Khí heli là gì? Đây là một loại khí trơ nhẹ thứ hai sau Hidro, không gây độc và không gây cháy nổ. Khí He được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử, y tế, các hoạt động hàng không vũ trụ. Cùng tìm hiểu chi tiết ở bài viết dưới đây.

1. Khí heli là gì

Helium là một chất khí không mùi, không màu, không vị. Trong bảng tuần hoàn hóa học khí Heli nằm ở ô thứ 2 và có nguyên tử khối là 4. Ký hiệu hóa học (He) và là khí có điểm sôi thấp nhất trong các nguyên tố.

Nguyên tố Heli có tính trơ về mặt hóa học và là loại khí đơn nguyên tử. Đây là nguyên tố nhiều thứ 2 trong vũ trụ đứng sau Hidro. Riêng trong khí quyển thì mật độ thể tích của Heli là 5,2*10(-6). Có thể nói, khí này hình thành từ sự phân rã phóng xạ các nguyên tố do đó Heli có thể được tìm thấy trong mỏ khoáng chất chứa urani hoặc thori

Hình 1: Nguyên tố heli

2. Khí heli có độc không? Tại sao hít khí Heli đổi giọng

Heli là một loại khí trơ không độc hại, không gây cháy nổ, không có tác dụng hóa học với các chất khác. Tuy nhiên, khí He thì người dùng cần lưu ý nếu hít trực tiếp một lượng lớn khiến cơ thể bị thiếu oxy nghiêm trọng dẫn đến nghẹt thở, đau đầu, chóng mặt.

Khi chúng ta nói, không khí từ phổi được đẩy lên, đi qua khí quản và thanh quản đến khu vực miệng. Ở đây, các chuyển động của lưỡi, hàm và miệng sẽ thay đổi tần số cộng hưởng, tạo ra đa dạng âm thanh. Sự khác biệt trong giọng nói của mỗi người là do cấu trúc thanh quản riêng biệt.

Khi hít khí heli, cách sóng âm thanh di chuyển qua các môi trường khí khác nhau gây ra sự thay đổi trong giọng nói của bạn, trở nên hài hước. Khí heli nhẹ hơn không khí nhiều, trong khi không khí nặng và đặc hơn. Vì vậy, tốc độ lan truyền của sóng âm thanh qua môi trường heli nhanh hơn nhiều so với qua không khí.

Vì helium nhẹ hơn không khí rất nhiều, trong khí heli, tốc độ âm thanh nhanh hơn gấp đôi, thậm chí lên đến 3 lần so với không khí. Khi hít khí heli, vòm họng bạn sẽ bị đầy ắp khí này. Kết quả là, tần số của giọng nói sẽ thay đổi đáng kể, tăng lên và tạo nên một giọng điệu cao và rõ ràng hơn.

3. Khí heli có tác dụng gì

3.1. Dùng làm lạnh

MRI sử dụng helium làm chất làm lạnh siêu dẫn trong các thiết bị của nó. Ngoài ra, helium còn được áp dụng trong nhiều công nghệ khác như máy quang phổ NMR, máy gia tốc hạt, máy Va chạm Hadron Lớn, thiết bị Xung lượng tử siêu dẫn (SQUID), quang phổ Spin Resonance Electron (ESR), và bộ lưu trữ năng lượng từ trường siêu trường. Helium cũng đóng vai trò quan trọng trong việc truyền năng lượng, vận chuyển từ tính, cảm biến siêu dẫn, phổ khối lượng, và nam châm siêu dẫn.

Nó cũng được sử dụng để tạo ra từ trường cực mạnh, cung cấp nam châm siêu trường cho lò phản ứng nhiệt hạch và nghiên cứu về các ứng dụng siêu lạnh khác.

3.2. Dùng trong khinh khí cầu

Helium xếp thứ hai trong danh sách các khí nhẹ nhất sau hidro và có mật độ thấp hơn so với không khí. Điều này làm cho helium trở thành chất khí nâng được sử dụng trong khí cầu, các thiết bị khí tượng, airship và blimps.

Mặc dù không nhẹ bằng hidro, helium vẫn được ưa chuộng như chất khí nâng vì tính an toàn, không cháy của nó. 

Hình 2: Ứng dụng trong khinh khí cầu

3.3. Ứng dụng trong hàn

Helium được áp dụng làm khí bảo vệ trong quá trình hàn hồ quang và hàn hồ quang plasma. Khí heli đóng vai trò bảo vệ vùng hàn, ngăn chặn kim loại bị oxy hóa. Khả năng ion hóa mạnh mẽ của helium làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho hàn hồ quang plasma, đặc biệt là khi làm việc với các kim loại như titan, zirconium, magiê và các hợp kim nhôm - các loại kim loại quý được sử dụng trong xây dựng, đóng tàu và các ứng dụng vũ trụ.

3.4. Ứng dụng trong công nghệ làm sạch

Helium có ứng dụng trong quá trình tẩy rửa dưới áp lực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và cho các tổ chức như NASA. Ví dụ, trong hệ thống hỏa tiễn Delta IV, khí heli được sử dụng để duy trì áp suất trong các thùng nhiên liệu oxy lỏng. Khi oxy lỏng được sử dụng như nhiên liệu cho tên lửa, khí heli được bơm vào các thùng nhiên liệu để giữ cho chúng không bị co rút. Việc sử dụng helium để làm sạch khí có thể thay thế bằng nitơ, ngoại trừ khi đề cập đến các hệ thống hydro lỏng cụ thể.

Hình 3: Ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ

3.5. Sản xuất sắc ký khí

Helium được áp dụng làm khí mang và khí tẩy trong quá trình sắc ký khí. Đặc tính không phản ứng và độ tinh khiết cao của helium làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc này.

Sắc ký khí, đặc biệt là chromatograph, được sử dụng rộng rãi trong các quy trình phân tích định tính và định lượng trong cả phòng thí nghiệm và các ứng dụng khác.

3.6. Sản xuất bán dẫn

Helium được áp dụng như một loại khí bảo vệ do tính trơ hóa học của nó. Nó cũng được sử dụng trong các quá trình làm lạnh nhờ nhiệt độ thấp và khả năng dẫn nhiệt đặc biệt cao, đặc biệt trong việc sản xuất các thành phần bán dẫn.

Trong việc tạo ra màn hình LCD và quá trình sản xuất chip bán dẫn, helium được sử dụng để làm mát và làm khí bảo vệ. Nó cũng được áp dụng để bảo vệ các bình xối rửa.

Khi phát triển tinh thể silic và germani, helium có thể được thay thế bằng argon, hydro hoặc nitơ tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của ứng dụng.

Hình 4: Ứng dụng trong sản xuất chất bán dẫn

3.7. Truyền nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân

Helium đang được sử dụng làm môi trường truyền nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới. Đặc tính nhiệt độ riêng cực kỳ cao cùng khả năng dẫn nhiệt tốt đã làm cho nó trở thành một trong những loại khí truyền nhiệt hiệu quả nhất.

Thêm vào đó, heli không gây ra sự ăn mòn và không phải là vật liệu phóng xạ. Nó cũng không thay đổi trạng thái tổng hợp và không ảnh hưởng đến hệ số nhân. Việc sử dụng khí heli làm môi trường truyền nhiệt trong các nhà máy hạt nhân đã cải thiện hiệu suất hoạt động và nâng cao nhiệt độ hoạt động của chúng.

3.8. Sản xuất sợi quang học

Với nhiệt độ lỏng thấp và tính chất trơ, heli trở thành lựa chọn hoàn hảo để làm nguội nhanh chóng các sợi thủy tinh trong các ống làm lạnh, đặc biệt là khi các sợi này được kéo ra từ các phiến hoặc khối thủy tinh.

Việc sử dụng helium làm chất làm lạnh có thể thay thế bằng hydrogen hoặc nitơ tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của quá trình sản xuất.

3.9. Làm hỗn hợp thở

Heli được áp dụng trong hỗn hợp khí thở khi lặn xuống độ sâu dưới 30 mét do khả năng hòa tan trong nước và máu rất thấp.

Hỗn hợp heli-oxy được sử dụng để thở thay cho hỗn hợp nitơ-oxy, nhằm tránh nguy cơ nhiễm độc khí nitơ hoặc sự tích tụ nitơ trong máu. Ngoài ra, heli không gây ăn mòn cho thiết bị và không độc hại.

Hình 5: Ứng dụng làm hỗn hợp thở dưới đáy biển

3.10. Ứng dụng trong quá trình sơn phủ kim loại

Heli được áp dụng như khí mang cho quá trình phun nhiệt và phun lạnh nhờ tốc độ âm thanh vô cùng cao và tính trơ hoá.

Phun nhiệt và phun lạnh, thường gọi là phun kim loại, là quá trình phủ bề mặt với khả năng phun một loạt các kim loại và vật liệu gốm với vận tốc lớn lên bề mặt vật liệu khác, tạo thành các lớp phủ kim loại.

3.11. Ứng dụng sản xuất kính thiên văn

Heli làm giảm tác động bóp méo của nhiệt giữa các ống kính trong một kính thiên văn do chỉ số khúc xạ thấp, độ dẫn nhiệt cao

4. Sự khác biệt giữa khí hidro và khí heli

Hình 6: Khác biệt giữa hidro và heli

Trân đây là bài viết tổng quan về khí Heli và các ứng dụng của nó. Hy vọng qua bài viết này, bạn có thể hiểu sâu hơn về loại khí đặc biệt này và cách nó được áp dụng trong các tình huống thực tế