أكثر عنصرين شيوعاً في الكون

العنصران الأكثر شيوعًا في الكون هما الهيدروجين والهيليوم، وهما أول عنصرين موجودين في الجدول الدوري.

بالإضافة إلى كونهما العنصرين الأكثر شيوعًا في الكون، فهما أيضًا أصغر وأخف الذرات الموجودة على الأرض، وكلاهما غازات، ونظرًا للخصائص الخاصة للهيدروجين والهيليوم، تستخدم هذه الغازات على نطاق واسع في الصناعة.

ونظراً لوزن هذه الغازات المنخفض جداً فإنها تستخدم لملء البالونات، والفرق الرئيسي بين الهيليوم والهيدروجين هو أن ذرة الهيليوم موجودة في الغلاف الجوي كغاز أحادي الذرة بينما الهيدروجين موجود في الغلاف الجوي كغاز ثنائي الذرة.

جدول المحتويات

ما هي استخدامات الهيدروجين؟

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، ويتوفر بكميات كبيرة، بحيث لا ينضب في أي وقت.
وقد عُرف منذ فترة طويلة كوقود، وقد تم استخدامه في المركبات الفضائية منذ الستينيات.
المشاكل التي واجهتها وحدة أبولو كانت بسبب تسرب الهيدروجين من خلايا الوقود التي تزود المركبة الفضائية بالطاقة.
ويستخدم عن طريق حرقه بدلاً من البنزين في محركات السيارات.
كما يمكن استخدامه عن طريق خلطه مع الأكسجين في خلايا الوقود لتوليد الكهرباء وتشغيل السيارات.
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.
وتتركز معظم هذه الأنواع من السيارات في ولاية كاليفورنيا.
لكن المشكلة هي أنه باهظ الثمن وأن تكلفة الوقود لا تزال مرتفعة رغم 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 كبيرًا من الشركات والدول تبذل جهودًا مكثفة لتقليل التكاليف.
يتم استخراج الهيدروجين أيضًا من النفط والغاز وهو الطريقة الأكثر شيوعًا والأرخص.
إلا أن الطريقة المذكورة تتعارض مع أحد الأهداف الرئيسية لاستخدام الهيدروجين، وهو تقليل الاعتماد على النفط والغاز.
استخدمت الولايات المتحدة الهيدروجين لفترة من الوقت كبديل للنفط لتحسين السلامة، لكنها تخلت عن الفكرة لأسباب فنية واقتصادية وسياسية.
والأسباب السياسية هي أن استخدام الهيدروجين في خلايا الوقود لن يحسن الطاقة والأمن القومي لأن خلايا الوقود تحتاج إلى البلاديوم.
يتم تصدير البلاديوم من قبل دولتين فقط، روسيا وجنوب أفريقيا.
ولذلك، لن يكون من الحكمة أن توفره الولايات المتحدة وهو رهينة في دولتين إحداهما روسيا.
ومن ناحية أخرى، يتم استيراد النفط من حوالي 20 دولة.

يصنف الهيدروجين بيئياً إلى أنواع مختلفة حسب مصدره، لكن المنتج نفسه عادة ما ينقسم إلى ثلاثة أنواع، إلا أن بعضها ينقسم إلى خمسة أنواع، وتشمل الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعاً ما يلي:

اللون الرمادي: يتكون من الوقود الأحفوري، وخاصة النفط والغاز، ويصاحبه انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ومواد أخرى.
الأزرق: مصنوع من الوقود الأحفوري، ولكن عملية إنتاج الهيدروجين تكون مصحوبة بعزل الكربون.
الأخضر: يتم إنتاجه عن طريق التحليل الكهربائي للمياه ولا يسبب أي انبعاثات، بشرط أن تأتي الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة.

الطريقة الأخيرة مكلفة، لكن البعض يعتقد أنه يمكن استخدام الطاقة المتجددة في الأوقات التي لا تكون فيها هناك حاجة للتحليل الكهربائي للمياه.

على سبيل المثال، يمكن استخدام الطاقة بعد منتصف الليل عندما تكون هناك حاجة إلى قدر أقل بكثير من الكهرباء وتهب الرياح دون مشاكل.

ما هي خصائص الهيليوم؟

وفيما يتعلق بالحديث عن العنصرين الأكثر شيوعاً، فإن غاز الهيليوم هو عنصر كيميائي أحادي الذرة، وهو عديم اللون والرائحة والطعم، وتبلغ كتلته 4003 وحدة كتلة ذرية.

وهو أحد عناصر مجموعة الغازات النبيلة وهي 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.
أما بالنسبة لمصدره فإن الغاز الطبيعي هو المصدر الرئيسي للهيليوم (يحتوي على 0.4% هيليوم).
يمتلئ مدار ذرة الهيليوم الأولى، مما يجعل تفاعلها مع العناصر الأخرى مستحيلًا تقريبًا في ظل الظروف العادية.
إذا تم تشكيل المركبات، فهي غير مستقرة للغاية.
وذلك لأن الهيليوم هو أحد الغازات النبيلة، والتي تسمى أيضًا بالغازات النبيلة.
وهذه الغازات غير نشطة كيميائياً، وبالتالي لا تميل إلى تكوين روابط كيميائية مع عناصر أو مركبات أخرى، كما هو الحال مع غاز الهيليوم.
إن تحول الهيليوم من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة أمر صعب للغاية.
وما يجعلها ساخنة هو أنها تحدث عند درجة حرارة -268.9 درجة مئوية، وتكون درجات حرارة غليانها وتجمدها منخفضة مقارنة بالمواد الأخرى.
هذا بالإضافة إلى أن درجة حرارته تجعل من المستحيل تقريباً التحرك في الظروف العادية.

أين يوجد غاز الهيليوم؟

كان اكتشاف غاز الهيليوم نتيجة لجهود متتالية قام بها العديد 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.
ولاحظ الفلكي الإنجليزي جوزيف نورمان لوكير أن هذا الخط يبلغ طوله الموجي 587.49 نانومتر، وهذا الطول الموجي لم ينشأ عن أي عنصر من العناصر المعروفة حتى الآن.
ولذلك اقترح وجود 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.
جاء ذلك خلال تجاربه على منحدر معدني يحتوي على اليورانيوم المشع.
قام رامزي بتعريض المنحدر لمختلف الأحماض المعدنية، وقام بعزل الغازات الناتجة وجمعها.
ثم أرسل العينات إلى جوزيف لوكير وويليام. كروكس.
ولذلك تمكنوا من التعرف على عنصر الهيليوم الموجود فيه بعد دراسته.
يقال إن باحثين سويديين، هما نيلز لانجيلت وبير تيودور كليف، استخرجا غاز الهيليوم من الشعاب المرجانية من خلال تجاربهما الخاصة خلال نفس الفترة الزمنية.

ما هي استخدامات الهيليوم؟

هناك العديد من التطبيقات والاستخدامات لغاز الهيليوم في مجالات مختلفة، ومن بينها 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 الاصطدام في حالة وقوع حادث، وذلك لأنها تنتفخ بسرعة.
يتم استخدامه في تقنية مسح الباركود على البضائع في الأسواق باستخدام الليزر المعروف باسم ليزر الهيليوم نيون.
ويستخدم للعمل على بناء مجهر أيون الهيليوم الذي يعطي نتائج أوضح من المجهر الإلكتروني الماسح.
يتم استخدامه لتبريد المغناطيس فائق التوصيل في التحليل الطيفي للتصوير بالرنين المغناطيسي وكذلك الرنين المغناطيسي النووي.
يستخدم غاز الهيليوم لتبريد معدات الأقمار الصناعية، كما تم استخدامه لتبريد الهيدروجين السائل والأكسجين الذي يشغل مركبة أبولو الفضائية.
يوفر غاز الهيليوم جوا وقائيا في صناعة الألياف الضوئية والمواد شبه الموصلة، وكذلك في اللحام بالقوس الكهربائي، لأنه كما ذكرنا سابقا هو غاز نبيل أو 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).
يساعد على تشتيت الأبخرة الكيميائية والحرارة المنبعثة عند نقش شرائح الكمبيوتر.
ويستخدم الهيليوم لحماية الغواصين من مخاطر تخفيف الضغط ومن ثم يتنفسون خليطاً من الأكسجين والهيليوم معاً.
يتم استخدامه في التجارب التي يجب إجراؤها عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.

وفي الختام، فإن مناقشة العنصرين الأكثر شيوعًا في الكون قد يثير اهتمامك أيضًا

الأسئلة الشائعة

ما هو تأثير غاز الهيليوم على الإنسان؟

فهو يحل محل الأكسجين عند التعرض له بكميات كبيرة، مما قد يؤدي إلى الدوخة، وفقدان الوعي المفاجئ، والتشنجات، واضطرابات في الرؤية والتوازن، والاختناق.
ماذا يفعل الهيليوم ليصدر الصوت؟

يسمح للصوت بالتحرك بشكل أسرع من خلاله.
هل يستفيد الإنسان من الهيليوم؟

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