Frank van Hertrooij
Scivolemo 10 Januaro 2018
Pliaj artikoloj
Heliumo estas krom hidrogeno la plej ofta elemento en la universo. Preskaŭ kvarono el la maso de ĉiuj atomoj kune konsistas el heliumo. Malgraŭ tio, la elemento estas tre malofta surtere. Heliumo estas malpli peza ol la aliaj gasoj en la atmosfero, do ĝi flosas supren, ĝis ĝi eskapas la Teron. Pro ĝia malofteco ĉi tie, Heliumo estas ankaŭ la unua elemento, kiun oni unue malkovris ekster la Tero. Oni trovis ĝin per observi la spektron de la sunlumo kaj kunkludis ke iu nova elemento absorbis specifan flavan koloron kaj filtris ĝin el la spektro. De tie la nomo de la elemento venis, kiu signifas ”Suno” en la Greka. Heliumo estas tre utila elemento kun multe da aplikoj, sed oni ne havas sufiĉe da ĝi por provizi la kreskantan bezonon. Kiuj do estas la utiloj de la stranga gaso kaj de kie oni prenas ĝin?
Ĥemia stabileco kaj aerŝipoj
Elektronoj estas tre gravaj en ĥemiaj reagoj. Multaj atomoj strebas al havi specifan kvanton da atomoj ĉirkaŭ si. Tiel ili iĝas plej stabilaj. Heliumo nature havas la ĝustan kvanton da elektronoj kaj ne bezonas reagi kun aliaj atomoj por atingi tion. Tio nomiĝas noblagasa konfiguracio kaj igas ĝin tre taŭga por ekzemple veldado. Aero estis granda problemo por veldistoj, pro tio ke la oksigeno en la atmosfero povas facile reagi kun la metalo. Anstataŭe, oni plenigas la aeron ĉirkaŭ la veldilo per tre stabilaj gasoj kiel heliumo por preventi ajnan reagon.
Ankaŭ en balonoj heliumo estas nepre bezonata. Heliumo estas malpli peza ol aero kaj emas flosi supren. Kiam oni kaptas ĝin en balono, la gaso povas puŝi la balonon kun si. Tiun efikon oni uzas por krei ornamentajn balonojn dum nuptoj, paradoj kaj aliaj festoj. Ankaŭ veterbalonoj, kiuj portas mezurilojn supren por studi la veteron kaj klimaton, uzas heliumon por flosi. Ekzistas unu gaso kiu pezas eĉ malpli ol heliumo kaj povas porti pli da mason, nome hidrogeno. Tiu gaso certe estis uzata historie, sed ĝi havis grandan malavantaĝon. Hidrogeno povas eksplodi. Inter la du mondmilitoj, Britio, Usono kaj Germanio konstruis grandajn aerŝipojn. La plej granda el ili, la Hindenburgo, estis tiom giganta kiel granda krozoŝipo kaj ofertis lokojn por maksimume 72 pasaĝeroj. Ĝi havis restoracion kaj sidejon kun piano kaj povis vojaĝi inter Eŭropo kaj Norda Ameriko ene de du tagoj. La Germanoj sciis ke heliumo estus pli sekura ol hidrogeno, sed la gaso nur grandskale haveblis en Usono, do ili finfine uzis hidrogenon. Tio iris bone dum iom da tempo, ĝis finfine la aerŝipo ekbrulis ĵus antaŭ la surteriĝo en Nov-Ĵerzejo. 36 homoj mortis. La Hindenburg-katastrofo ne estis la unua, aŭ plej mortiga katastrofo kun aerŝipo, sed ĝi ja okazis antaŭ amaso da homoj kaj estis filmata. Tial la publiko tuj perdis sian fidon je aerŝipoj. Dum la militoj oni uzis balonojn por spionado. Usono povis uzi sian heliumon tre strategie tiel, ĉar eĉ se oni pafis la balonojn, ili ne tuj eksplodis.
Malvarmo
Ĥemiaĵoj povas esti en malsamaj fazoj, depende de la temperaturo. Kiam oni varmigas glacion, ĝi fandiĝas al akvo kaj kiam oni varmigas akvon, ĝi vaporiĝas. Glacio, akvo kaj akvovaporo ĉiuj estas la sama molekulo, sed kun malsama kvanto da energio. Inverse oni povas malvarmigi la gasojn en la aero por igi ilin likvaj kaj finfine solidaj. Oksigena gaso iĝas solida je -218 gradoj selciaj, nitrogena gaso je -210 gradoj kaj karbona dioksido jam je -79 gradoj. Heliumo estas la nura gaso kiu ne solidiĝas sub atmosfera premo kaj do restas likva ĝis la absoluta minimuma temperaturo. Tre proksime al tiu temperaturo, la atomoj havas tiom malmulte da varmo ke ĝi ne plu povas nuligi la kvantumefikojn ene de la materialo. Kiel rezulto la likvaĵo havas tre unikajn kvalitojn, kiel la kapablo de grimpi la vandojn de la ujo kontraŭ gravito.
Ke heliumo povas iĝi tiom frosta kaj tamen resti likva igas ĝin tre utila por malvarmigi aliajn materialojn. Tio igas la likvaĵon tre valora, ĉar ĝi ne estas anstataŭigebla, sed tre bezonata. La plej ofta apliko de ĉi tiu efiko estas en elektromagnetoj, kiuj kreas magnetajn kampojn per elektraj fluoj tra la materialo. Kutime materialoj havas specifan rezistancon, kiu kontraŭas la fluon de elektronojn. Ju pli granda tiu rezistanco estas, des pli multe da energio oni malŝparas kaj des pli varma la magneto iĝas. Oni povas malaltigi la rezistancon de la elektromagneto per malaltigi la temperaturon. Tiel la elektronoj pli facile trairas la materialon. Kelkaj materialoj tute perdas sian rezistancon ĉirkaŭ temperaturoj de 4K (4 gradoj super la minimuma temperaturo). Tio signifas ke elektronoj povas flui tra ilin sen perdi energion. Uzante tiun efikon, oni povas krei tre efikajn elektromagnetojn. Por tiu malvarmigado oni uzas heliumon kaj la aplikoj estas interalie la MRI-skanilo en la malsanulejo kaj grandaj partiklaj akceliloj kiel la LHC.
Subakvado
Laste, ankaŭ subakvistoj dependas de heliumo. Oni povas naĝi ĝis 30m profunde per altpremaj aerboteloj, sed pli profunde oni ekriskas sian sanon. La plejparto de aero konsistas el nitrogena gaso, kiu kutime ne vundas onin. Sub pli forta premo tamen, la nitrogena gaso ekinfluas oniajn nervojn kaj havas la efikojn de alkoholo. Tio igas subakvistojn tro memfidaj, kio kaŭzis plurajn akcidentojn. Aldone, nitrogeno pli facile solviĝas en la sango sub alta premo. Kiam oni iras supren tro rapide, la premo denove malaltiĝas kaj la nitrogeno eskapas la sangon. Ene de la sangaj vaskuloj, la gaso formas bobelojn, kiuj blokas la sangofluon. Por preventi ambaŭ efikojn oni anstataŭigas parton aŭ ĉiom de la nitrogena gaso per heliumo. Tio ja efikas la altecon de la voĉo, do la komunikiloj ŝanĝas la sonaltecon por nuligi la efikon.
Malabundeco de heliumo
Heliumo estas tre utila por balonojn, MRI-skanilojn kaj subakvado, sed malgraŭ la granda bezono, oni ne facile trovas la gason. Oni povas filtri heliumon el la aero, ekzemple per la malsamaj temperaturoj je kiuj la gasoj en la aero iĝas likvaj. Tamen, pro tio ke heliumo tre maloftas en la atmosfero, tiu metodo estas tre malefika. Anstataŭe oni povas serĉi sub la Tero. La elemento estas kreita en la Tero el radioaktivaj materialoj. Kiam pezaj elementoj kiel urano disfalas, ili elsendas alfa-partiklojn, aŭ heliumajn kernojn. Tiuj kernoj povas kapti du elektronojn kaj tiel formi heliuman gason. Kiel rezulto de radioaktiveco, oni povas trovi iom de heliumo interalie inter tergaso, sed la koncentracio ofte estas multe tro eta. La lokoj kie altkoncentracia heliumo akireblas, estas maloftaj kaj ĉiuj trovitaj pro bonŝanco. La disfalado de radioaktivaj elementoj signifas ke nova heliumo ja estas produktata, sed tio okazas multe maltro rapide. Nuntempe, la plejparto de la tutmonda heliumo estas konservata en pora roko sub Usono. Dum longa tempo la Usona registraro konservis grandajn kvantojn da heliumo, sed pro la leĝa situacio en la lando, ili vendas la gason malmultkoste. Tio signifas ke ĉirkaŭ 2020 la lando estos forvendinta ĉion. La alproksimiĝanta manko jam videblas laŭ la prezoj kaj sciencistoj pensas pri solvoj. Kelkaj revas de porti heliumon de la Luno, kie ĝi estas multe pli abunda, sed tio estas por nun tre malpraktika. Aliaj scienistoj provas trovi la elementon per analizi la kondiĉojn kiuj, povus kaŭzi la liberiĝon de la gaso. En afriko, geologia aktiveco kreas multe da varmo, kiu liberigas la heliumon el la antikvaj rokoj. Bedaŭrinde oni ne jam certas pri kiom da heliumo troveblas tie. Aldone, oni ne certas pri la severeco de la efiko je la medio. Por nun oni do estu ŝparemaj kaj uzu la heliumon ĝuste.
