हेलियमची ओळख आणि त्याची रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता
हेलियम (He), अणुक्रमांक 2, हे निरीक्षणीय विश्वातील दुसरे सर्वात हलके आणि दुसरे सर्वात मुबलक मूलद्रव्य आहे. हे आवर्त सारणीतील गट 18 चे सदस्य आहे, ज्याला राजवायू (नोबल वायू) म्हणून ओळखले जाते. या मूलद्रव्यांची विशेषता त्यांच्या अत्यंत रासायनिक निष्क्रियतेमुळे आहे.
इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि स्थिरता
हेलियमच्या अणु संरचनेत दोन प्रोटॉन, सामान्यतः दोन न्यूट्रॉन आणि दोन इलेक्ट्रॉन असतात. त्याचे इलेक्ट्रॉन संरूपण 1s² आहे. याचा अर्थ त्याची बाहेरील आणि एकमेव इलेक्ट्रॉन कवच (K कवच) पूर्णपणे भरलेली आहे. अष्टक नियमानुसार (किंवा पहिल्या कवचासाठी द्विक नियमानुसार), अणू राजवायूंसारखे स्थिर इलेक्ट्रॉन संरूपण प्राप्त करण्याचा प्रयत्न करतात. हेलियममध्ये आधीच भरलेल्या संयोजकता कवचासह हे स्थिर संरूपण असल्याने, त्याला इतर अणूंशी इलेक्ट्रॉन मिळवण्याची, गमावण्याची किंवा सामायिक करण्याची फारशी प्रवृत्ती नसते. ही नैसर्गिक स्थिरता त्याच्या कमी रासायनिक प्रतिक्रियाशीलतेचे मुख्य कारण आहे.
गट 18 ची मूलद्रव्ये
गट 18 मधील सर्व मूलद्रव्ये (हेलियम, निऑन, आर्गॉन, क्रिप्टॉन, झेनॉन, रेडॉन) उच्च आयनीकरण ऊर्जा आणि खूप कमी इलेक्ट्रॉन बंधुत्व दर्शवतात, जे रासायनिक बंधनात भाग घेण्यास त्यांची अनिच्छा दर्शवते. यापैकी, हेलियम सर्वात कमी क्रियाशील आहे कारण त्याचा आकार लहान आहे आणि त्याचे केंद्रक त्याच्या दोन इलेक्ट्रॉनवर घट्ट पकड ठेवते.
पाणी आणि हवेसोबतच्या प्रतिक्रिया
त्याच्या अत्यंत रासायनिक निष्क्रियतेमुळे, हेलियम सामान्य परिस्थितीत पाणी किंवा हवेतील कोणत्याही घटकांशी (जसे की ऑक्सिजन, नायट्रोजन किंवा कार्बन डायऑक्साइड) प्रतिक्रिया देत नाही. ते पाण्यात अक्षरशः विद्राव्य नसते आणि द्रवांच्या संपर्कात असताना वायूच्या स्वरूपात राहते. जेव्हा ते वातावरणात सोडले जाते, तेव्हा हेलियम फक्त पसरते आणि त्याच्या कमी घनतेमुळे शेवटी अंतराळात निघून जाते.
सुरक्षितता माहिती: विषारीपणा, किरणोत्सर्ग आणि ज्वलनशीलता
हेलियममध्ये त्याच्या रासायनिक आणि भौतिक गुणधर्मांशी संबंधित एक अत्यंत सुरक्षित प्रोफाइल आहे, ज्यामुळे ते विविध अनुप्रयोगांसाठी मौल्यवान ठरते, ज्यात भारतीय हवामान विभागाद्वारे वातावरणीय संशोधनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या हवामान फुग्यांमध्ये हवा भरण्यासाठी याचा उपयोग होतो.
विषारीपणा
हेलियम हा एक बिनविषारी, निष्क्रिय वायू आहे. ते जैविक ऊती किंवा द्रवांशी प्रतिक्रिया देत नाही आणि शरीराद्वारे चयापचय केले जात नाही. हेलियमशी संबंधित प्राथमिक धोका, विशेषतः बंद जागांमध्ये, गुदमरण्याचा (asphyxiation) असतो. हे रासायनिक विषबाधेमुळे होत नाही, तर हेलियम हवेतील ऑक्सिजनला विस्थापित करतो, ज्यामुळे श्वास घेण्यायोग्य ऑक्सिजनची कमतरता निर्माण होते.
किरणोत्सर्ग
नैसर्गिकरित्या आढळणारे हेलियम किरणोत्सर्गी नाही. सर्वात सामान्य समस्थानिक, हेलियम-4 ($^4$He), आणि दुर्मिळ हेलियम-3 ($^3$He) हे दोन्ही स्थिर समस्थानिक आहेत. हेलियम अनेकदा किरणोत्सर्गी विघटनाचे उत्पादन असते (अल्फा कण हे हेलियम केंद्रक असतात), परंतु मूलद्रव्य हेलियम स्वतः किरणोत्सर्गी नाही.
ज्वलनशीलता
हेलियम हा एक अज्वलनशील वायू आहे. तो जळत नाही आणि ज्वलनास समर्थन देत नाही. हा गुणधर्म त्याच्या डिरेजिबल आणि पार्टी फुगे भरण्यासारख्या अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वपूर्ण आहे, जिथे हायड्रोजनच्या ज्वलनशील स्वरूपामुळे (पूर्वी फुग्यांसाठी वापरले जात असे) सुरक्षिततेला मोठा धोका निर्माण झाला होता.
हेलियमच्या रासायनिक प्रतिक्रिया
अत्यंत निष्क्रियता
हेलियमचे पूर्ण इलेक्ट्रॉन कवच आणि मजबूत केंद्रकीय आकर्षण पाहता, त्याला रासायनिक बंध तयार करणे अत्यंत कठीण आहे. सामान्य प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत, हेलियम कोणतेही स्थिर रासायनिक संयुगे तयार करत नाही. यामुळे ते मूलद्रव्यांमध्ये अद्वितीय ठरते.
हेलियम हायड्राइड आयन (HeH$^+$)
त्याच्या अत्यंत निष्क्रियतेमुळेही, अत्यंत विशिष्ट आणि कठोर परिस्थितीत, हेलियमशी संबंधित क्षणिक रासायनिक प्रजातींचे निरीक्षण केले गेले आहे. याचे एक उदाहरण म्हणजे हेलियम हायड्राइड आयन (HeH$^+$). हा कॅटायन तेव्हा तयार होतो जेव्हा हेलियम अणू प्रोटॉन (H$^+$) सह अत्यंत उच्च ऊर्जा परिस्थितीत प्रतिक्रिया देतो, जसे की वायू डिस्चार्ज ट्यूबमध्ये किंवा आंतरतारकीय माध्यमात आढळते. ही प्रतिक्रिया अशी दर्शविली जाऊ शकते:
He + H$^+$ → HeH$^+$
HeH$^+$ ला सर्वात सोपा विषम केंद्रकीय रेणू मानले जाते आणि 1925 मध्ये प्रयोगशाळांमध्ये त्याचे प्रथम निरीक्षण करण्यात आले. ते अत्यंत अस्थिर आणि प्रतिक्रियाशील आहे, सहजपणे विघटित होते. दैनंदिन रसायनशास्त्रात किंवा मानक प्रयोगशाळेच्या वातावरणात आढळणारी ही सामान्य रासायनिक प्रतिक्रिया नसली तरी, त्याचे अस्तित्व दर्शवते की हेलियमला अत्यंत असामान्य परिस्थितीत रासायनिक आंतरक्रियेमध्ये भाग घेण्यासाठी भाग पाडले जाऊ शकते. हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की हा एक आयन आहे, स्थिर तटस्थ संयुग नाही, आणि त्याची निर्मिती सामान्य, सहज reproducible रासायनिक बदलाच्या अर्थाने “प्रसिद्ध रासायनिक प्रतिक्रिया” नाही.