Helis: kodėl įkvėpus helio juokingai sulaibėja balsas?

Technologijos.lt

Helis – ne tik antras pagal paplitimą visatoje cheminis elementas po vandenilio (nors Žemėje helio – labai nedaug, o mūsų planetoje natūraliai jis susidaro tik kaip mineralų radioaktyvaus skilimo produktas). Helį galima pavadinti ramiausiu, sunkiausiai išmušamu iš vėžių ir labiausiai į chemines reakcijas nelinkusiu periodinės lentelės elementu, kuris buvo atrastas ne Žemėje, o Saulėje, kuris nenuilstamai veržiasi tik aukštyn, ir kurio įkvėpus, žinia, juokingai suplonėja balsas. Kodėl?

Helis naudojamas ne tik dekoratyvinių balionų užpildymui… Ne taip seniai helis buvo naudojamas kaip transporto priemonė: šiomis dujomis būdavo užpildomi dirižablių balionai. Tai – dujos, kurias naudoja aptikti pačias menkiausias skylutes aukšto slėgio ar vakuuminėse sistemose.

Kaip ir tolimasis Mendelejevo lentelės kaimynas vandenilis, helis yra nepaprastai lengvas. Įdomus paradoksas: nors helis už vandenilį yra sunkesnis net 4 kartus, helio molekulė už vandenilio molekulę sunkesnė tik 2 kartus. Kodėl? Vandenilio molekulę sudaro du atomai, o helis gamtoje egzistuoja pavienių atomų pavidalu, tad viena helio molekulė už vandenilio molekulę sunkesnė tik dvigubai, o ne keturgubai.

Mūsų planetos natūralioje gamtoje helis negali būti sintetinamas iš kokių nors medžiagų, nes jis neįeina į jokių cheminių junginių sudėtį ir egzistuoja tik gryno cheminio elemento pavidalu. Tiesa, Žemėje helio kai kur (ypač Jungtinėse Valstijose) aptinkama gamtinių dujų telkiniuose – ten jos išsiskiria kaip tam tikrų požemio mineralų radioaktyvaus skilimo produktas. Toks helis būna „įkalintas“ gamtinėse dujose.

Helis lengvesnis už orą, tad helio pripildytas balionas į viršų kyla labai noriai – užlaikyti jį gali būti gana sudėtinga. Kas nutiks, jei helio balioną padegtume? O kas nutiktų, jei padegtume vandenilio balioną? Vandenilio atveju, sprogimą lydėtų liepsnų kamuolys ir tyškantys vandens purslai, o štai helio baliono sprogimas niekuo kitu, išskyrus akustinį trenksmą, neišsiskiria. Esmė – baliono viduje buvęs helis ne sudega (kaip kad nutinka su vandeniliu), o tik išsilaisvina iš baliono „gniaužtų“. Taip, helis – nereaguoja (degimas, žinia, cheminė reakcija), nes helis – inertinės dujos.

Kadangi helio molekulė yra labai lengva, atsidūrusi atmosferoje ji išsyk kyla į viršutinius atmosferos sluoksnius ir nuskrieja į kosmosą. Tad, teoriškai, kažkada ateityje visas Žemėje esantis helis neišvengiamai išgaruos, jei tik jis bus atsidurs atmosferoje.

Notingemo universiteto vyrukai sugalvojo ir kitą efektingą triuką su helio dujomis (žiūrėkite vaizdo siužetą rašinio pabaigoje). Kadangi helio dujos yra labai lengvos, jos užima didelį tūrį. Helio užpildytą balioną apipylus skystu azotu, kuris labai šaltas, balionas… vėsta. Kaip ir helio dujos jo viduje. Eksperimento rezultatas – subliuškęs balionas, kuris nustoja veržtis į palubę ar į padanges. Bet nustojus pilti skystą azotą, balionas per keletą sekundžių atgauna turėtą formą ir, rūkdamas skysto azoto likučiais, mitriai šauna aukštyn: helis atsiduria palubėje – ten, kur ir visados veržiasi.

Bespalvis, beskonis, bekvapis helis pasižymi eile naudingų savybių. Pavyzdžiui, ką nors šaldant skysto būvio heliu (jo virimo temperatūra -269ºC arba maždaug 4 kelvinai – helio garavimo bei virimo taškai yra patys žemiausi iš visų cheminių elementų, tad normaliomis sąlygomis helis sutinkamas tik dujų pavidalu), galima gauti labai keistų savybių: kai kurios medžiagos praranda elektros laidumą. Nieko stebėtino, jog skystu heliu aušinami labai galingi magnetai. Heliu aušinami ir ligoninėse veikiantys magnetinio rezonanso aparatai. Mėginant helį išpumpuoti vakuumine pompa, helio virimo temperatūra bus dar žemesnė ir už absoliutinį nulį bus aukštesnė tik dviem laipsniais. Helio-deguonies mišinį (80:20) naudoja ir narai kaip kvėpavimo dujas – šiuo mišiniu lengviau kvėpuoti.

Nors helis – antras pagal paplitimą cheminis elementas visatoje po vandenilio, Žemėje jo rasti – ne taip jau ir paprasta. Dar XIX a. niekas nė neįtarė, kad toks cheminis elementas gali egzistuoti. O atrado helį tik 1868 m. Atrado ne chemikas, o astronomas – prancūzas Pjeras Jansenas (Pierre Janssen). Indijoje stebėdamas saulės užtemimą, mokslininkas pastebėjo ryškiai geltoną šviesulio chromosferos juostą. Tais pačiais metais anglų astronomas Normanas Lokjeris (Norman Lockyer) taip pat stebėjo anksčiau nežinomą geltoną juostą Saulės spektre ir padarė išvadą, kad taip yra dėl Žemėje neaptinkamo cheminio elemento. Jis kartu su chemiku Edvardu Franklendu (Edward Frankland) pavadino elementą graikišku Saulės varduhelios. Britų chemikas Viljamas Ramsėjus (William Ramsay) 1895 metais pirmą kartą išskyrė helį Žemėje. Vėliau, 1905 metais, helis išskirtas iš gamtinių dujų.

Tad, galų gale, kodėl įkvėpus helio balsas pasidaro keistai laibas? Nes garsas helio dujomis sklinda žymiai greičiau nei oru.