太陽元素

氦是地球上最輕的元素之一，僅次於氫。在化學元素周期表里它排列第2位。氦的英文單詞是“Helium”來源於希臘文單詞，意思是“太陽”。氦也被稱為“太陽元素”。

基本介紹

• 中文名：太陽元素
• 外文名：Helium
• 性質：名詞
• 元素符號：He
• 原子序數：2
• 原子量：4.002602
• 沸點：-268.9°C

簡介

來源

太陽元素是地球上最輕的元素之一，僅次於氫。為太陽核聚變反應的產物。氦的英文單詞“Helium”來源於希臘文單詞，意思是“太陽”，氦也被稱為“太陽元素”。元素符號He，原子序數2，原子量4.002602，為稀有氣體的一種。1868年有人利用分光鏡觀察太陽表面，發現一條新的黃色譜線，並認為是屬於太陽上的某個未知元素，這就是氦。後有人用無機酸處理瀝青鈾礦時得到一種不活潑氣體，1895年英國科學家拉姆賽用光譜證明就是氦。以後又陸續從其他礦石、空氣和天然氣中發現了氦。氦在地殼中的含量極少，在整個宇宙中按質量計占23%，僅次於氫。氦在空氣中的含量為0.0005%。氦有兩種天然同位素：氦3、氦4，自然界中存在的氦基本上是氦4。

氦

特性

氦在通常情況下為無色、無味的氣體；熔點-272.2°C(25個大氣壓)，沸點-268.9°C；密度0.1785克/升，臨界溫度-267.8°C，臨界壓力2.26大氣壓；水中溶解度8.61立方厘米/千克水。氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。液態氦在溫度下降至2.18K時，性質發生突變，成為一種超流體，能沿容器壁向上流動，熱傳導性為銅的800倍，並變成超導體；其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。

發現過程

1868年8月18日，法國天文學家彼埃爾·讓桑（Pierre Janssen）在印度南部觀測日全食時，意外發現太陽光譜裡面有一條陌生的明亮黃線。那次日全食的觀測條件比09年中國的那次略好一點，烏雲是等日全食結束之後才布滿天空的。第二天陰雲散盡，讓桑試著再次觀察太陽光譜，驚喜地發現那條陌生的黃線還在原來的位置上。

太陽

一個月之後，讓桑把自己的觀察寫成報告投寄出去。可惜當時沒有飛機，這報告用了兩個月時間才到達法國，那時候英國天文學家約瑟夫·洛基爾（Joseph Lockyer）——後來成為著名科學雜誌《自然》的創辦人和第一位主編——也獨立地發現了這條黃線，還猜測它是一種太陽獨有的新元素髮出的。洛基爾把這種元素命名為“氦”，這箇中文名聽上去貌似挺“駭”人，但它其實是英語helium（來自希臘語“太陽”）一詞首音節的音譯。

日全食

日全食是罕見的自然天象，是人們和科學家觀測研究太陽的大好時機。我們世界幾乎每年都可以發生日食（環食，偏食和全食），但對某一地區要過多年才能看到一次日全食。我國境內能夠看到日全食繼1980.02.16之後就是2009年。

日全食

1842.07.08歐洲南部發生了一次日全食，當時來自英國法國德國和俄國許多天文學家都集中在南歐觀測日全食。當月球慢慢遮住太陽時，耀眼的日面變黑了。在這很短的時間裡，人們發現太陽的邊緣噴射著非常壯麗的玫瑰色光暈，發現了太陽的色球層。

1860年初人們在歐洲觀測日全食時發現了日面邊緣的突出物。出現在日輪邊緣，好象太陽長了耳朵天文學家稱為日珥。到了1868.08.18在印度發生的日全食，法國天文學家成功的拍攝了太陽色球的光譜（閃光光譜）。後來被化學家確認為太陽元素氦產生的光譜。

1929年美國天文學家羅素仔細研究了太陽光譜後，證明太陽氫的含量多得驚人，斷定氫的含量占太陽總體積的3/5。美國天文學家澤爾估計太陽總體積81.76%是氫，18.17%是氦，其它個元素占0.07%。人們經過觀測普查證明太陽已有60多種化學元素。

現代的科技人們只能利用太陽光譜研究太陽大氣的化學成分，很難了解太陽內部自然元素的生成演化情況，有待於科學科技發展，人們思維進化從一滴水中透視太陽。

化學特性

如果說“太陽元素”的發現讓科學界驚到九分，那么當1895年英國化學家威廉·拉姆塞（William Ramsay）從一種含鈾礦物中分離到氦的時候，“太陽元素竟然在地球上存在”的訊息就讓科學界驚到十分了。人們這才知道，原來氦是一種惰性氣體，幾乎不能和其他任何元素化合，而且極難液化。在常壓下把溫度降到-253°C，多數氣體都會凝結，氦氣卻依然如故。只有在-269°C的低溫之下，氦氣才能被液化。

主要來源

氦氣最主要的來源不是空氣，而是天然氣。原來氦氣在乾燥空氣中含量極微，平均只有百萬分之五，天然氣中最高則可含7.5%的氦，是空氣的一萬五千倍。可是這種高氦的天然氣礦藏並不多，因為天然氣中的氦氣是鈾之類的放射性元素衰變的產物。只有在天然氣礦附近有鈾礦時，氦氣才能在天然氣中匯集。

世界分布

截止到2009年，美國生產的氦氣要占世界總產量的80%以上。中國雖然也有一定的天然氣資源，可是到目前為止，唯有四川自貢威遠的氣田曾得到提氦利用，其中的氦含量只有0.2%，而且已經枯竭。

中國狀況

截止到2009年，中國的氦氣幾乎都需要進口，由於近兩年價格攀升，一般商用的液氦竟然賣到了每升200元。這也就是說，假如你呼出的氣都是氦氣，那么在安靜狀態下你呼出的每一口氣都值100元！

氦氣用途

交通

如果地球上沒有氦，我們的生活並不會受到太大的影響。氦氣的密度要比空氣小得多，所以如果往氣球和飛艇里充入氦氣，氣球和飛艇會冉冉升起，讓我們不用坐飛機也能實現飛到空中的夢想。可是如果我們沒有氦氣球和氦氣飛艇，起碼還有氫氣、熱氣球和飛艇。當然，因為氫氣和空氣混合後會爆炸，所以氫氣球和氫氣飛艇並不安全。氫氣飛艇曾經被當做大型載人飛行器使用，但是在1937年德國的“興登堡號”飛艇在美國著陸時不慎著火爆炸之後，它就徹底退出了歷史舞台。不過，熱氣球和熱氣飛艇還是比較安全的，而且飛行一次的花費也比較便宜。

潛水

潛水員常常要使用氦氣和氧氣混合而成的人造空氣。這是因為在水下的高壓環境下，氮氣會溶解在血液中，當潛水員上浮的時候壓力減小，血中的氮氣便紛紛逸出，形成氣泡堵塞血管，使潛水員患上極為難受的“減壓症”。氦氣在高壓下也難溶於水，所以用它來代替氮氣就可以解決這個問題。不過如果我們沒有氦氣，我們還可以用氖氣—它在高壓下也難溶於水。

工業

氦氣在電焊、矽晶片生產中還可以用做保護氣，它可以隔絕氧氣，避免電焊工件、單質矽和氧氣發生討厭的化學反應。據美國政府有關部門統計，2000年美國消耗的所有氦氣中，有18%用在了焊接上，還有16%用作其他工業的保護氣。不過如果沒有氦氣，氬氣一樣可以出色地完成服務，而且還便宜得多。

缺氦後果

缺乏氦氣最嚴重的後果，應該是嚴重阻礙低溫技術的套用，其中受到最大影響的就是低溫超導技術。已知所有的超導材料都要在-130°C以下的低溫中才能表現出超導特性，其中套用最廣泛的那幾種（比如Nb3Sn）更是需要比液氫的沸點還低的轉變溫度，這時候只有液氦能比較簡便地實現這樣的極低溫。雖然我們完全可以用別的辦法實現同樣的低溫，但都不如液氦實惠。顯然，假如我們沒有氦，低溫超導技術的普及就會受到嚴重的阻礙；低溫超導技術如果不能普及，醫院就會用不起核磁共振成像儀（它需要超導材料製造強磁場）。不過在醫學上，核磁共振成像儀只不過是診斷病症的一種工具罷了。即使沒有這個工具，我們總不至於永遠診斷不了疾病。