he(化學元素氦)

簡介

元素符號He，原子序數2，原子量4.002602，為稀有氣體的一種。元素名來源於希臘文，原意是“太陽”。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，故名氦。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。

特徵

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厘米³/千克水。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。

作用

氦是最不活潑的元素，基本上不形成什麼化合物。氦的套用主要是作為保護氣體、氣冷式核反應堆的工作流體和超低溫冷凍劑。

基本信息

地殼中含量：0.008（ppm）

原子體積:19.5(立方厘米/摩爾)

元素在太陽中的含量:230000(ppm)

元素在海水中的含量:0.000006

外圍電子排布:1s2

電離能(kJ/ mol)

M - M+ 2372.3

M+ - M2+ 5250.4

核外電子排布:2

晶體結構：晶胞為六方晶胞。

熱導率:151.3 W/(m·K)

常見化合價:0

元素類型：非金屬

發現

發現人：楊森

發現年代：1868年

發現過程：1868年，法國的楊森，最初從日冕光譜內發現太陽中有新元素，即氦。

描述

是惰性元素之一。其單質氦氣，分子式為 He，是一種稀有氣體，無色、無臭、無味。它在水中的溶解度是已知氣體中最小的，也是除氫氣以外密度最小的氣體。密度0.17847克/升，熔點-272.2℃（26個大氣壓）。沸點-268.9℃。它是最難液化的一種氣體，其臨界溫度為-267.9℃。臨界壓力為2.25大氣壓。當液化後溫度降到-270.98℃以下時，具有表面張力很小，導熱性很強，幾乎不呈現任何粘滯性。液體氦可以用來得到接近絕對零度（-273.15℃）的低溫。化學性質十分不活潑，既不能燃燒，也不能助燃。

來源

氦是放射性元素分裂的產物，α質點就是氦的原子核。在工業中可由還氦達7%的天然氣中提取。也可由液態空氣中用分餾法從氦氖混合氣體中製得。

用途

用它填充電子管、氣球、溫度計和潛水服等。也用於原子核反應堆和加速器、冶煉、和焊接時的保護氣體。

輔助資料

1868年8月18日，法國天文學家詹森赴印度觀察日全食，利用分光鏡觀察日珥，從黑色月盤背面如出的紅色火焰，看見有彩色的彩條，是太陽噴射出來的幟熱其他的光譜。他發現一條黃色譜線，接近鈉光譜總的D1和D2線。日蝕後，他同樣在太陽光譜中觀察到這條黃線，稱為D3線。1868年10月20日，英國天文學家洛克耶也發現了這樣的一條黃線。

經過進一步研究，認識到是一條不屬於任何已知元素的新線，是因一種新的元素產生的，把這個新元素命名為 helium，來自希臘文helios（太陽），元素符號定為He。這是第一個在地球以外，在宇宙中發現的元素。為了紀念這件事，當時鑄造一塊金質紀念牌，一面雕刻著駕著四匹馬戰車的傳說中的太陽神阿波羅（Apollo）像，另一面雕刻著詹森和洛克耶的頭像，下面寫著：1868年8月18日太陽突出物分析。

過了20多年後，萊姆塞在研究釔鈾礦時發現了一種神秘的氣體。由於他研究了這種氣體的光譜，發現可能是詹森和洛克耶發現的那條黃線D3線。但由於他沒有儀器測定譜線在光譜中的位置，他只有求助於當時最優秀的光譜學家之一的倫敦物理學家克魯克斯。克魯克斯證明了，這種氣體就是氦。這樣氦在地球上也被發現了。

液態氦

在本世紀初的幾十年里，世界各國都在尋找氦氣資源，在當時主要是為了充飛艇。但是到了今天，氦不僅用在飛行上，尖端科學研究，現代化工業技術，都離不開氦，而且用的常常是液態的氦，而不是氣態的氦。液態氦把人們引到一個新的領域——低溫世界。

英國物理學家杜瓦在1898年首先得到了液態氫。就在同一年，荷蘭的物理學家卡美林·奧涅斯也得到了液態氫。液態氫的沸點是零下253攝氏度，在這樣低的溫度下，其他各種氣體不僅變成液體，而且都變成了固體。只有氦是最後一個不肯變成液體的氣體。卡美林·奧涅斯決心把氦氣也變成液體。

要得到液態氫，必須先把氫氣壓縮並且冷卻到液態空氣的溫度，然後讓它膨脹，使溫度進一步下降，氫氣就變成了液體。

要得到液態氦，必須先把氦氣壓縮並且冷卻到液態氫的溫度，然後讓它膨脹，使溫度進一步下降，氦氣才能變成液體。

液態氦是透明的容易流動的液體，就像打開了瓶塞的汽水一樣，不斷飛濺著小氣泡。

液態氦是一種與眾不同的液體，它在零下269攝氏度就沸騰了。在這樣低的溫度下，氫也變成了固體，千萬不要使液態氦和空氣接觸，因為空氣會立刻在液態氦的表面上凍結成一層堅硬的蓋子。

在今天，液態氦在現代技術上得到了重要的套用。例如要接收宇宙飛船發來的傳真照片或接收衛星轉播的電視信號，就必須用液態氦。接收天線末端的參量放大器要保持在液氦的低溫下，否則就不能收到圖像。

天文學家也繼續研究著太陽元素。太陽上的氫“燃燒”變成了氦，以後的命運又如何呢？他們發現宇宙間有一些比太陽更熾熱的恆星，中心溫度達到幾億度。在這些恆星的核心，氫原子核已經都變成了氦原子核，氦原子核又相互碰撞，正在生成著碳原子核和氧原子核，同時放出大量的能。這類恆星橡心臟一樣，一會兒膨脹，一會兒收縮，很有規律。為什麼會這樣？這也是因為氦在起作用。

天文學家還研究了銀河系內氫的含量和氦的含量的比值。根據這個比值，有人估算了銀河系的年齡有一二百億年。