ஹீலியம் மற்றும் அதன் வேதியியல் வினைத்திறன் ஒரு அறிமுகம்
ஹீலியம் (He), அணு எண் 2, அவதானிக்கக்கூடிய பிரபஞ்சத்தில் இரண்டாவது இலகுவான மற்றும் இரண்டாவது மிகவும் செறிவான தனிமம் ஆகும். இது கால அட்டவணையின் 18வது குழுவில் உள்ள ஒரு உறுப்பினர், இது மந்த வாயுக்கள் என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த தனிமங்கள் அவற்றின் தீவிர வேதியியல் மந்தத்தன்மையால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.
எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் நிலைத்தன்மை
ஹீலியத்தின் அணு அமைப்பு இரண்டு புரோட்டான்கள், பொதுவாக இரண்டு நியூட்ரான்கள் மற்றும் இரண்டு எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது. அதன் எலக்ட்ரான் அமைப்பு 1s². இதன் பொருள் அதன் வெளிப்படையான மற்றும் ஒரே எலக்ட்ரான் கூடு (K கூடு) முழுமையாக நிரம்பியுள்ளது. ஆக்டெட் விதிப்படி (அல்லது முதல் கூட்டிற்கு டுப்ளெட் விதி), அணுக்கள் ஒரு மந்த வாயுவைப் போன்ற ஒரு நிலையான எலக்ட்ரான் அமைப்பை அடைய முனைகின்றன. ஹீலியம் ஏற்கனவே நிரப்பப்பட்ட இணைதிறன் கூண்டுடன் இந்த நிலையான அமைப்பைப் பெற்றிருப்பதால், மற்ற அணுக்களுடன் எலக்ட்ரான்களைப் பெற, இழக்க அல்லது பகிர்ந்து கொள்ள மிகக் குறைவான போக்கு உள்ளது. இந்த உள்ளார்ந்த நிலைத்தன்மையே அதன் குறைந்த வேதியியல் வினைத்திறனுக்கான முக்கிய காரணம்.
குழு 18 தனிமங்கள்
குழு 18 இல் உள்ள அனைத்து தனிமங்களும் (ஹீலியம், நியான், ஆர்கான், கிரிப்டான், செனான், ரேடான்) அதிக அயனியாக்க ஆற்றல்களையும் மிகக் குறைந்த எலக்ட்ரான் நாட்டத்தையும் வெளிப்படுத்துகின்றன, இது வேதியியல் பிணைப்பில் பங்கேற்க அவற்றின் தயக்கத்தை மேலும் காட்டுகிறது. இவற்றில், ஹீலியம் அதன் சிறிய அளவு மற்றும் அதன் உட்கரு இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் மீது வைத்திருக்கும் இறுக்கமான பிடிப்பு காரணமாக மிகவும் வினைத்திறன் அற்றது.
நீர் மற்றும் காற்றுடன் இடைவினைகள்
அதன் தீவிர வேதியியல் மந்தத்தன்மை காரணமாக, ஹீலியம் சாதாரண சூழ்நிலைகளில் நீர் அல்லது காற்றின் எந்த கூறுகளுடனும் (ஆக்சிஜன், நைட்ரஜன் அல்லது கார்பன் டை ஆக்சைடு போன்றவை) வினைபுரிவதில்லை. இது தண்ணீரில் நடைமுறையில் கரையாதது மற்றும் திரவங்களுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது வாயுவாகவே இருக்கும். வளிமண்டலத்தில் வெளியிடப்படும் போது, ஹீலியம் வெறுமனே பரவி, அதன் குறைந்த அடர்த்தி காரணமாக இறுதியில் விண்வெளிக்கு தப்பிச் செல்கிறது.
பாதுகாப்பு சுயவிவரம்: நச்சுத்தன்மை, கதிரியக்கத்தன்மை மற்றும் எரியக்கூடிய தன்மை
ஹீலியம் அதன் வேதியியல் மற்றும் இயற்பியல் பண்புகள் தொடர்பாக மிகவும் பாதுகாப்பான சுயவிவரத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது வளிமண்டல ஆராய்ச்சிக்காக இந்திய வானிலை ஆய்வுத் துறையால் பயன்படுத்தப்படும் வானிலை பலூன்களை நிரப்புவது உள்ளிட்ட பல்வேறு பயன்பாடுகளுக்கு மதிப்புமிக்கதாக அமைகிறது.
நச்சுத்தன்மை
ஹீலியம் ஒரு நச்சுத்தன்மையற்ற, மந்த வாயு. இது உயிரியல் திசுக்கள் அல்லது திரவங்களுடன் வினைபுரிவதில்லை மற்றும் உடலால் வளர்சிதை மாற்றமடைவதில்லை. ஹீலியத்துடன் தொடர்புடைய முதன்மை ஆபத்து, குறிப்பாக அடைபட்ட இடங்களில், மூச்சுத்திணறல் ஆகும். இது வேதியியல் நச்சுத்தன்மை காரணமாக அல்ல, ஆனால் ஹீலியம் காற்றில் உள்ள ஆக்ஸிஜனை இடமாற்றம் செய்வதால், சுவாசிக்கக்கூடிய ஆக்ஸிஜன் பற்றாக்குறைக்கு வழிவகுக்கிறது.
கதிரியக்கத்தன்மை
இயற்கையாக நிகழும் ஹீலியம் கதிரியக்கத்தன்மை அற்றது. மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப், ஹீலியம்-4 ($\^{4}$He), மற்றும் அரிதான ஹீலியம்-3 ($\^{3}$He) இரண்டும் நிலையான ஐசோடோப்கள் ஆகும். ஹீலியம் பெரும்பாலும் கதிரியக்கச் சிதைவின் ஒரு விளைபொருள் (ஆல்பா துகள்கள் ஹீலியம் உட்கருக்கள்), ஆனால் தனிம ஹீலியம் கதிரியக்கத்தன்மை அற்றது.
எரியக்கூடிய தன்மை
ஹீலியம் எரியாத வாயு. இது எரியாது மற்றும் எரிப்புக்கு ஆதரவளிப்பதில்லை. டிப்ளபிள்ஸ் மற்றும் பார்ட்டி பலூன்களை நிரப்புவது போன்ற பயன்பாடுகளில் இதன் பயன்பாட்டிற்கு இந்த பண்பு மிகவும் முக்கியமானது, ஏனெனில் ஹைட்ரஜனின் எரியக்கூடிய தன்மை (முன்னர் பலூன்களுக்குப் பயன்படுத்தப்பட்டது) குறிப்பிடத்தக்க பாதுகாப்பு அபாயங்களை ஏற்படுத்தியது.
ஹீலியத்தின் வேதியியல் வினைகள்
தீவிர மந்தத்தன்மை
ஹீலியத்தின் முழுமையான எலக்ட்ரான் கூடு மற்றும் வலுவான அணு ஈர்ப்பு காரணமாக, அதை வேதியியல் பிணைப்புகளை உருவாக்க வைப்பது மிகவும் கடினம். சாதாரண ஆய்வக நிலைமைகளின் கீழ், ஹீலியம் எந்த நிலையான வேதியியல் சேர்மங்களையும் உருவாக்குவதில்லை. இது தனிமங்களில் தனித்துவமானதாக அமைகிறது.
ஹீலியம் ஹைட்ரைடு அயனி (HeH$\^+$)
அதன் தீவிர மந்தத்தன்மை இருந்தபோதிலும், மிகவும் சிறப்பு வாய்ந்த மற்றும் தீவிர நிலைமைகளின் கீழ், ஹீலியம் சம்பந்தப்பட்ட சில வேதியியல் இனங்கள் கவனிக்கப்பட்டுள்ளன. அத்தகைய ஒரு எடுத்துக்காட்டு ஹீலியம் ஹைட்ரைடு அயனி (HeH$\^+$). இந்த நேர்மின் அயனி, ஒரு ஹீலியம் அணு ஒரு புரோட்டானுடன் (H$\^+$) வாயு வெளியேற்றக் குழாய்கள் அல்லது விண்மீன் ஊடகம் போன்ற மிக அதிக ஆற்றல் நிலைமைகளின் கீழ் வினைபுரியும் போது உருவாகிறது. இந்த வினை பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படலாம்:
He + H$\^+$ → HeH$\^+$
HeH$\^+$ மிக எளிய பல்லின அணு மூலக்கூறாகக் கருதப்படுகிறது மற்றும் முதன்முதலில் 1925 இல் ஆய்வகங்களில் கவனிக்கப்பட்டது. இது மிகவும் நிலையற்றது மற்றும் வினைத்திறன் கொண்டது, எளிதில் சிதைகிறது. அன்றாட வேதியியல் அல்லது நிலையான ஆய்வக அமைப்புகளில் எதிர்கொள்ளப்படும் ஒரு பொதுவான வேதியியல் வினை அல்ல என்றாலும், அதன் இருப்பு, ஹீலியம் கூட மிகவும் அசாதாரண நிலைமைகளின் கீழ் ஒரு வேதியியல் இடைவினையில் ஈடுபட முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது. இது ஒரு அயனி, ஒரு நடுநிலையான நிலையான சேர்மம் அல்ல, மேலும் அதன் உருவாக்கம் ஒரு பொதுவான, எளிதில் இனப்பெருக்கம் செய்யக்கூடிய வேதியியல் மாற்றம் என்ற அர்த்தத்தில் ஒரு “பிரபலமான வேதியியல் வினை” அல்ல என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும்.