الهيدروجين.
وهو أيضًا ثاني أكثر العناصر وفرة في الكون بعد الهيدروجين.
وفيما يتعلق بأصله، فإن الغاز الطبيعي هو المصدر الرئيسي للهيليوم (يحتوي على 0.4٪ هيليوم).
يمتلئ مدار ذرة الهيليوم الأولى بالإلكترونات، مما يجعل تفاعلها مع العناصر الأخرى مستحيلاً عملياً في الظروف العادية.
عندما تتشكل المركبات، فهي غير مستقرة للغاية.
لأن الهيليوم هو أحد الغازات النبيلة، والتي تسمى أيضًا بالغازات النبيلة.
هذه الغازات غير نشطة كيميائيًا، وبالتالي لا تميل إلى تكوين روابط كيميائية مع عناصر أو مركبات أخرى كما يفعل غاز الهيليوم.
إن تحويل الهيليوم من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة أمر صعب للغاية.
وما يجعلها ساخنة هو أنها تتشكل عند درجة حرارة -268.9 درجة مئوية وتكون درجات حرارة غليانها وتجمدها منخفضة مقارنة بالمواد الأخرى.
بالإضافة إلى ذلك، فإن درجة حرارته تجعل من المستحيل تقريبًا أن يتحول إلى حالة صلبة في الظروف العادية.

أين يوجد غاز الهيليوم؟

إن اكتشاف غاز الهيليوم كان نتيجة للجهود المتوالية للعديد من العلماء.
بدأ الأمر مع عالم الفلك الفرنسي بيير يانسن، الذي لاحظ وجود خط أصفر في الطيف الشمسي أثناء دراسته لكسوف الشمس الكلي عام 1868م.
وأشار الفلكي الإنجليزي جوزيف نورمان لوكير إلى أن هذا الخط يبلغ طوله الموجي 587.49 نانومتر، وأن هذا الطول الموجي لم ينتج عن أي عنصر من العناصر المعروفة سابقًا.
ولذلك اشتبه بوجود عنصر جديد على سطح الشمس هو الذي تسبب في ظهور هذا اللون في الطيف، وأطلق عليه اسم الهيليوم.
تم اكتشاف غاز الهيليوم لأول مرة على سطح الكوكب بواسطة الكيميائي الاسكتلندي ويليام رامزي.
حدث ذلك خلال تجاربه على منحدر معدني يحتوي على اليورانيوم المشع.
قام رامزي بتعريض المنحدر لمختلف الأحماض المعدنية وعزل وجمع الغازات الناتجة.
ثم أرسل العينات إلى جوزيف لوكير وويليام. كروكس.
ولذلك، وبعد الفحص، تمكنوا من التعرف على عنصر الهيليوم الموجود فيه.
ويقال إن عالمين سويديين، هما نيلز لانجيلت وبير تيودور كليف، حصلا على غاز الهيليوم من الشعاب المرجانية من خلال تجاربهما الخاصة خلال نفس الفترة.

في ماذا يستخدم الهيليوم؟

هناك العديد من التطبيقات والاستخدامات لغاز الهيليوم في مجالات مختلفة، ومنها ما يلي:

يستخدم غاز الهيليوم لتبريد مصادم الهادرونات الكبير.
فهو يساعد على التحذير من التسريبات في نظام تكييف الهواء في سيارتك.
يتم استخدامه لنفخ الوسائد الهوائية في السيارة، والتي تهدف إلى منع الاصطدامات في حالة وقوع حادث، وذلك بفضل انتشارها السريع.
ويستخدم في تقنية مسح الباركود على البضائع في الأسواق باستخدام الليزر المعروف بليزر الهيليوم النيون.
يستخدم هذا لتصميم مجهر أيون الهيليوم الذي يوفر نتائج أوضح من المجهر الإلكتروني الماسح.
يتم استخدامه لتبريد المغناطيس فائق التوصيل في التحليل الطيفي للتصوير بالرنين المغناطيسي والرنين المغناطيسي النووي.
يستخدم غاز الهيليوم لتبريد معدات الأقمار الصناعية، كما تم استخدامه أيضًا لتبريد الهيدروجين السائل والأكسجين الذي يعمل على تشغيل مركبة أبولو الفضائية.
يوفر غاز الهيليوم جوًا وقائيًا في إنتاج الألياف الضوئية والمواد شبه الموصلة وكذلك في اللحام بالقوس الكهربائي لأنه، كما ذكرنا سابقًا، غاز نبيل أو غاز خامل.
ويستخدم غاز الهيليوم في نفخ البالونات والمناطيد المزخرفة. ويرجع ذلك ببساطة إلى كثافته المنخفضة (تجدر الإشارة إلى أن الهيدروجين استخدم لهذا الغرض ولكنه لم يعد يستخدم لتجنب مخاطر تفاعلاته).
فهو يساعد على تبديد الأبخرة الكيميائية والحرارة الناتجة عند نقش رقائق الكمبيوتر.
يستخدم الهيليوم لحماية الغواصين من مخاطر تخفيف الضغط. ثم يتنفسون خليطًا من الأكسجين والهيليوم معًا.
يتم استخدامه في التجارب التي يجب إجراؤها عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.

أخيرًا، قد تكون المناقشة حول العنصرين الأكثر شيوعًا في الكون محل اهتمامك أيضًا

الأسئلة المتداولة

ما هو تأثير غاز الهيليوم على الإنسان؟

عند التعرض للأكسجين بكميات كبيرة، فإنه يحل محل الأكسجين، مما قد يسبب الدوخة، وفقدان الوعي المفاجئ، والنوبات، وضعف الرؤية والتوازن، والاختناق.
ما هو تأثير الهيليوم على الصوت؟

يسمح بنقل الصوت بشكل أسرع.
هل يستفيد الناس من الهيليوم؟

نعم، في العديد من التطبيقات، بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي.