હિલીયમ અને તેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતાનો પરિચય
હિલીયમ (He), પરમાણુ ક્રમાંક 2, અવલોકન કરી શકાય તેવા બ્રહ્માંડમાં બીજું સૌથી હલકું અને બીજું સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં તત્વ છે. તે આવર્ત કોષ્ટકના ગ્રુપ 18 નો સભ્ય છે, જેને ઉમદા વાયુઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ તત્વો તેમની અત્યંત રાસાયણિક નિષ્ક્રિયતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.
ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અને સ્થિરતા
હિલીયમની પરમાણુ રચનામાં બે પ્રોટોન, સામાન્ય રીતે બે ન્યુટ્રોન અને બે ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. તેની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી 1s² છે. આનો અર્થ એ છે કે તેનો સૌથી બહારનો અને એકમાત્ર ઇલેક્ટ્રોન શેલ (K શેલ) સંપૂર્ણપણે ભરેલો છે. અષ્ટક નિયમ (અથવા પ્રથમ શેલ માટે ડ્યુપ્લેટ નિયમ) અનુસાર, પરમાણુઓ ઉમદા વાયુ જેવા સ્થિર ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી પ્રાપ્ત કરવાનું વલણ ધરાવે છે. હિલીયમ પહેલેથી જ ભરેલા સંયોજકતા શેલ સાથે આ સ્થિર ગોઠવણી ધરાવે છે, તેથી તેને અન્ય પરમાણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોન મેળવવા, ગુમાવવા અથવા શેર કરવાની ખૂબ ઓછી વૃત્તિ હોય છે. આ સહજ સ્થિરતા તેની ઓછી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતાનું મુખ્ય કારણ છે.
ગ્રુપ 18 તત્વો
ગ્રુપ 18 ના તમામ તત્વો (હિલીયમ, નિયોન, આર્ગોન, ક્રિપ્ટોન, ઝેનોન, રેડોન) ઉચ્ચ આયનીકરણ ઊર્જા અને ખૂબ ઓછી ઇલેક્ટ્રોન આત્મીયતા દર્શાવે છે, જે રાસાયણિક બંધનમાં ભાગ લેવાની તેમની અનિચ્છા સૂચવે છે. આમાં, હિલીયમ તેના નાના કદ અને તેના બે ઇલેક્ટ્રોન પર તેના ન્યુક્લિયસની મજબૂત પકડને કારણે સૌથી વધુ અપ્રતિક્રિયાશીલ છે.
પાણી અને હવા સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ
તેની અત્યંત રાસાયણિક નિષ્ક્રિયતાને કારણે, હિલીયમ સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં પાણી અથવા હવાના કોઈપણ ઘટકો (જેમ કે ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન અથવા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ) સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી. તે પાણીમાં લગભગ અદ્રાવ્ય છે અને પ્રવાહીના સંપર્કમાં આવે ત્યારે ગેસ તરીકે રહે છે. જ્યારે વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે, ત્યારે હિલીયમ ફક્ત વિખેરાઈ જાય છે અને તેની ઓછી ઘનતાને કારણે આખરે અવકાશમાં છટકી જાય છે.
સલામતી પ્રોફાઇલ: ઝેરીપણું, કિરણોત્સર્ગીતા અને જ્વલનશીલતા
હિલીયમ તેના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને લગતી ખૂબ જ સુરક્ષિત પ્રોફાઇલ ધરાવે છે, જે તેને વાતાવરણીય સંશોધન માટે ભારતીય હવામાન વિભાગ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા હવામાન બલૂન ફૂલાવવા સહિત વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે મૂલ્યવાન બનાવે છે.
ઝેરીપણું
હિલીયમ બિન-ઝેરી, નિષ્ક્રિય વાયુ છે. તે જૈવિક પેશીઓ અથવા પ્રવાહી સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી અને શરીર દ્વારા તેનું ચયાપચય થતું નથી. હિલીયમ સાથે સંકળાયેલ પ્રાથમિક જોખમ, ખાસ કરીને બંધ જગ્યાઓમાં, શ્વાસ રૂંધાવાનું જોખમ છે. આ રાસાયણિક ઝેરને કારણે થતું નથી, પરંતુ હિલીયમ હવામાંથી ઓક્સિજનને વિસ્થાપિત કરે છે, જેના કારણે શ્વાસ લેવા યોગ્ય ઓક્સિજનનો અભાવ થાય છે.
કિરણોત્સર્ગીતા
કુદરતી રીતે બનતું હિલીયમ કિરણોત્સર્ગી નથી. સૌથી સામાન્ય આઇસોટોપ, હિલીયમ-4 ($^4$He), અને દુર્લભ હિલીયમ-3 ($^3$He) બંને સ્થિર આઇસોટોપ છે. હિલીયમ ઘણીવાર કિરણોત્સર્ગી ક્ષયનું ઉત્પાદન હોય છે (આલ્ફા કણો હિલીયમ ન્યુક્લિયસ છે), પરંતુ તત્વીય હિલીયમ પોતે કિરણોત્સર્ગી નથી.
જ્વલનશીલતા
હિલીયમ બિન-જ્વલનશીલ વાયુ છે. તે બળતું નથી અને દહનને ટેકો આપતું નથી. આ ગુણધર્મ ડિરિઝિબલ્સ અને પાર્ટી બલૂન ભરવા જેવી એપ્લિકેશનો માટે નિર્ણાયક છે, જ્યાં હાઇડ્રોજનનો જ્વલનશીલ સ્વભાવ (પહેલા બલૂન માટે ઉપયોગ થતો હતો) નોંધપાત્ર સલામતી જોખમો ઊભા કરતો હતો.
હિલીયમની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ
અત્યંત નિષ્ક્રિયતા
હિલીયમના સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન શેલ અને મજબૂત પરમાણુ આકર્ષણને જોતાં, તેને રાસાયણિક બંધન બનાવવું અત્યંત મુશ્કેલ છે. સામાન્ય પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં, હિલીયમ કોઈ સ્થિર રાસાયણિક સંયોજનો બનાવતું નથી. આ તેને તત્વોમાં અનન્ય બનાવે છે.
હિલીયમ હાઇડ્રાઇડ આયન (HeH$^+$)
તેની અત્યંત નિષ્ક્રિયતા હોવા છતાં, અત્યંત વિશિષ્ટ અને આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓમાં, હિલીયમનો સમાવેશ કરતી ક્ષણિક રાસાયણિક પ્રજાતિઓ જોવા મળી છે. આવું એક ઉદાહરણ હિલીયમ હાઇડ્રાઇડ આયન (HeH$^+$) છે. આ કેશન ત્યારે બને છે જ્યારે હિલીયમ પરમાણુ પ્રોટોન (H$^+$) સાથે અત્યંત ઉચ્ચ ઉર્જાની પરિસ્થિતિઓમાં પ્રતિક્રિયા કરે છે, જેમ કે ગેસ ડિસ્ચાર્જ ટ્યુબમાં અથવા ઇન્ટરસ્ટેલર માધ્યમમાં જોવા મળે છે. પ્રતિક્રિયાને આ રીતે રજૂ કરી શકાય છે:
He + H$^+$ → HeH$^+$
HeH$^+$ ને સૌથી સરળ વિષમકેન્દ્રીય અણુ ગણવામાં આવે છે અને તે સૌપ્રથમ 1925 માં પ્રયોગશાળાઓમાં જોવા મળ્યો હતો. તે અત્યંત અસ્થિર અને પ્રતિક્રિયાશીલ છે, જે સરળતાથી વિઘટન પામે છે. રોજિંદા રસાયણશાસ્ત્ર અથવા પ્રમાણભૂત પ્રયોગશાળા સેટિંગ્સમાં જોવા મળતી લાક્ષણિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ન હોવા છતાં, તેનું અસ્તિત્વ દર્શાવે છે કે હિલીયમને પણ અત્યંત અકુદરતી પરિસ્થિતિઓમાં રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં દબાણ કરી શકાય છે. એ નોંધવું અગત્યનું છે કે આ એક આયન છે, તટસ્થ સ્થિર સંયોજન નથી, અને તેનું નિર્માણ સામાન્ય, સરળતાથી પુનરાવર્તન કરી શકાય તેવા રાસાયણિક પરિવર્તનના અર્થમાં “પ્રખ્યાત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા” નથી.