Language
Country/Area
No result found
القوى العظمى للهيليوم: لماذا يعد هذا الغاز بعيد المنال؟
في الكيمياء، يُعرف الهيليوم بأنه أصغر وأخف الغازات النبيلة، ولكنه أيضًا أحد أقل العناصر تفاعلاً. وبسبب هذه الخصائص، كان يُعتقد عمومًا أن الهيليوم لا يشكل مركبات، على الأقل في ظل الظروف العادية. ومع ذلك، ومع تعمق البحث العلمي، فإننا نكتشف تدريجيا السلوك الغريب والإمكانات الهائلة للهيليوم في البيئات القاسية.
تصل طاقة التأين الأولى للهيليوم إلى 24.57 إلكترون فولت، وهي الأعلى بين جميع العناصر. وهذا يجعل من الصعب على ذرات الهيليوم قبول الإلكترونات الإضافية وتكوين مركبات تساهمية مع مواد أخرى.
يتمتع الهيليوم ببنية فريدة من نوعها مع غلاف إلكتروني كامل، مما يجعله غير نشط للغاية في التفاعلات الكيميائية. تبلغ قرابة الإلكترون الخاصة به حوالي الصفر ونصف قطر غلافه الإلكتروني الخارجي 0.29 Å فقط، مما يعني أن ذرات الهيليوم ليس لديها أي تفاعل تقريبًا مع الذرات الأخرى في الظروف العادية.
على الرغم من أن الهيليوم لا يشكل روابط كيميائية مع ذرات أخرى، فمن الممكن تكوين جزيئات من خلال قوى فان دير فالس في درجات حرارة منخفضة للغاية.
على الرغم من أن الهيليوم يصعب العثور عليه تقريبًا بسبب نقطة غليانه المنخفضة (4.2 كلفن)، فقد وجد الباحثون طرقًا لجعله نشطًا كيميائيًا. عند تطبيق ضغط مرتفع، يمكن التغلب على التنافر بين ذرات الهيليوم والمواد الأخرى، وتتاح لها الفرصة لتكوين مركبات صلبة. على سبيل المثال، من الممكن أن يشكل الهيليوم مركب هيليوم ثنائي الصوديوم مستقر مع الصوديوم في داخل الأرض أو الكواكب الأخرى.
أظهرت الأبحاث التي أجريت على الهيليوم أن هذا الغاز يمكنه أيضًا التفاعل مع غازات أخرى مثل النيتروجين تحت ظروف الضغط العالي لتكوين مركبات الهيليوم والنيتروجين الموجودة في هذه البيئة. كما تم العثور على الهيليوم متحدًا مع السيليكون في بعض المعادن. على سبيل المثال، تم رصد الهيليوم لأول مرة في عام 2007 وهو يدخل في بنية السيليكات لتكوين سيليكات الهيليوم.
تحت الضغط العالي، يمكن للهيليوم اختراق بعض هياكل السيليكات، مما يزيد بشكل كبير من قوة المادة واستقرارها.
على الرغم من أن الهيليوم لا يشكل مركبات بسهولة في درجات الحرارة والضغط العاديين، إلا أن تفاعله في ظل الظروف القاسية جذب اهتمامًا واسع النطاق في المجتمع العلمي. على سبيل المثال، يمكن لمركبات الهيليوم وبعض المعادن أن تشكل تدريجياً مواد صلبة ذات هياكل مختلفة تحت درجات حرارة وضغوط مختلفة. على سبيل المثال، تتغير بنية ذرات الهيليوم الموجودة في فلوريد الزركونيوم والكالسيوم مع تغير درجة الحرارة، وهو ما قد يكون له تطبيقات محتملة في علم المواد.
بالإضافة إلى خصائصها الفيزيائية المذهلة، فإن ظاهرة تغليف الهيليوم تشكل أيضًا اتجاهًا بحثيًا مهمًا. على سبيل المثال، يمكن للهيليوم أن يشكل معقدات تضمين مع جزيئات أخرى أكبر مثل البيرفلورو أوليفينات، ويمكن استخدام هذه الهياكل في تطوير مواد عالية الأداء. في الواقع، نجح العلماء في إنشاء كلاثرات الهيليوم القطبية دون أي هواء، وهو ما سيصبح فرصة غير مسبوقة في تصميم المواد في المستقبل.
قد يكون الخمول العالي للهيليوم هو السر وراء تطبيقه في المواد والهياكل الجديدة، وهو أيضًا موضوع مستمر للاستكشاف العلمي في المستقبل.
في الكون الغامض، وبسبب الخصائص المتطرفة للهيليوم، فإن وجوده في بنية النجوم أثار أيضًا أبحاثًا معمقة حول آلية تفاعله الكيميائي. يعتقد العلماء أن خصائص الهيليوم التفاعلية والشمولية ربما لعبت دورًا رئيسيًا في تطور الكون. وفي الأبحاث المستقبلية، قد يؤدي استكشاف المزيد من التطبيقات المحتملة للهيليوم إلى تغيير فهمنا لهذا الغاز.
فهل هناك المزيد من الخصائص وإمكانات التطبيق المخفية في لغز الهيليوم والتي لم نكتشفها بعد؟
