Helyumun keşfi 19. yüzyıldaki olaylar zincirine uzanıyor. Pek çok insan ses incelten gaz olarak hali hazırda helyuma aşina. Ne var ki helyum bundan çok daha fazlası. Bu yazıda önce helyumun özellikleri sonra helyumun keşfi ve en son helyumun kullanım alanları ele alınacaktır.
Helyumun Özellikleri
Helyum Big Bang sürecinde Lityum ve Hidrojen ile beraber üretildi. Helyum evrende en çok bulunan ikinci elementtir ve evrenin %23’ünü oluşturur. Helyum yıldızların çekirdeklerinde füzyon tepkimeleri sonucu üretilir. İnsan bedeninde eser miktarda bulunur fakat biyolojik bir rolü bulunmamaktadır. Aynı biçimde yerkabuğunda, atmosferde ve deniz suyunda da çeşitli konsantrasyonlarda(ppt,ppm ve ppb gibi miktarlarda) bulunmaktadır.
| Sembol | He |
| Atom Numarası | 2 |
| Atomik Kütle | 4.002602 |
| Erime Noktası | – 272°C (0.95K) 26 atmosfer basınçta |
| Kaynama Noktası | -269°C (4.2K) |
| Yoğunluk | 0.18 g /L |
| Grup | 18 |
| Oda Sıcaklığındaki Hal | Gaz |
| Elektron Konfigürasyonu | 1s2 |
| Reaktivite | Soy gaz |
Helyum kokusuz ve renksiz bir gazdır. Yanmaz ve havadan daha hafiftir. İnsan vücuduna direkt olarak bir zararı yoktur. En yüksek iyonlaşma enerjisine sahip olan elementtir. Atomik çapı 1.4 angstromdur ve bağ yapmaya istekli değildir.
İki izotopu bulunmaktadır. Bunlar 3He ,4He idir. Bildiğimiz helyum fazla bulunandır(99.9999).
Kaynak: Wikicommons
Daha detaylı bilgiler için NIST tabanına ya da Pubchem’e bakabilirsiniz.
Helyumun Keşfi Nasıl Gerçekleşti
Helyumun keşfinin ilginç bir hikayesi var. Bu hikaye 1800’lerin sonlarına doğru gidiyor. 1870 yılında Prusya ordusu Fransa’yı iki buçuk milyon insanla beraber tamamen kuşatmıştı. Bu kuşatmadan muaf olup gitmekte özgür olan tek bir kişi vardı: Jules Janssen. Kendisi Fransız bir astronomdu ve Almanlar savaş yerine bilimi seçerek onu ayrıcalıklı kıldı. Ne var ki Janssen Almanlar’ı şaşırtarak onların bu teklifini reddetti. Aylarca kuşatmada kaldıktan sonra kolay yolu seçerek halkını yalnız bırakamazdı. Bunun yerine Almanlar’a kuşatmanın üstünden sıcak hava balonuyla geçeceğini söyledi.
Jules Janssen Kaynak: Photograph of Jules Janssen by Nadar, 1892 (History of Photography Archive on Flickr)
Almanlar dişlerini gıcırdatarak bu teklifi kabul etseler de hava balonunu düşürüp indiğinde Janssen’i casus olarak kabul edip öldüreceklerini söylediler. Bu bir blöf değildi çünkü Almanlar bunu daha önce başkalarına yapmıştı lakin astronom tereddüt etmedi.
Janssen’in bu kadar kararlı olmasının sebebi iki yıl önce Hindistan’da gözlemlediği tutulmaya dayanıyordu. Bu gözleminde spektroskopiden yararlanmıştı. Atomik spektroskopi birçok elementin de keşfine yol açmıştı.Periyodik tablodaki her element, barkoda benzer ince, renkli çizgilerden oluşan karakteristik bir desen üretiyordu.Güneşin parıltısı normalde koronayı (taç küreyi) bastırır ancak bir tutulma sırasında Ay, Güneş’in ana gövdesini uygun bir şekilde karartırken koronanın görünür kalmasını sağlar. Bu sayede Janssen yedi dakikalık bir karanlığa sahip oldu ve bantları incelemeye koyuldu. İlk bakışta hidrojenin kendine has bantlarını fark etmişti. Sodyumun kendine özgü sarı bantını da görmüştü.
Kaynak:Spectrum Analysis in Its Application to Terrestrial Substances, and the Physical Constitution of the Heavenly Bodies, 1872.
Daha titiz inceleyince Janssen tuhaf bir şey fark etti. Laboratuvarda sodyum çift çizgisi (dublet) genellikle 589 nm civarında beliriyordu. Oysaki bu tutulmada gözlemlediği 588 nm’nin biraz altındaydı. Aradaki fark sadece bir nanometreydi ki bu metrenin milyarda birine tekabül ediyordu. Bu fark onu rahatsız edip düşünmeye sevk etti. Daha sonra tekrar denemeye kalktığında bulutlar yüzünden yapamadı fakat ertesi gün başardı ve yine aynı durumu gözlemledi. Gelecek ayı da böyle geçirdi ve gözlemlerini Paris’teki Fransız Bilim Akademisi’ne gönderdi. Ne bulduğunu tam bilmese de önemli olduğunu düşünüyordu.
Aynı yıl İngiltere’de Norman Lockyer benzer bir keşif yaptı. Meslektaşının aksine o yeni bir şey keşfettiğinden son derece emindi ve bulgularını hemen Fransız Bilim Akademisi’ne gönderdi. Şansa bakın ki bulgular Janssen ile aynı günde ulaştı ve ikisi de bu keşiften itibar kazandı. Lockyer bulduğu bu elementi Yunancadaki helios sözcüğünden esinlenerek helyum koydu.
Norman Lockyer’in teleskop kullanırken çizilmiş bir resmi. Kaynak:Spectrum Analysis in Its Application to Terrestrial Substances, and the Physical Constitution of the Heavenly Bodies, 1872.
Janssen 1870’te Cezayir taraflarına yine tutulma için gitmek istiyordu çünkü daha çok gözleme ihtiyacı vardı. Paris’te bulunduğu sürede ise birini hesaba katmamıştı: Otto von Bismarck. Hikayenin başında anlatıldığı üzere Prusya ordusu Paris’i kuşatmıştı. Bismarck, balonla kaçmayı deneyecek olan astronomu yere indirmeye ant içmişti. Bu yolculukta göreceği yıldızların son yıldızlar olacağını söylüyordu. Ne var ki kazanan Janssen oldu ve araştırmalarına devam etti.
Gelen bulgulara en başta meslektaşları inanmamıştı hatta bazıları alay etmişti. Bir kısmı da helyumun sadece Güneş’te olabileceğini düşünüyordu. İtalyan bilim adamı Luigi Palmieri 1882’de Vezüv Yanardağı’dan çıkan lavları incelerken aynı sarı çizgileri fark etti. Böylece Dünya’daki helyum kanıtlanmış oldu.
Helyumun deneysel ispatı ise birçok soy gazın kaşifi ünlü bilim insanı William Ramsey sayesinde oldu. Kendisinden periyodik tablo yazımda bahsetmiştim. 1895 yılında Ramsey, bir parça uranyum cevheri (kleveyit) üzerinde çalışıyordu. Numuneyi sülfürik asitle işleyerek azot ve oksijeni ayırıp argon gazını elde etmeyi amaçlıyordu. Beklenmeyen bir şey oldu ve sıra dışı bir gazın varlığını fark etti. Doğrulamak için Lockyer’la iletişime geçtiğinde sarı ışıktan bahsetti. Gazın spektrumu ile Güneş’in kromosferinde gözlemlenen yeni element önerisi birebir eşleşiyordu. Yapılan testler sonucunda bu spektral çizginin hidrojenin yeni bir formu değil gerçekten de yeni bir element olduğu kesinleşince, Ramsey’in çalışması aynı yıl Londra Kraliyet Cemiyeti’nin Bildiriler Kitabı’nda yayımlandı. İsveçli kimyagerler Per Teodor Cleve ve Abraham Langlet de kısa süre sonra kleveyit mineralinden bu gazı başarıyla izole etmeyi başardılar. Böylece helyumun keşfi tamamlanmıştı.
Bu süreçte birçok bilim adamı yer almıştı. Burada anlatmasak da Gustav Kirchoff’un da katkısı olmuştu. Bütün süreç 1865’te onunla başlamıştı ve Per Teodor Cleve, Ramsey ve Langlet ile sonlanmıştı.
Helyumun Kullanım Alanları
Helyumun çeşit çeşit kullanım alanı vardır.
- Sıvı helyum manyetik rezonans görüntülemede (MR)
- Nükleer reaktörlerde soğutucu akışkan olarak
- Balonlarının doldurulmasında
- Dalış tüplerinde
- Süperiletken olarak
- Metal imalatında ve kaynak işlemlerinde
- Neon gazıyla beraber marketlerde barkod okuyucu olarak
- Roketlerde kullanılır.
Kaynakça
- Emsley, J. (2011). Nature’s building blocks: An A-Z guide to the elements (New ed.). Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199605637.001.0001
- Science History Institute. (2023, May 18). The High-Flying, Death-Defying Discovery of Helium. https://www.sciencehistory.org/stories/magazine/the-high-flying-death-defying-discovery-of-helium/
- This month in Physics history. (n.d.). American Physical Society. https://www.aps.org/archives/publications/apsnews/201409/physicshistory.cfm
Abdurrahman ATABAŞ sitesinden daha fazla şey keşfedin
Subscribe to get the latest posts sent to your email.
