تفاوت گاز هیدروژن و هلیوم؛ دو گاز سبک با ویژگیهای کاملاً متفاوت
هیدروژن و هلیوم بهعنوان سبکترین عناصر جدول تناوبی شناخته میشوند و هر دو در شرایط معمول بهصورت گازهای بیرنگ و بیبو وجود دارند، اما شباهت ظاهری آنها نباید باعث شود ویژگیهای شیمیایی، سطح ایمنی و کاربردهایشان یکسان در نظر گرفته شود. هیدروژن گازی بسیار واکنشپذیر و قابل اشتعال است، درحالیکه هلیوم در گروه گازهای نجیب قرار میگیرد و بهدلیل پایداری شیمیایی بالا، وارد بیشتر واکنشهای معمول نمیشود؛ به همین دلیل انتخاب میان این دو گاز باید براساس نوع فرایند، خلوص موردنیاز و شرایط ایمنی تجهیزات انجام شود.
تفاوت ساختار شیمیایی هیدروژن و هلیوم؛ چرا رفتار این دو گاز متفاوت است؟
هیدروژن با نماد H و عدد اتمی یک، سادهترین عنصر شیمیایی است و در حالت گازی معمولاً بهصورت مولکول دواتمی H₂ یافت میشود. این گاز میتواند با عناصری مانند اکسیژن، کربن و نیتروژن واکنش دهد و ترکیبات مهمی مانند آب، هیدروکربنها و آمونیاک را تشکیل دهد. در مقابل، هلیوم با نماد He و عدد اتمی دو، دارای لایه الکترونی کامل است و همین ساختار باعث میشود واکنشپذیری بسیار کمی داشته باشد.
این تفاوت بنیادی مشخص میکند که هیدروژن در بسیاری از فرایندها نقش ماده اولیه، عامل احیاکننده یا سوخت را بر عهده دارد، اما هلیوم بیشتر برای ایجاد محیط خنثی، انتقال حرارت، نشتیابی و کاربردهایی استفاده میشود که نباید گاز با مواد موجود در سیستم واکنش نشان دهد.
هیدروژن یا هلیوم؛ کدام گاز خطرناکتر است؟
یکی از مهمترین تفاوتهای این دو گاز به رفتار آنها در برابر آتش مربوط است. هیدروژن گازی بسیار قابل اشتعال است و مخلوط آن با هوا یا اکسیژن میتواند در حضور جرقه، شعله یا سطوح داغ آتش بگیرد؛ بنابراین سیلندر، شیرآلات، رگلاتور و مسیر انتقال آن باید متناسب با مشخصات فنی هیدروژن انتخاب شوند و محیط مصرف نیز از تهویه کافی برخوردار باشد.
هلیوم قابل اشتعال نیست، اما این ویژگی به معنای بیخطر بودن کامل آن نبوده؛ زیرا آزاد شدن حجم زیادی از هلیوم در فضای بسته میتواند اکسیژن محیط را کاهش دهد و خطر خفگی ایجاد کند. هر دو گاز نیز در سیلندرهای پرفشار عرضه میشوند و حمل، انبار یا اتصال غیراصولی تجهیزات آنها میتواند خطرات جدی به همراه داشته باشد.
کاربرد هیدروژن و هلیوم در صنعت؛ هر گاز چه نقشی دارد؟
هیدروژن در پالایش نفت، تولید آمونیاک، صنایع شیمیایی، هیدروژنه کردن روغنها، عملیات حرارتی فلزات، پیلهای سوختی و برخی دستگاههای آنالیز آزمایشگاهی کاربرد دارد. مجموعههایی که برای چنین مصارفی به خرید گاز هیدروژن نیاز دارند، باید پیش از سفارش عواملی مانند درصد خلوص، فشار کاری، حجم سیلندر و سازگاری تجهیزات مصرف را بررسی کنند؛ زیرا مشخصات گاز مناسب برای یک فرایند صنعتی ممکن است با نیاز یک آزمایشگاه کاملاً متفاوت باشد.
هلیوم نیز در دستگاههای MRI، خنکسازی تجهیزات برودتی، نشتیابی سیستمهای خلأ، تولید نیمههادیها، جوشکاری تخصصی، کروماتوگرافی گازی و پر کردن بالنها مورد استفاده قرار میگیرد. پایین بودن نقطه جوش هلیوم باعث شده است نوع مایع آن برای ایجاد دماهای بسیار پایین اهمیت ویژهای داشته باشد، درحالیکه هیدروژن مایع بیشتر در ذخیرهسازی انرژی و صنایع هوافضا کاربرد دارد.
هیدروژن سبکتر است یا هلیوم؟
هیدروژن از هلیوم سبکتر است و نیروی بالابر بیشتری ایجاد میکند، اما اشتعالپذیری بالای آن استفاده عمومی برای پر کردن بادکنک و بالن را با محدودیت جدی روبهرو کرده است. هلیوم با وجود قیمت بیشتر و قدرت شناورسازی کمتر، بهدلیل غیرقابل اشتعال بودن گزینه مناسبتری برای کاربردهای تفریحی و نمایشی محسوب میشود؛ البته استفاده از هلیوم نیز باید با رعایت نکات ایمنی انجام شود و استنشاق عمدی آن میتواند خطرناک باشد.
هنگام انتخاب هیدروژن یا هلیوم به چه عواملی توجه کنیم؟
انتخاب میان هیدروژن و هلیوم تنها براساس قیمت یا سبک بودن گاز تصمیم درستی نیست و باید واکنشپذیری، اشتعالپذیری، درجه خلوص، فشار، نوع سیلندر و الزامات فرایند بهصورت همزمان بررسی شوند.