ஹீலியம் (He) - JEE/NEET மற்றும் CBSEக்கான விரிவான ஆய்வு வழிகாட்டி

அறிமுகம்: ஹீலியம் ஏன் முக்கியமானது

ஹீலியம் (He) என்பது கண்ணுக்குத் தெரியும் பிரபஞ்சத்தில் இரண்டாவது இலகுவான மற்றும் இரண்டாவது அதிகம் காணப்படும் தனிமமாகும். பூமியில், இது ஒரு அரிய, புதுப்பிக்க முடியாத வளமாகும், இது முக்கியமாக இயற்கை எரிவாயுப் படிமங்களிலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்படுகிறது. அதன் தனித்துவமான பண்புகள், அதாவது தீவிர இலகுத்தன்மை, மந்தத்தன்மை மற்றும் மிகக் குறைந்த கொதிநிலை ஆகியவை பல்வேறு உயர் தொழில்நுட்ப மற்றும் மருத்துவப் பயன்பாடுகளில் அதை இன்றியமையாததாக்குகின்றன. ஹைட்ரஜனைப் போலல்லாமல், அதன் எரியாத தன்மை உயர்த்துதல் மற்றும் தொழில்துறை செயல்முறைகள் போன்ற பயன்பாடுகளில் பாதுகாப்பை உறுதி செய்கிறது.

CBSE/JEE விரைவு திருத்தக் குறிப்புகள்

• சின்னம்: He
• அணு எண் (Z): 2
• அணு நிறை: 4.0026 u
• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s²
• தொகுதி: 1
• குழு: 18 (மந்த வாயுக்கள்)
• தொகுதி: s-தொகுதி
• இணைதிறன்: 0 (மந்தமானது)
• தன்மை: நிறமற்ற, மணமற்ற, சுவையற்ற, நச்சுத்தன்மையற்ற, எரியாத ஒற்றை அணு வாயு.
• கொதிநிலை: 4.2 K (−268.9 °C), அனைத்து தனிமங்களிலும் மிகக் குறைவானது.
• அடர்த்தி: மிகக் குறைவு (திட்ட வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் 0.1786 g/L), காற்றின் அடர்த்தியில் தோராயமாக 1/7 பங்கு.
• இருப்பு: முக்கியமாக இயற்கை எரிவாயு இருப்புக்களில் காணப்படுகிறது, புவி மேலோட்டில் உள்ள கனமான கதிரியக்க தனிமங்களின் (எ.கா., யுரேனியம், தோரியம்) ஆல்பா சிதைவு மூலம் உருவாகிறது.

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

ஹீலியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு 1s² ஆகும். இந்த அமைப்பு முழுமையாக நிரப்பப்பட்ட முதல் எலக்ட்ரான் கூட்டைப் பிரதிபலிக்கிறது, இது இரும விதிக்கு இணங்குகிறது.

ஹீலியத்தின் எலக்ட்ரான் அமைப்பின் முக்கிய பண்புகள்:

• நிலைத்த இருமம்: வெளிப்புற (மற்றும் ஒரே) கூட்டில் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருப்பது, ஒரு நிலைத்த இருமத்தை உருவாக்குகிறது, இது ஹீலியத்தை வேதியியல் ரீதியாக மந்தமாக்குகிறது.
• அதிக அயனியாக்கும் ஆற்றல்: ஹீலியம் அனைத்து தனிமங்களிலும் மிக உயர்ந்த முதல் அயனியாக்கும் ஆற்றலை (2372 kJ/mol) கொண்டுள்ளது. இது அணுக்கருவிற்கும் அதன் எலக்ட்ரான்களுக்கும் இடையில் ஒரு வலுவான ஈர்ப்பைக் குறிக்கிறது, இது ஒரு எலக்ட்ரானை அகற்றுவது மிகவும் கடினம் என்பதை காட்டுகிறது.
• புறக்கணிக்கத்தக்க எலக்ட்ரான் நாட்டம்: ஹீலியம் கூடுதல் எலக்ட்ரான்களைப் பெறுவதற்கு கிட்டத்தட்ட எந்தப் போக்கையும் கொண்டிருக்கவில்லை.
• சகப்பிணைப்பு அல்லது அயனிப்பிணைப்பு இல்லை: அதன் நிலைத்த எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் அதிக அயனியாக்கும் ஆற்றல் காரணமாக, ஹீலியம் சாதாரண சூழ்நிலைகளில் எளிதில் சகப்பிணைப்பு அல்லது அயனிப்பிணைப்புகளை உருவாக்குவதில்லை. இது ஒரு ஒற்றை அணு வாயுவாக உள்ளது.
• வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள்: ஹீலியம் அணுக்களுக்கு இடையே மிகவும் பலவீனமான லண்டன் பரவல் விசைகள் (ஒரு வகை வான் டெர் வால்ஸ் விசை) மட்டுமே உள்ளன, இது அதன் மிகக் குறைந்த கொதிநிலைக்குக் காரணமாகும்.

முக்கிய வேதியியல் வினைகள்

ஹீலியம் அனைத்து தனிமங்களிலும் மிகக் குறைந்த வினைத்திறன் கொண்டதாகும். அதன் நிலைத்த 1s² எலக்ட்ரான் அமைப்பு எலக்ட்ரான்களைப் பெறுவதற்கோ, இழப்பதற்கோ அல்லது பகிர்ந்துகொள்வதற்கோ எந்தப் போக்கையும் கொண்டிருக்கவில்லை என்பதைக் குறிக்கிறது.

• மந்தத்தன்மை: சாதாரண வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்த சூழ்நிலைகளில், ஹீலியம் அறியப்பட்ட எந்த வேதியியல் வினைகளிலும் பங்கேற்பதில்லை. இது அமிலங்கள், காரங்கள், ஆக்ஸிஜனேற்றிகள், ஒடுக்கிகள் அல்லது வேறு எந்த பொதுவான வேதியியல் வினைப்பொருட்களுடனும் வினைபுரிவதில்லை.
• நிலைத்த சேர்மங்கள் இல்லை: சாதாரண ஆய்வக சூழ்நிலைகளில் ஹீலியத்தின் நிலைத்த வேதியியல் சேர்மங்கள் எதுவும் காணப்படவில்லை அல்லது தொகுக்கப்படவில்லை. கோட்பாட்டு ஆய்வுகள் மற்றும் தீவிர சோதனை சூழ்நிலைகள் (எ.கா., மிக அதிக அழுத்தம்) மிகவும் நிலையற்ற அல்லது தற்காலிக ஹீலியம் சேர்மங்களின் சாத்தியத்தை பரிந்துரைத்தாலும், இவை உயர்நிலைப் பள்ளி வேதியியலுக்குப் பொருத்தமானவை அல்ல, மேலும் வழக்கமான வேதியியல் வினைத்திறனைக் குறிக்கவில்லை.

எனவே, பரீட்சை நோக்கங்களுக்காக, ஹீலியம் வேதியியல் ரீதியாக மந்தமானது மற்றும் சேர்மங்களை உருவாக்குவதில்லை என்று கூறுவது முக்கியம்.

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

1. உறைபொருள் அறிவியல் (Cryogenics): ஹீலியத்தின் மிகக் குறைந்த கொதிநிலை அதை மிகக் குளிரான தனிமமாகவும், பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகிலுள்ள வெப்பநிலையிலும் திரவமாக இருக்கும் ஒரே பொருளாகவும் ஆக்குகிறது. இது பின்வருவனவற்றிற்கு அவசியம்:
   • MRI (Magnetic Resonance Imaging) ஸ்கேனர்களில் மீக்கடத்தும் காந்தங்களை குளிர்வித்தல்.
   • NMR (Nuclear Resonance Imaging) ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்களை குளிர்வித்தல்.
   • குறைந்த வெப்பநிலை இயற்பியல் மற்றும் மீக்கடத்தும் பொருட்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சி.
   • பெரிய துகள் முடுக்கிகளை (எ.கா., CERN இல் உள்ள LHC) குளிர்வித்தல்.
2. தூக்கும் வாயு: அதன் குறைந்த அடர்த்தி மற்றும் எரியாத தன்மை காரணமாக, பலூன்கள், சிறிய வான்கப்பல்கள் மற்றும் வான்கப்பல்களை நிரப்ப ஹைட்ரஜனை விட ஹீலியம் விரும்பப்படுகிறது.
3. மந்தமான வளிமண்டலம்: அதன் மந்தத்தன்மை பல்வேறு பயன்பாடுகளில் ஒரு சிறந்த பாதுகாப்பு வளிமண்டலமாக அமைகிறது:
   • வெல்டிங்: சூடான உலோகங்களின் ஆக்ஸிஜனேற்றத்தைத் தடுக்க ஒரு பாதுகாப்பு வாயுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது (எ.கா., TIG வெல்டிங்).
   • படிகங்கள் வளர்த்தல்: குறைக்கடத்திகளுக்கான சிலிக்கான் மற்றும் ஜெர்மானியம் படிகங்கள் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
   • ஃபைபர் ஆப்டிக்ஸ் உற்பத்தி: செயலாக்கத்தின் போது உணர்திறன் கொண்ட பொருட்களைப் பாதுகாக்கிறது.
4. கசிவு கண்டறிதல்: அதன் சிறிய அணு அளவு மற்றும் வினைத்திறன் அற்ற தன்மை சிறிய கசிவுகள் வழியாக எளிதில் செல்ல அனுமதிக்கிறது, இது வெற்றிட அமைப்புகள், குழாய்கள் மற்றும் ஆட்டோமொபைல் உதிரிபாகங்களில் கசிவுகளைக் கண்டறிய சிறந்ததாக அமைகிறது.
5. சுவாச வாயு கலவைகள்:
   • ஆழ்கடல் நீச்சல்: ஆழ்கடல் நீச்சல் வீரர்கள்