Apakah itu unsur Helium? Artikel ini akan membincangkan sifat, sejarah penghasilan helium dan kegunaannnya dalam kehidupan seharian kita
Pengenalan
Helium merupakan suatu unsur kimia yang terletak dalam kumpulan 18 jadual berkala dan merupakan sejenis gas pada keadaan normal (1 atm, 25°C). Helium merupakan wujud sebagai unsur monoatom dengan simbol He. Helium terdiri daripada nukleus yang mengandungi dua unit proton dan dua unit neutron.
Helium juga dikenali sebagai gas adi (noble gas) dan tidak reaktif sama sekali kerana sudah berada dalam keadaan yang sangat stabil. Helium juga merupakan gas kedua paling ringan selepas gas Hidrogen menjadikan ia pilihan yang sesuai untuk diisi di dalam belon belon yang digunakan dalam majlis-majlis harijadi dan sebagainya.
Helium umumnya dikenali sebagai bahan kriyogenik iaitu suatu bahan yang mempunyai suhu yang sangat rendah pada keadaan normal. Helium mempunyai dua jenis isotop iaitu Helium-3 dan Helium-4.
Sifat Fizikal dan Sifat Kimia Helium
Helium mempunyai beberapa sifat dan ciri-ciri yang tersendiri. Sifat-sifat ini dapat dikategorikan kepada sifat fizikal dan sifat kimia.
Dari segi sifat fizikal, Helium wujud dalam keadaan gas pada keadaan normal. Selain itu, Helium merupakan sejenis gas yang tidak berbau, tidak mempunyai rasa, tidak berwarna dan tidak beracun. Helium juga mempunyai takat didih dan takat lebur yang sangat rendah dan menghampiri suhu mutlak iaitu −273.15 °C.
Ini kerana, Helium wujud dalam keadaan atom-atom tunggal (monoatom) yang diikat oleh daya Van der Waals yang lemah. Oleh itu, hanya sedikit tenaga haba diperlukan untuk mengatasinya. Helium merupakan konduktor haba dan elektrik yang lemah. Selain itu, Helium juga tidak larut di dalam air.
Dari segi sifat kimia, petala terluar Helium mempunyai 2 elektron valens dan telah mencapai susunan duplet atau erti kata lain telah mencapai konfigurasi elektron yang stabil. Ini menjadikan Helium sangat tidak reaktif secara kimia. Helium juga tidak boleh melepaskan, menerima, atau berkongsi elektron dengan atom lain.
- Simbol: He
- Nombor atom: 2
- Berat atom: 4.002602
- Kumpulan: 18
- Takat lebur: −272.2 °C
- Takat didih: −268.9 °C
- Ketumpatan: 0.1785 gram/liter
- Konfigurasi elektron: 1s2
Sejarah
Siapa orang pertama yang menjumpai unsur Helium? Bila dan dimana? Semuanya akan dijawab di bawah ini.
Pada tahun 1868, seorang ahli astronomi Perancis yang bernama Pierre Janssen berjaya mengesan unsur Helium ini ketika terjadinya gerhana matahari. Berdasarkan pemerhatiannya ketika itu, terdapat suatu garisan gas atmosfera yang berwarna kuning terang yang mengelilingi matahari.
Pada mulanya, beliau menganggap, garisan kuning terang ini ialah unsur Natrium. Pada tahun yang sama, seorang lagi ahli astronomi Britain iaitu Sir Joseph Norman Lockyer menjumpai garisan kuning terang yang sama pada spektrum solar.
Setelah dikaji, garisan ini tidak sama dengan garisan yang terdapat pada unsur Natrium dan garisan kuning terang ini merupakan suatu garisan baharu yang belum pernah dikaji secara mendalam sebelum ini. Beliau dan seorang ahli kimia bernama Sir Edward Frankland kemudiannya menyimpulkan garisan kuning terang ini sebagai garisan baru dan menamakannya sebagai hēlios.
Pada tahun 1895, barulah Helium ditemui secara rasmi di atas muka Bumi oleh dua ahli kimia Sweden iaitu Sir Per Teodor Cleve dan Sir Nils Abraham Langlet. Mereka mendapati unsur ini muncul daripada sejenis bijih uranium bernama kleveit. Beberapa tahun selepas itu iaitu pada tahun 1905, Helium telah ditemui secara meluas pada lombong-lombong gas asli di Amerika Syarikat yang kemudiannya menjadikan negara ini sebagai negara pengeluar terbesar bagi gas Helium.
Sifat Kereaktifan
Helium yang terletak dalam kumpulan 18 ini merupakan sejenis unsur kimia yang tidak reaktif sama sekali dan sangat stabil. Ini kerana, konfigurasi elektron pada petala terluar helium telah mencapai susunan duplet dan sudah penuh. Ini menjadikan helium tidak reaktif sama sekali.
Kaedah Penghasilan
Helium terhasil di bawah tanah dalam proses pereputan bahan radioaktif seperti Thorium dan Uranium. Sebahagian radiasi dari bahan radioaktif ini mengandungi sejenis partikel yang dinamakan sebagai partikel alfa yang kemudiannya akan membentuk nukleus pada atom Helium. Helium ini akan terbebas ke bahagian yang lebih atas dan terperangkap dalam batuan bumi dan gas-gas asli bumi.
Salah satu cara untuk menghasilkan helium adalah melalui proses penyarian (extraction) gas asli. Gas asli terdiri daripada unsur utama iaitu metana dan hidrokarbon. Selain itu, terdapat juga unsur nitrogen, karbon dioksida, wap air dan juga helium. Proses penyulingan berperingkat (fractional distillation) akan dilakukan bagi memisahkan unsur-unsur ini kepada juzuk-juzuk utama iaitu gas metana dan nitrogen.
Helium akan wujud sebagai bahan keluaran sampingan (byproduct) dan dikenali sebagai gas helium mentah. Selepas itu, proses penulenan akan berlangsung untuk menghasilkan helium yang tulen. Kemudian, helium sedia untuk digunakan sama ada dalam bentuk gas ataupun cecair.
Kegunaan dan Aplikasi dalam Kehidupan
1. Gas untuk belon
a) Belon sambutan hari lahir atau majlis jamuan
Kebiasaannya apabila terdapat majlis sambutan hari lahir, terdapat belon-belon terapung yang dijadikan sebagai hiasan. Kenapa belon ini dapat terapung? Belon ini sebenarnya diisi dengan gas Helium. Dari sudut Sains, gas Helium adalah sangat ringan dan kurang tumpat berbanding gas atmosfera.
Ketumpatan yang berbeza menyebabkan belon Helium ini dapat mengatasi tarikan graviti dan dapat terapung. Selain ringan dan kurang tumpat, gas Helium sering digunakan dalam belon kerana ia sangat selamat dan tidak beracun.
Seperti yang kita sudah sedia maklum, Helium tidak akan bertindak balas denga apa-apa unsur dan merupakan unsur yang sangat stabil. Oleh itu, ia menjadi gas yang paling popular untuk digunakan dalam belon-belon majlis hari lahir.
b) Belon udara panas
Pernahkah anda menonton filem Manisnya Cinta di Cappadoccia? Filem arahan Bernard Chauly ini difilemkan di Cappadoccia, Turki yang sememangnya terkenal dengan tarikan belon udara panas. Terdapat ratusan belon udara panas disini yang beroperasi dan terbang menggunakan sumber gas Helium.
Oleh kerana gas Helium ini ringan dan kurang tumpat berbanding udara persekitaran, maka, ia dapat mengangkat dan mengapungkan belon ke atas.
Selain itu, gas Helium ini selamat untuk digunakan kerana ia tidak akan bertindak balas dengan apa apa unsur termasuk haba dan bahan mudah terbakar. Ini dapat menjamin keselamatan penumpang yang menaiki belon udara panas.
2. Medium penyejuk untuk superkonduktor
Helium juga digunakan sebagai medium penyejuk kepada superkonduktor. Mesin ‘Magnetic Resonance Imaging’ (MRI) merupakan salah satu alatan yang menggunakan helium untuk menyejukkan magnet pada superkonduktor.
Oleh kerana mempunyai suhu yang sangat rendah, Helium sangat sesuai digunakan sebagai medium penyejuk. Apabila disejukkan sehingga ke suhu absolut sifar, maka superkonduktor ini akan berfungsi dengan sangat baik kerana tiada rintangan elektrik berlaku dalam proses itu.
Selain itu, ia juga digunakan pada suatu instrumen sains paling kompleks di Dunia iaitu ‘Large Hadron Collider’ yang terletak di Geneva, Switzerland. Oleh kerana instrumen ini melepaskan haba yang sangat tinggi ketika beroperasi, maka Helium digunakan sebagai medium penyejukan bagi mengekalkan prestasinya pada tahap yang paling optimum.
3. Analisis makmal seperti analisis kromatografi
Helium juga sering digunakan sebagai gas pembawa (carrier gas) dalam kajian dan analisis gas kromatografi. Kromatografi ialah suatu analisis untuk memisahkan atau mengasingkan campuran bahan secara fizikal. Teknik ini dapat memisahkan campuran dua atau lebih bahan kimia kepada juzuk masing-masing yang tulen.
Unsur yang lain:
| Florin | Rubidium |
| Hidrogen | Litium |
| Kalium | Natrium |
| Strontium | Xenon |
| Kripton | Kalsium |
| Magnesium | Sulfur |
| Argon | Berillium |
| Bromin | Iodin |
| Neon | Helium |
| Francium | Caesium |
| Astatin | Oksigen |
| Selenium | Klorin |
Rujukan
- Helium – Brittanica :
- Helium – Royal Society of Chemistry
- Helium – How Products are Made
- Helium How Stuffs Work?