હિલિયમ (He) - JEE/NEET અને CBSE માટે વ્યાપક અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા

પરિચય: હિલિયમ શા માટે મહત્વનું છે

હિલિયમ (He) એ અવલોકન કરી શકાય તેવા બ્રહ્માંડમાં બીજું સૌથી હલકું અને બીજું સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં તત્વ છે. પૃથ્વી પર, તે એક દુર્લભ, બિન-નવીનીકરણીય સંસાધન છે જે મુખ્યત્વે કુદરતી ગેસના ભંડારમાંથી કાઢવામાં આવે છે. તેના અનન્ય ગુણધર્મો, જેમાં અત્યંત હળવાશ, નિષ્ક્રિયતા અને અપવાદરૂપે નીચું ઉત્કલનબિંદુનો સમાવેશ થાય છે, તેને વિવિધ ઉચ્ચ-તકનીકી અને તબીબી એપ્લિકેશનોમાં અનિવાર્ય બનાવે છે. હાઈડ્રોજનથી વિપરીત, તેનો બિન-જ્વલનશીલ સ્વભાવ તેને ઉંચકવા અને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ જેવી એપ્લિકેશનોમાં સલામતી સુનિશ્ચિત કરે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

• પ્રતીક: He
• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 2
• પરમાણુ દળ: 4.0026 u
• ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: 1s²
• આવર્ત: 1
• સમૂહ: 18 (ઉમદા વાયુઓ)
• બ્લોક: s-બ્લોક
• સંયોજકતા: 0 (નિષ્ક્રિય)
• પ્રકૃતિ: રંગહીન, ગંધહીન, સ્વાદહીન, બિન-ઝેરી, બિન-જ્વલનશીલ એક-પરમાણ્વીય વાયુ.
• ઉત્કલનબિંદુ: 4.2 K (−268.9 °C), બધા તત્વોમાં સૌથી નીચું.
• ઘનતા: અત્યંત ઓછી (STP પર 0.1786 g/L), હવા કરતા લગભગ 1/7 ભાગની ઘનતા.
• પ્રાપ્તિસ્થાન: મુખ્યત્વે કુદરતી ગેસના ભંડારમાં જોવા મળે છે, પૃથ્વીના પોપડામાં ભારે કિરણોત્સર્ગી તત્વો (દા.ત., યુરેનિયમ, થૉરિયમ) ના આલ્ફા ક્ષયમાંથી રચાય છે.

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અને બંધન વર્તન

હિલિયમની ઇલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી 1s² છે. આ ગોઠવણી સંપૂર્ણપણે ભરેલા પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોન કોષનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે ડ્યુપ્લેટ નિયમનું પાલન કરે છે.

હિલિયમની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણીની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ:

• સ્થિર ડ્યુપ્લેટ: સૌથી બહારના (અને એકમાત્ર) કોષમાં બે ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી, એક સ્થિર ડ્યુપ્લેટ બનાવે છે, જે હિલિયમને રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય બનાવે છે.
• ઉચ્ચ આયનીકરણ ઊર્જા: હિલિયમ બધા તત્વોમાં સૌથી વધુ પ્રથમ આયનીકરણ ઊર્જા (2372 kJ/mol) ધરાવે છે. આ ન્યુક્લિયસ અને તેના ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચેના મજબૂત આકર્ષણને સૂચવે છે, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવું અત્યંત મુશ્કેલ બને છે.
• નગણ્ય ઇલેક્ટ્રોન બંધુતા: હિલિયમ વધારાના ઇલેક્ટ્રોન મેળવવાની લગભગ કોઈ વૃત્તિ ધરાવતું નથી.
• કોઈ સહસંયોજક અથવા આયનીય બંધન નહીં: તેની સ્થિર ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અને ઉચ્ચ આયનીકરણ ઊર્જાને કારણે, હિલિયમ સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં સહસંયોજક અથવા આયનીય બંધન સરળતાથી બનાવતું નથી. તે એક-પરમાણ્વીય વાયુ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
• વાન ડર વાલ્સ બળો: હિલિયમ પરમાણુઓ વચ્ચે ફક્ત અત્યંત નબળા લંડન ડિસ્પરઝન બળો (એક પ્રકારનું વાન ડર વાલ્સ બળ) અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે તેના અપવાદરૂપે નીચા ઉત્કલનબિંદુનું કારણ સમજાવે છે.

નિર્ણાયક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

હિલિયમ બધા તત્વોમાં સૌથી ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ છે. તેની સ્થિર 1s² ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણીનો અર્થ છે કે તેને ઇલેક્ટ્રોન મેળવવાની, ગુમાવવાની અથવા શેર કરવાની કોઈ વૃત્તિ નથી.

• નિષ્ક્રિયતા: તાપમાન અને દબાણની સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, હિલિયમ કોઈપણ જાણીતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેતું નથી. તે એસિડ, બેઝ, ઓક્સિડાઇઝર, રીડ્યુસર અથવા અન્ય કોઈપણ સામાન્ય રાસાયણિક પ્રક્રિયકો સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.
• કોઈ સ્થિર સંયોજનો નહીં: સામાન્ય પ્રયોગશાળા પરિસ્થિતિઓમાં હિલિયમના કોઈ સ્થિર રાસાયણિક સંયોજનો જોવા મળ્યા નથી અથવા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા નથી. જ્યારે સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસો અને અત્યંત પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓ (દા.ત., ખૂબ ઊંચા દબાણ) અત્યંત અસ્થિર અથવા ક્ષણિક હિલિયમ સંયોજનોની શક્યતા સૂચવે છે, ત્યારે તે ઉચ્ચ શાળા રસાયણશાસ્ત્ર માટે સુસંગત નથી અને લાક્ષણિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતાનું પ્રતિનિધિત્વ કરતા નથી.

તેથી, પરીક્ષાના હેતુઓ માટે, એવું જણાવવું અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે કે હિલિયમ રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે અને સંયોજનો બનાવતું નથી.

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

1. ક્રાયોજેનિક્સ: હિલિયમનું અત્યંત નીચું ઉત્કલનબિંદુ તેને સૌથી ઠંડું તત્વ બનાવે છે અને એકમાત્ર એવો પદાર્થ છે જે નિરપેક્ષ શૂન્યની નજીકના તાપમાને પ્રવાહી રહે છે. તે આ માટે મહત્વપૂર્ણ છે:
   • MRI (મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ) સ્કેનરમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ મેગ્નેટને ઠંડુ કરવું.
   • NMR (ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ) સ્પેક્ટ્રોમીટરને ઠંડુ કરવું.
   • નીચા-તાપમાન ભૌતિકશાસ્ત્ર અને સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રીમાં સંશોધન.
   • મોટા કણ પ્રવેગક (દા.ત., CERN ખાતે LHC) ને ઠંડુ કરવું.
2. ઉંચકતો વાયુ: તેની ઓછી ઘનતા અને બિન-જ્વલનશીલ સ્વભાવને કારણે, ફુગ્ગા, બ્લિમ્પ અને એરશીપ ભરવા માટે હાઈડ્રોજન કરતાં હિલિયમને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે.
3. નિષ્ક્રિય વાતાવરણ: તેની નિષ્ક્રિયતા તેને વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં ઉત્તમ રક્ષણાત્મક વાતાવરણ બનાવે છે:
   • વેલ્ડિંગ: ગરમ ધાતુઓના ઓક્સિડેશનને રોકવા માટે શીલ્ડિંગ ગેસ તરીકે ઉપયોગ થાય છે (દા.ત., TIG વેલ્ડિંગ).
   • ક્રિસ્ટલ ઉગાડવું: સેમિકન્ડક્ટર્સ માટે સિલિકોન અને જર્મેનિયમ ક્રિસ્ટલના ઉત્પાદનમાં ઉપયોગ થાય છે.
   • ફાઇબર ઓપ્ટિક્સ મેન્યુફેક્ચરિંગ: પ્રક્રિયા દરમિયાન સંવેદનશીલ સામગ્રીનું રક્ષણ કરે છે.
4. લીક શોધ: તેનું નાનું પરમાણુ કદ અને બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ સ્વભાવ તેને નાના લીકમાંથી સરળતાથી પસાર થવા દે છે, જે તેને વેક્યુમ સિસ્ટમ્સ, પાઇપલાઇન્સ અને ઓટોમોટિવ ઘટકોમાં લીક શોધવા માટે આદર્શ બનાવે છે.
5. શ્વાસ લેતા વાયુ મિશ્રણ:
   • ઊંડા દરિયામાં ડાઇવિંગ: નાઇટ્રોજન નાર્કોસિસ (ધ “બેન્ડ્સ”) અટકાવવા અને નાઇટ્રોજનની સરખામણીમાં તેની ઓછી ઘનતાને કારણે ઊંચા દબાણે શ્વાસ લેવાનો પ્રતિકાર ઘટાડવા માટે ઊંડા દરિયામાં ડાઇવર્સ માટે “હેલિયોક્સ” મિશ્રણમાં (હિલિયમ અને ઓક્સિજન) ઉપયોગ થાય છે.

જૈવિક મહત્વ

• જૈવિક રીતે નિષ્ક્રિય: હિલિયમ જૈવિક રીતે નિષ્ક્રિય અને બિન-ઝેરી છે. તે જીવંત જીવોમાં કોઈપણ ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓમાં ભાગ લેતું નથી.
• તબીબી શ્વાસોચ્છ્વાસ: ડાઇવિંગમાં તેના ઉપયોગની જેમ, હિલિયમ-ઓક્સિજન (હેલિયોક્સ) મિશ્રણનો ક્યારેક ગંભીર શ્વસન સંબંધી બિમારીઓ (દા.ત., અસ્થમા, ઉપલા શ્વસન માર્ગમાં અવરોધ) ધરાવતા દર્દીઓ માટે દવામાં ઉપયોગ થાય છે. તેની ઓછી ઘનતા શ્વાસ લેવાના કાર્યને ઘટાડે છે અને સંકુચિત વાયુમાર્ગો દ્વારા ગેસના પ્રવાહમાં સુધારો કરે છે.

હિલિયમ એક નિર્ણાયક તત્વ છે, અને તેની મર્યાદિત ઉપલબ્ધતા કાર્યક્ષમ રિસાયક્લિંગ અને સંરક્ષણ પ્રયાસોને અનિવાર્ય બનાવે છે.