هلیوم چیست؟ هر آنچه باید درباره گاز هلیوم بدانید

هلیوم چیست و چه جایگاهی در جدول تناوبی دارد؟

هلیوم با نماد He2 (با نوشتارهای هلیم یا هلیوم) یکی از ساده‌ترین و پایدارترین عناصر جدول تناوبی است. عنصر هلیم در گروه گازهای نجیب قرار می‌گیرد؛ یعنی گازهایی که تقریباً با هیچ چیز واکنش شیمیایی نمی‌دهند و از این نظر بسیار «ساکت و آرام» هستند. شکل عنصر هلیوم در زندگی واقعی در قالب یک گاز تک‌اتمی (اتم‌های تنها، نه مولکول‌های دو یا چندتایی) است که نه رنگ دارد، نه بو و نه مزه، و اگر در یک اتاق باشد، با چشم قابل تشخیص نیست.
اگر از زاویه دید شیمی‌دان‌ها نگاه کنیم، شکل عنصر هلیوم به‌صورت یک اتم کروی با هسته در مرکز و الکترون‌ها در اطراف آن توصیف می‌شود؛ اما در عمل، برای ما به‌صورت گازی است که در کپسول‌ها، بادکنک‌ها و دستگاه‌های پزشکی ذخیره می‌شود. همین ترکیب سادگی و پایداری است که هلیوم را تبدیل به عنصری بسیار مهم در صنعت و پزشکی کرده است.

جایگاه هلیوم در جدول تناوبی و ساختار اتمی

هلیوم در گوشه‌ی راست بالا‌ی جدول تناوبی، در کنار نئون، آرگون، کریپتون و زنون در گروه گازهای نجیب قرار می‌گیرد؛ عناصری که همگی پوستهٔ الکترونی کامل و واکنش‌پذیری بسیار پایینی دارند. به طور کلی عنصر هلیوم:
در دمای اتاق گاز است.
به‌سختی وارد واکنش شیمیایی می‌شود (تقریباً بی‌اثر است).
به‌صورت تک‌اتمی (اتم‌های تنها، نه مولکول دو اتمی مثل O₂) وجود دارد.

عدد اتمی هلیم چند است؟

در کنکور و امتحان، یکی از سوال‌های تکراری این است که: عدد اتمی هلیم چند است؟ عدد اتمی یعنی تعداد پروتون‌های هسته. برای هلیوم، این عدد ۲ است؛ یعنی هر اتم هلیوم، دو پروتون دارد. همین عدد اتمی، جای هلیوم را در جدول و بسیاری از ویژگی‌های آن را تعیین می‌کند.

هلیوم چند نوترون دارد؟

سوال مهم دیگر: هلیوم چند نوترون دارد؟ جواب وابسته به «ایزوتوپ» است. هلیوم دو ایزوتوپ پایدار مهم دارد:
هلیوم-۳ → ۲ پروتون + ۱ نوترون
هلیوم-۴ → ۲ پروتون + ۲ نوترون
در طبیعت، هلیوم-۴ بسیار رایج‌تر است؛ بنابراین وقتی در کتاب یا سوال کنکور می‌پرسند هلیوم چند نوترون دارد و جرم اتمیِ حدود ۴ را در نظر می‌گیرند، معمولاً جواب ۲ نوترون است.

فرمول گاز هلیم و نماد شیمیایی

از آن‌جا که هلیوم به‌صورت اتم‌های جدا از هم وجود دارد، مثل نیتروژن و اکسیژن، مولکول دوتایی تشکیل نمی‌دهد. به همین دلیل، وقتی در کتاب می‌پرسند فرمول گاز هلیم چیست، کافی است بدانی که نماد شیمیایی آن He است و به‌صورت همان He (تک‌اتمی) در معادلات نوشته می‌شود.

شکل عنصر هلیوم

اگر بپرسند شکل عنصر هلیوم در حالت عادی چگونه است، برای زندگی واقعی باید بگویی: «گازی بی‌رنگ، بی‌بو و نامرئی». اما از دید مدل اتمی در درس شیمی، شکل عنصر هلیوم را به‌صورت یک اتم با هسته‌ی کوچک (دو پروتون، دو نوترون) و دو الکترون در پوسته‌ی اول نشان می‌دهند؛ پوسته‌ی اول کامل شده و به همین دلیل هلیوم بسیار پایدار و «تنبل» است.

داستان کشف هلیوم چیست؟

ماجرای کشف هلیوم یک نمونه‌ی جذاب از «کارآگاهی علمی» است. سال ۱۸۶۸، دانشمندی انگلیسی به نام نورمن لاکی یر (Lockyer) با استفاده از دستگاهی به نام طیف‌سنج، مشغول مطالعه نور خورشید بود. طیف‌سنج به زبان ساده، نوری را که از یک منبع می‌آید به رنگ‌ها و خطوط مختلف تجزیه می‌کند و هر عنصر، «امضای نوری» مخصوص خودش را دارد. لاکی یر هنگام نگاه‌کردن به طیف خورشید، یک خط نوری عجیب دید که به هیچ عنصری که روی زمین می‌شناختند شبیه نبود.
همان‌جا فهمید که با یک عنصر جدید طرف است؛ عنصری که فقط از روی نور خورشید شناخته شده بود. به همین دلیل، نام آن را از واژه‌ی یونانی «Helios» به معنی خورشید گرفتند و «هلیوم» گذاشتند. سال‌ها بعد، با آزمایش‌های دقیق‌تر مشخص شد که مقدار کمی هلیوم در جوّ زمین هم وجود دارد؛ مثلاً حدوداً در هر ۲۵۰ هزار مترمکعب هوا، فقط یک مترمکعب هلیوم دیده می‌شود، یعنی واقعاً نایاب است.
بعدتر، دانشمندان کشف کردند که برخی مواد رادیواکتیو مثل رادیوم، هنگام پرتودهی، ذرات آلفا آزاد می‌کنند که در واقع هسته‌های هلیوم‌اند. این یعنی هلیوم می‌تواند در نتیجه‌ی واکنش‌های هسته‌ای هم تولید شود، نه فقط در دل ستاره‌ها یا اعماق زمین.

خواص فیزیکی و شیمیایی هلیوم به زبان ساده

هلیوم از نظر رفتار فیزیکی و شیمیایی، یکی از خاص‌ترین گازهاست. اول از همه، سبک‌تر از هوا است؛ یعنی اگر همان حجم از هوا و هلیوم را مقایسه کنیم، جرم هلیوم کمتر خواهد بود. به همین دلیل است که بادکنک‌هایی که با هلیوم پر می‌شوند، به سمت بالا می‌روند و به سقف می‌چسبند. این ویژگی باعث شده هلیوم برای بالن‌ها، کشف نشتی‌ها و برخی کاربردهای هوافضا مناسب باشد.
از نظر شیمیایی، هلیوم تقریباً بی‌اثر است. یعنی اگر کنار مواد دیگر قرار بگیرد، به‌سختی وارد واکنش می‌شود. این خصلت، هلیوم را به گزینه‌ای امن برای محیط‌هایی تبدیل کرده که حضور گازهای واکنش‌پذیر می‌تواند خطرناک باشد؛ مثلاً در برخی فرایندهای جوشکاری یا دستگاه‌های حساس آزمایشگاهی.
هلیوم نقطه جوش بسیار پایینی دارد؛ اگر آن را تا نزدیک صفر مطلق سرد کنیم، به حالت مایع درمی‌آید. هلیوم مایع در کنار موادی مانند نیتروژن مایع پزشکی در دماهای بسیار پایین، برای خنک نگه داشتن آهن‌رباهای ابررسانا در دستگاه‌های MRI و آزمایش‌های فیزیک پیشرفته استفاده می‌شود؛ این یکی از کلیدی‌ترین کاربردهای آن در علم و پزشکی است.

 گاز هلیوم در کجا پیدا می‌شود؟

برخلاف تصور عمومی، گاز هلیوم لزوماً «در هوا» نیست، هرچند مقدار کمی از آن در جو زمین هم وجود دارد. بخش عمده هلیوم تجاری از میدان‌های گاز طبیعی زیرزمینی به دست می‌آید. در این میدان‌ها، در کنار متان و سایر گازها، درصد کمی هلیوم هم وجود دارد که در فرایند جداسازی و پالایش، از گاز طبیعی تفکیک می‌شود.
در مقیاس کیهانی، هلیوم بعد از هیدروژن، دومین عنصر فراوان در جهان است و در ستاره‌ها از جمله خورشید، در فرایندهای همجوشی هسته‌ای به‌وفور تولید می‌شود. اما روی زمین، به دلیل سبک بودن، بخش زیادی از هلیوم از جو فرار می‌کند و به فضا می‌رود؛ به همین دلیل منابع قابل‌استحصال آن محدود و ارزشمند هستند.

منابع هلیوم در ایران و جهان

برخی کشورها مثل آمریکا، قطر، روسیه و الجزایر ذخایر گازی با درصد بالاتری از هلیوم دارند و در زنجیره تولید جهانی نقش پررنگی ایفا می‌کنند. ایران نیز در برخی میدان‌های گاز طبیعی خود، مقادیر قابل‌توجهی هلیوم دارد، اما زیرساخت‌های استخراج و جداسازی آن هنوز به اندازه برخی تولیدکنندگان بزرگ توسعه‌یافته نیست. به همین دلیل، بخش مهمی از مصرف داخلی هلیوم به واردات وابسته است.

مسیر هلیوم از میدان گازی تا کپسول

بعد از استخراج گاز طبیعی از میدان‌ها، در واحدهای فرآورش، مخلوط گازی خنک و تحت فشار قرار می‌گیرد تا اجزاء مختلف آن (متان، پروپان، نیتروژن، هلیوم و…) از هم جدا شوند. هلیوم خام سپس خالص‌سازی می‌شود و بر حسب نیاز، به‌صورت گاز یا مایع در سیلندرها و تانک‌های مخصوص ذخیره و حمل می‌شود. در نهایت، همین کپسول‌هاست که به دست بیمارستان‌ها، کارگاه‌ها، فروشگاه‌های بادکنک‌آرایی و سایر مصرف‌کنندگان می‌رسد.

کاربردهای هلیوم در صنایع مختلف و زندگی روزمره

کاربرد هلیوم در پزشکی و MRI

یکی از حیاتی‌ترین کاربردهای هلیوم در پزشکی، خنک کردن آهن‌رباهای ابررسانا در دستگاه‌های MRI است. این آهن‌رباها باید در دمای بسیار پایین کار کنند و هلیوم مایع با نقطه جوش نزدیک به صفر مطلق، بهترین گزینه برای این کار است. بدون هلیوم، بسیاری از این دستگاه‌ها عملاً قادر به کار کردن نخواهند بود.

کاربرد هلیوم در صنعت و جوشکاری

در برخی فرایندهای جوشکاری، به‌خصوص برای فلزات خاص و حساس، از هلیوم به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود تا منطقه جوش از تماس با هوا (اکسیژن و نیتروژن) در امان بماند. همچنین در آزمایشگاه‌ها و صنایع، از هلیوم برای آزمایش نشتی استفاده می‌کنند، چون مولکول‌های سبک آن به‌راحتی از کوچک‌ترین سوراخ‌ها عبور می‌کند و شناسایی نشتی را امکان‌پذیر می‌سازد.
لازم به ذکر است در جوشکاری، بسته به نوع فلز و فرایند، از گازهای مختلفی مثل هلیوم، آرگون صنعتی و دی‌ اکسید کربن صنعتی به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود.

هلیوم در بالن‌ها، بادکنک‌ها و مصارف تفریحی

چهره آشنای هلیوم برای عموم مردم، همان بادکنک‌های هلیومی است. در جشن‌ها، افتتاحیه‌ها و رویدادهای مختلف، از این بادکنک‌ها برای تزئین استفاده می‌شود. سبک بودن و غیرقابل‌اشتعال بودن هلیوم نسبت به گازهایی مثل هیدروژن، باعث شده تبدیل به گزینه‌ای امن‌تر برای این کاربرد شود.

گاز هلیوم از کجا بخریم؟ (نکاتی برای خرید امن در ایران)

برای استفاده‌های حرفه‌ای (مثلاً در مغازه‌های بادکنک‌آرایی، کارگاه‌ها یا مراکز درمانی) بهتر است گاز هلیوم از کجا بخریم را با حساسیت انتخاب کنیم. خرید از شرکت‌های معتبر تأمین‌کننده، مانند  گازهای صنعتی و پزشکی اخوان کلانتری، که سیلندرها را تست فشار و استاندارد کرده‌اند، ضروری است. برای استفاده‌های تفریحی خانگی، استفاده از کپسول‌های کوچک یک‌بارمصرف نیز رایج است، اما باید به برچسب استاندارد، تاریخ تولید و دستورالعمل ایمنی روی آن توجه کرد.

بازار و قیمت گاز هلیوم در جهان و ایران

در سال‌های اخیر، دنیا با دوره‌هایی از کمبود هلیوم روبه‌رو بوده است. محدود بودن منابع، پیچیدگی استخراج، هزینه حمل‌ونقل و گاهی مسائل ژئوپلیتیکی باعث شده قیمت هلیوم در بازار جهانی نوسان‌های شدیدی داشته باشد. این نوسان‌ها، هم روی هزینه‌های پزشکی و تحقیقاتی اثر می‌گذارد، هم روی بازار مصرفی مثل بادکنک‌آرایی.
در ایران، علاوه بر این عوامل جهانی، نرخ ارز، هزینه واردات و محدودیت تأمین نیز روی قیمت نهایی برای مصرف‌کننده تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل ممکن است کپسول‌هایی که چند سال پیش قیمت بسیار پایین‌تری داشتند، امروز با قیمت قابل‌توجهی به فروش برسند.

ایمنی گاز هلیوم و سلامت: خطرات، باورهای غلط و اقدامات ضروری

هلیوم از نظر شیمیایی غیرسمی است؛ اما این به‌هیچ‌وجه به معنی «بی‌خطر بودن کامل» نیست. بیشترین خطرات هلیوم به نحوه‌ی استفاده و خصوصاً استنشاق آن برمی‌گردد، نه به ترکیب شیمیایی‌اش.

خطرات گاز هلیوم

وقتی از خطرات هلیوم حرف می‌زنیم، بزرگ‌ترین موضوع، جایگزین شدن هلیوم به‌جای اکسیژن در ریه‌هاست. اگر فرد به جای هوای معمولی (که اکسیژن کافی دارد) مقدار زیادی هلیوم استنشاق کند، ریه‌ها پر از گازی می‌شوند که اکسیژن ندارد و این می‌تواند باعث خفگی، آسیب مغزی و حتی مرگ شود؛ بدون آن‌که هیچ بوی خاصی یا علامت هشداردهنده واضحی وجود داشته باشد.

خوردن گاز هلیوم (استنشاق هلیوم از بادکنک)

در زبان روزمره، خیلی‌ها می‌گویند «خوردن گاز هلیوم» در حالی که در واقع منظورشان استنشاق هلیوم از بادکنک است. حتی اگر یک یا دو بار، مقدار کمی هلیوم برای چند لحظه وارد ریه شود، می‌تواند باعث کاهش موقت اکسیژن شود. در افراد سالم، این موضوع ممکن است تنها به سرگیجه یا احساس سبکی سر منجر شود، اما برای کودکان، افراد دارای مشکلات قلبی-ریوی یا در استفاده‌های تکراری و زیاد، خطر جدی وجود دارد.
مسمومیت با گاز هلیوم به این صورت رخ می‌دهد که اکسیژن بدن کاهش پیدا می‌کند، سلول‌ها اکسیژن کافی دریافت نمی‌کنند، و اگر این وضعیت چند دقیقه ادامه یابد، آسیب جبران‌ناپذیر به مغز، قلب یا سایر اندام‌های حیاتی وارد می‌شود. این‌جا دقیقاً همان نقطه‌ای است که شوخی و تفریح می‌تواند به یک حادثه تلخ تبدیل شود.
در برخی شرایط خاص، پزشکان از ترکیب هلیوم و اکسیژن پزشکی برای کمک به تنفس بیماران استفاده می‌کنند، اما این کار فقط باید تحت نظر پزشک انجام شود.

نکات ایمنی برای جلوگیری از مسمومیت با گاز هلیوم

• استفاده تفریحی از هلیوم برای تغییر صدا را تا حد امکان محدود یا کاملاً حذف کنید، به‌خصوص برای کودکان.
• هرگز برای مدت طولانی از بادکنک یا کپسول هلیوم، گاز را مستقیم وارد دهان و ریه نکنید.
• در صورت مشاهده علائمی مثل سرگیجه شدید، تنگی نفس، کبودی لب‌ها یا بی‌هوشی بعد از تماس با هلیوم، فوراً با اورژانس تماس بگیرید.
  

  انفجار گاز هلیوم و نکات مربوط به کپسول تحت فشار

  از نظر شیمیایی، هلیوم قابل‌اشتعال نیست؛ اما سیلندرهایی که گاز در آن تحت فشار بالا ذخیره شده، در صورت استفاده یا نگهداری نادرست، می‌توانند خطرناک باشند. انفجار هلیوم در واقع انفجار خود کپسول تحت فشار است، نه سوختن هلیوم. اگر سیلندر آسیب ببیند، بیفتد، بیش از حد پر شود یا در معرض حرارت شدید قرار بگیرد، احتمال پاره شدن بدنه وجود دارد و این می‌تواند مانند انفجار عمل کند و آسیب جدی وارد کند.
  برای جلوگیری از این خطر:
• کپسول‌ها را همیشه عمودی و محکم نگه دارید.
• آن‌ها را در معرض گرمای شدید (مثلاً کنار بخاری یا زیر آفتاب سوزان) قرار ندهید.
• از ضربه زدن، افتادن یا دست‌کاری شیر کپسول توسط افراد غیرمتخصص جلوگیری کنید.
  

  نوع خطر مرتبط با هلیوم	توضیح خطر	علائم احتمالی	سطح خطر	اقدام فوری پیشنهادی
  خوردن گاز هلیوم (استنشاق برای تغییر صدا)	جایگزین شدن هلیوم به‌جای اکسیژن در ریه	سرگیجه، سردرد، تنگی نفس، در موارد شدید بی‌هوشی	متوسط تا زیاد	قطع فوری استنشاق، انتقال به هوای آزاد، تماس با اورژانس در صورت علائم شدید
  مسمومیت با گاز هلیوم در فضای بسته	تجمع هلیوم، کاهش اکسیژن محیط	نفس‌تنگی، احساس خفگی، گیجی، بی‌هوشی	زیاد	تخلیه سریع محیط، باز کردن در و پنجره، تماس با اورژانس
  انفجار گاز هلیوم (کپسول تحت فشار)	ترکیدن مکانیکی سیلندر بر اثر ضربه، گرما یا نقص	جراحت فیزیکی، آسیب شدید بدنی	زیاد	دور کردن افراد، استفاده نکردن از سیلندر آسیب‌دیده، تحویل به شرکت گاز، رعایت اصول نگهداری
  نشتی آهسته کپسول	کاهش اکسیژن در فضای بسته	سردرد، خواب‌آلودگی	متوسط	بررسی منظم، نگهداری در محیط دارای تهویه، بستن صحیح شیر کپسول

  
  

  مقایسه هلیوم با هیدروژن و هوای فشرده برای بادکنک و صنعت

  در گذشته، برای پر کردن بالن‌ها از هیدروژن استفاده می‌شد؛ چون حتی از هلیوم هم سبک‌تر است. اما هیدروژن به‌شدت قابل‌اشتعال است و همین موضوع باعث چندین سانحه‌ی تاریخی شده است. به همین دلیل، امروزه در اغلب کاربردهای تفریحی و ایمن، هلیوم جایگزین هیدروژن شده است.
  در مقابل، هوای فشرده (ترکیب معمولی نیتروژن و اکسیژن) از نظر ایمنی آتش‌سوزی مشکلی ندارد، اما چون چگالی آن تقریباً مانند هوای معمولی است، بادکنک‌های پر شده با آن به سقف نمی‌چسبند. بنابراین برای بادکنک‌های معلق، هلیوم بهترین تعادل بین سبکی و ایمنی از نظر اشتعال را فراهم می‌کند.
  

  ویژگی / گاز	هلیوم	هیدروژن	هوای معمولی
  چگالی نسبت به هوا	کمی سبک‌تر از هوا	سبک‌تر از هلیوم	۱ (مبنای مقایسه)
  اشتعال‌پذیری	غیرقابل‌اشتعال	به‌شدت قابل‌اشتعال	در حالت عادی غیرقابل‌اشتعال
  نوع	گاز نجیب، بی‌اثر	گاز بسیار واکنش‌پذیر	مخلوط نیتروژن و اکسیژن
  مناسب برای بادکنک جشن	بله، امن‌تر	از نظر ایمنی توصیه نمی‌شود	بالا نمی‌رود
  ریسک اصلی	خفگی در صورت استنشاق زیاد	خطر آتش‌سوزی و انفجار	کم (در استفاده عادی)

  جمع‌بندی و نکات طلایی استفاده ایمن و هوشمندانه از هلیوم

  هلیوم یک گاز فوق‌العاده جذاب است: عنصر هلیم با عدد اتمی ۲، ساختار ساده و پایدار، گازی سبک‌تر از هوا و غیرقابل‌اشتعال که در عین حال نقش‌های حیاتی در پزشکی، صنعت و حتی جشن‌های ما بازی می‌کند. اما همین گاز به‌ظاهر بی‌خطر، اگر ناآگاهانه استفاده شود، می‌تواند زمینه‌ساز خطرات مثل مسمومیت، خفگی، و حوادث مرتبط با انفجار گاز هلیوم در سیلندرهای تحت فشار شود.
  سه نکته طلایی برای استفاده خانگی:
• از استنشاق یا «خوردن گاز هلیوم» برای تفریح خودداری کن، مخصوصاً برای بچه‌ها.
• همیشه به برچسب‌ها، دستورالعمل‌ها و هشدارهای روی کپسول توجه کن.
• کپسول را در جای امن، دور از ضربه و گرمای شدید نگه دار.

سه نکته برای کسب‌وکارها و استفاده صنعتی:

• سیلندرها را در برابر سقوط، ضربه و دست‌کاری افراد غیرمتخصص محافظت کن.
• کارکنان را درباره مسمومیت با گاز هلیوم و اصول کمک‌های اولیه آموزش بده.
• هلیوم را از تأمین‌کنندگان معتبر بخر تا از خلوص، فشار مناسب و تست‌های استاندارد سیلندر مطمئن باشی.
  اگر این نکات را رعایت کنیم، هلیوم می‌تواند همان‌طور که در علم و صنعت «گاز نجیب» است، در زندگی روزمره ما هم به یک همراه امن و مفید تبدیل شود.