Hàng ngày có thể chúng ta tiếp xúc rất nhiều các lĩnh vực được ứng dụng bằng khí heli. Nhưng ít ai biết được khí heli có ở đâu, Helium hình thành như thế nào? Và hiện trạng hiện nay ra sao? Ở bài viết này, chúng ta cùng tìm hiểu rõ hơn, chi tiết hơn về loại khí hiếm này.
Nguồn gốc của khí heli như thế nào?
Nguyên tố Heli là loại khí hiếm được phát hiện lần đầu tiên vào ngày 18/8/1868. Tức khoảng 150 năm trước bởi nhà thiên văn học người Pháp Jules Janssen trong khi ông quan sát nhật thực toàn phần.
Khi nhà thiên văn người Pháp và nhà thiên văn người Anh Joseph Lockyer cùng nghiên cứu nhật thực của mặt trời. Họ sử dụng quang phổ kế để tách các dải màu ánh sáng. Họ phát hiện dãy ánh sáng màu vàng không trùng với bất kỳ loại nào đã từng phát hiện ra trước đó. Và họ đặt tên loại khí này là Helium – Bắt nguồn từ Helios – Nghĩa là mặt trời.
Kể từ khi phát hiện ra helium, thế giới đã đạt được rất nhiều thành tựu khoa học:
- Công cụ phân tích hiện đại từ y học cho đến vật lý thiên văn.
- Điện thoại di động cũng sẽ không thể tạo ra được nếu thiếu Heli trong quá trình sản xuất.
Quá trình hình thành helium như thế nào?
Nguyên tố heli có rất nhiều trong không gian, hình thành như một sản phẩm của phản ứng tổng hợp bên trong các ngôi sao như mặt trời.
Tuy nhiên, helium xuất hiện tự nhiên trên Trái đất bắt nguồn từ một quy trình khác. Sâu bên trong Trái đất, các nguyên tố phóng xạ như uranium và thorium phân rã và biến thành các nguyên tố khác.
Sản phẩm phụ của những phản ứng này là những mảnh nhỏ gọi là hạt a, bao gồm hai neutron và hai proton. Những hạt đó nhặt các electron từ môi trường xung quanh chúng và biến thành helium, chúng dần dần nổi lên qua lớp vỏ và được phát ra trong khí quyển, nơi nó tiếp tục bay lên cho đến khi bay vào vũ trụ.
Khí Heli có ở đâu, khí heli lấy ở đâu?
Là nguyên tố nhẹ thứ 2 sau Hidro và nằm hàng đầu của bảng tuần hoàn, heli không quá xa lạ với chúng ta. Dễ bắt gặp khí này khi nó được bơm vào các quả bóng bay nhiều màu vào các dịp lễ hội hay sự kiện. Và sử dụng cho máy MRI để chụp cắt lớp cho bệnh nhân trong các bệnh viện hiện nay. Vậy khí heli lấy ở đâu?
Khí heli có ở đâu?
Khí Heli có ở 2 nguồn: khí vũ trụ và nguồn heli thô trên trái đất bao gồm trong khí thiên nhiên trong các mỏ khí tự nhiên hay không khí.
Khí heli là thành phần, là nguyên tố có trong vũ trụ. Khí heli nhẹ hơn các loại khí khác trong khí quyển, vì vậy không có lý do gì để nó ngừng bốc hơi – nó tiếp tục phát tán và rò rỉ ra ngoài không gian.
Đó là lý do tại sao chỉ có một lượng helium – 0,0005% – trong khí quyển tại mọi thời điểm. Chính vì vậy, phần lớn nó tồn tại bên ngoài khí quyển của trái đất hoặc trong các mỏ khí tự nhiên.
Khí Heli có ở đâu trong vũ trụ
Trong vũ trụ: các nhà khoa học đã tính toán và thấy helium chiếm khoảng 24% khối lượng toàn vũ trụ. Là sản phẩm từ các phản ứng hạt nhân hợp nhất có liên quan đến hydro.
Trong vũ trụ, phần lớn khí heli có ở trong các hành tinh và các môi trường liên hành tinh. Điều này là do phản ứng nhiệt hạch đã tạo ra năng lượng cho hầu hết những hành tinh liên kết nguyên tử hidro đơn để sinh ra các nguyên tử heli.
Heli tồn tại ở dạng nào?
Nguyên tố hóa học heli tồn tại ở dạng lỏng ở nhiệt độ cực kỳ thấp là -269 độ C
Có một lớp trong bầu khí quyển Trái Đất ở độ cao khoảng 1.000 km mà ở đó heli là chất khí chủ yếu (mặc dù tổng áp suất gây ra là rất nhỏ).
Nguồn Khí Heli có ở đâu trong trái đất
Ở trái đất: khí heli nhẹ hơn so với các loại khí khác có trong khí quyển và chỉ chiếm lượng rất nhỏ khoảng 0,0005% tại mọi thời điểm.
Helium ở trái đất và có mặt trong bầu khí quyển là do sự phân rã phóng xạ của những nguyên tố nặng như urani hay thori. Chúng sẽ phân rã qua hạt alpha hay hạt nhân của helium rồi kết hợp với electron từ môi trường đến các nguyên tử và thoát ra bề mặt trái đất và ra bên ngoài bầu khí quyển không gian vũ trụ.
Phần còn lại tập trung ở các mỏ khí tự nhiên do bị mắc kẹt dưới các lớp đá không thấm nước trộn lẫn cùng các khí tự nhiên khác.
Khí heli được sản xuất như thế nào?
Khí heli lấy ở đâu, cách làm ra khí heli như thế nào? là những vấn đề được nhiều người quan tâm và đặt ra. Heli là 1 dạng khí trơ, không phản ứng với bất kỳ chất nào. Chính vì thế, rất khó để làm ra khí heli từ các phản ứng hóa học. Mà thay vào đó là tách chiết từ khí thiên nhiên.
- Khí heli được tách từ khí tự nhiên thông qua quá trình chưng cất phân đoạn.
- Khai thác khí heli được thực hiện thông qua các quy trình công nghiệp lọc các tạp chất khác, chẳng hạn như nước, carbon dioxide và hydro sulfide từ khí.
- Cuối cùng, một quy trình xử lý đông lạnh được sử dụng để làm mát khí và loại bỏ khí mê-tan chiếm phần lớn trong đó, để lại một dạng helium thô nguyên chất khoảng 50 đến 70 phần trăm cùng với một lượng nhỏ argon, neon và hydro.
- Sau đó, helium thô được tinh chế thông qua một quá trình làm mát và lọc dẫn đến một dạng helium tinh khiết hơn 99%.
Hiện trạng khí heli trên thế giới hiện nay
Tại sao chúng ta cần Heli?
- Heli là nguyên tố ổn định về mặt hóa học. Không độc, không cháy. Sôi ở nhiệt độ -268 độ C.
- Một số ứng dụng trong công nghiệp,Heli tương đối rẻ, và chưa có phương án thay thế nào.
Tình trạng cạn kiệt nguồn khí hiếm
Heli là loại khí trơ, hay còn gọi là khí hiếm. Chính vì là khí trơ, nó không phản ứng với bất kỳ 1 chất nào. Nên loại khí này càng ngày dần cạn kiệt theo thời gian.
Với quy trình sản xuất khí heli ở trên nhưng vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu ở thời điểm hiện tại. Vấn đề là không có nhiều nơi có các mỏ khí tự nhiên có đủ helium. Do đó, việc chiết xuất helium khó có thể thực hiện hiệu quả với chi phí hợp lý.
Helium hầu hết chỉ đến từ một số nguồn, bao gồm cả nguồn dự trữ Helium Quốc gia của chính phủ Hoa Kỳ ở Texas. Với rất nhiều nhu cầu về helium cho ngành công nghiệp, không đủ để tiêu dùng cho tương lai nên có thể trở thành một vấn đề cần cách cách giải quyết thay thế.
Khi Helium cạn kiệt khi nguồn dự trữ helium càng khan hiếm. Điều này ảnh hưởng lớn nhất có thể là trong y tế và nghiên cứu khoa học quy mô nhỏ.
Ví dụ, sự thiếu hụt helium cũng có thể hạn chế khả năng có được MRI, máy quét trở nên khó bảo trì với ít helium được tìm thấy. “Helium thực sự cần thiết cho sản xuất MRI”, Tom Rauch, giám đốc tìm nguồn cung ứng toàn cầu của GE Health, như một trong những nhà sản xuất lớn nhất của các hệ thống MRI nói.
Sử dụng, bảo quản và phân phối khí heli
Sử dụng
Helium được sử dụng trong rất nhiều các ngành nghề khác nhau. Tùy vào từng mục đích sử dụng mà có các độ tinh khiết khác nhau: 99.99%, 99.999%, 99.9999%,….
Dưới đây là 1 số lĩnh vực sử dụng heli
- Với khả năng làm mát, khí Heli thường được dùng trong luyện kim và hạ nhiệt nam châm của máy chụp cộng hưởng từ MRI.
- Phân tích, thí nghiệm,…
- Sản xuất linh kiện điện tử,….
- Với khả năng khuếch tán nhanh chóng, một lần nữa, khí Heli đóng góp vào lĩnh vực y tế khi kết hợp với khí Oxy để sử dụng trong điều trị hen suyễn và các bệnh về hệ hô hấp.
- Không dừng lại ở đó, loại khí được bơm vào các bình lặn, kinh khí cầu hay những quả bóng bay đủ màu sắc cũng là khí Heli.
Bảo quản
Heli được nén với áp suất lớn vào các bình chứa khí nén. Thông dụng nhất là bình 7 lít, 40 lít, 50 lít.
Ngoài ra, heli lỏng được chứa và bảo quản trong các Dewar 300l hay 500 lít.
Phân phối
Khí heli được sản xuất từ các hãng cung cấp khí, các nhà máy lọc dầu lớn trên thế giới, được chứa trong các bình chứa khí nén.
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
