หนึ่งศตวรรษแหงการคนพบฮีเลียม

คุณผูอานหลายทานคงไมรูหรอกวา ป พ.ศ. 2538 นี้ เปนปฉลองครบรอบ 100 ป แหงการคนพบฮีเลียม (Helium) ในสภาพปกติฮีเลียมเปนแกสที่เบากวาอากาศและไมลุกไหม เชน ไฮโดรเจน ดังนั้นนักประดิษฐในอดีต จึงนิยมใชฮีเลียมบรรจุในบอลลูน เรือเหาะ และลูกโปง ปจจุบัน NASA ใชฮีเลียม เหลวที่มีอุณหภูมิ -269 องศาเซลเซียสเปนสารหลอเลี้ยงใหไฮโดรเจน และออกซิเจนคงสภาพเปนของเหลว เพื่อใชเปนเชื้อเพลิงจรวด นักวิทยาศาสตรใชฮีเลียมในเตาปฏิกรณปรมาณู ในอุปกรณตรวจอวัยวะ ภายในรางกาย (MRI) ในอุปกรณเชื่อมโลหะและนักดํานํ้าจึงใชฮีเลียมผสมกับออกซิเจนในการหายใจ เปนตน

ถึงแมวาฮีเลียมจะเปนธาตุที่มีอยูอยางอุดมสมบูรณมาก เปนอันดับสองในจักรวาล รองจากไฮโดรเจน คือ คิดเปน 10% ของนํ้ าหนักทั้งหมด แตเราก็ไมไดพบฮีเลียมจนกระทั่งเมื่อ 150 ป มานี้เอง

เหตุผลที่เปนเชนนี้เพราะฮีเลียมเปนธาตุที่เฉื่อย ไมกระตือรือรนในการทํ าปฏิกิริยากับสารใดๆ จึงทำใหสารประกอบที่มีฮีเลียม เปนองคประกอบมีนอยมากในโลก สวนเหตุผลอีกประการหนึ่ง คือ ฮีเลียม มีนํ้ าหนักเบามาก ดังนั้นทันทีที่มันถูกปลดปลอยออกมา จากหลอดทดลอง มันจะลอยขึ้นเบื้องบนและหายไป ในอวกาศในที่สุด

ฮีเลียมไดรับเกียรติวาเปนธาตุๆ เดียวที่มนุษยเรา คนพบวามี นอกโลกกอนที่จะพบ มันบนโลก N. Lockyer เปนบุคคลแรกที่ไดเห็นฮีเลียมเมื่อวันที่ 20 ตุลาคม 2411 ขณะที่เขาใชกลอง โทรทัศนสองดูดวงอาทิตย แลววิเคราะหแสงที่ผานมา เขาเห็นเสนสเปกตรัม (spectrum) สีเหลืองเสนหนึ่งในแถบแสง ซึ่งไมมีใครเคยเห็นมากอน เมื่อเขาประกาศวา เขาไดพบธาตุใหม บนดวงอาทิตย ผลปรากฏวาไมมีใครเชื่อจนกระทั่งอีก 27 ปตอมา William Ramsey นักเคมี ชาวสก็อต ขณะตรวจสอบแกสที่สาร clevite

ปลดปลอยออกมาไดเห็นเสนสเปกตรัมของแสง ที่มีลักษณะเดียวกับที่ Lockyer จึงไดเครดิต วาเปนผูพบ Helium ผลงานคนพบนี้ และการคนพบ neon, krypton, xenon ทํ าให Ramsey ได รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในป พ.ศ. 2447

ฮีเลียมเปนธาตุที่มีคุณสมบัติแปลกและประหลาด เชน หากเราทํ าใหมันมีอุณหภูมิตํ่ ากวา -271 องศา เซลเซียสมันจะ แปรสภาพเปนของไหลที่ยิ่งยวด (superfluid) ที่สามารถไหล ผานรูเล็กๆ ผานพื้นผิวตางๆ รวมทั้ง ไหลขั้นพื้นเอียงได โดยไมมีแรงเสียดทานใดๆ ตอตานเลย มันไมมีวันแข็งตัว ไมวาอุณหภูมิจะลดลงตํ่ าสักเพียง ใดก็ตาม และในการนี้ไฟนรกคงดับกอนที่ฮีเลียมจะกลายเปนของแข็ง

ทฤษฎีกําเนิดของจักรวาลที่ชื่อ Big Bang บรรยากาศ เหตุการณขณะจักรวาลถือกํ าเนิดเมื่อ 15,000 ลาน ปมาแลววา ภายในเวลา 3 นาที หลังจากการะเบิดไฮโดรเจน ฮีเลียม และ ลิเซียม จะบังเกิดธาตุเบาเหลานี้จะ รวมตัวกันเปนธาตุหนักเปนดาว และเปนกาแลกซี่ในเวลาตอมา

ในที่ประชุมของ American Astronomical Society ที่เมือง Pittoburgh ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อเดือน กรกฎาคม พ.ศ. 2538 A.F. Davidsen แหงมหาวิทยาลัย John Hopkins และคณะไดรายงานวา เขาไดพบรองรอยของแกสฮีเลียมที่เปนอิออน (ion) ปริมาณมากในอวกาศ ขณะที่จักรวาล มีอายุได 5,000 ลานป

การคนพบนี้สนับสนุนทฤษฎี Big Bang ทุกประการ ถึงแมวาฮีเลียมที่พบจะมีความหนาแนน นอย แตมันก็มีนํ้าหนักมากประมาณ 8 เทา ของนํ้ าหนักดาว และเดือนในกาแล็กซี่ทั้งหมด ในจักรวาลรวมกัน

หนึ่งศตวรรษที่ผานมาเราใชฮีเลียมเพิ่มขึ้น 5-10% ทุกป เมื่อปกลายนี้โลกใชฮีเลียม 100 ลาน ลูกบาศกเมตร และขณะนี้ตนกํ าเนิดของฮีเลียมอันไดแกธาตุกัมมันตรังสีกําลังสึกหรอ เราก็หวังวา เราจะมี เทคโนโลยีสรางฮีเลียมที่ดีในอนาคต เพื่อวาเมื่อป 2638 มาถึงเราก็ยังคงมีฮีเลียมใชในการเฉลิมฉลอง สองรอยปแหงการคนพบฮีเลียมครับ

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)