Question

氦元素简介

Answer 1

氦（Helium），最不活泼的元素，元素符号He，为稀有气体的一种。氦在通常情况下为无色、无味的气体，是唯一不能在标准大气压下固化的物质。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。此外，由于密度比空气小且性质稳定，氦还可以作为浮升气体。

氦的元素名来源于希腊文，原意是“太阳” 。1868年法国的杨森利用分光镜观察太阳表面，发现一条新的黄色谱线，并认为是属于太阳上的某个未知元素，故名氦。

2017年2月6日，中国南开大学的王慧田、周向锋团队及其合作者在《Nature Chemistry》上发表了有关在高压条件下合成氦钠化合物——Na₂He的论文 ，结束了氦元素无化合物的 历史 ，这标志着中国在稀有气体化学领域走向了最前端。

1868年8月18日，法国天文学家让桑赴印度观察日全食，利用分光镜观察日珥，从黑色月盘背面突出的红色火焰，看见有彩色的彩条，是太阳喷射出来的炽热的光谱。他发现一条黄色谱线，接近钠光谱总的D1和D2线。日蚀后，他同样在太阳光谱中观察到这条黄线，称为D3线。1868年10月20日，英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。

经过进一步研究，认识到是一条不属于任何已知元素的新线，是因一种新的元素产生的，把这个新元素命名为 helium，来自希腊文helios（太阳），元素符号定为He。这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。为了纪念这件事，当时铸造一块金质纪念牌，一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗（Apollo）像，另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像，下面写着：1868年8月18日太阳突出物分析。在詹逊从太阳光谱中发现氦时，英人J. N. Lockyer和E. F. Frankland认为这种物质在地球上还没有发现，因此定名为“氦”（法文为hélium，英文为helium），源自希腊语ήλιος，意为“太阳”。

过了20多年后，拉姆赛在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。由于他研究了这种气体的光谱，发现可能是詹森和洛克耶发现的那条黄线D3线。但由于他没有仪器测定谱线在光谱中的位置，他只有求助于当时最优秀的光谱学家之一的伦敦物理学家克鲁克斯。克鲁克斯证明了，这种气体就是氦。这样氦在地球上也被发现了。

在二十世纪初的几十年里，世界各国都在寻找氦气资源，在当时主要是为了充飞艇。但是到了二十一世纪，氦不仅用在飞行上，尖端科学研究，现代化工业技术，都离不开氦，而且用的常常是液态的氦，而不是气态的氦。液态氦把人们引到一个新的领域——低温世界。

英国物理学家杜瓦（Dewar）在1898年首先得到了液态氢。就在同一年，荷兰的物理学家卡美林·奥涅斯也得到了液态氢。液态氢的沸点是零下253 ，在这样低的温度下，其他各种气体不仅变成液体，而且都变成了固体。只有氦是最后一个不肯变成液体的气体。包括杜瓦和卡美林·奥涅斯在内的科学家们和决心把氦气也变成液体。

1908年7月13日晚，荷兰物理学家卡美林·奥涅斯（Heike Kamerlingh Onnes昂纳斯）和他的助手们在著名的莱顿实验室取得成功，氦气变成了液体。他第一次得到了320立方厘米的液态氦。

要得到液态氦，必须先把氦气压缩并且冷却到液态空气的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氦气就变成了液体。液态氦是一种与众不同的液体，其沸点为零下269 。在这样低的温度下，氢也变成了固体，与空气接触时，空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。

1934年，在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机，每小时可以制造4升液态氦。以后，液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。

含量分布

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氦存在于整个宇宙中，按质量计占23%，仅次于氢。但在自然界中主要存在于天然气体或放射性矿石中。在地球的大气层中，氦的浓度十分低，只有5.2万分之一。在地球上的放射性矿物中所含有的氦是α衰变的产物。氦在某些天然气中含有在经济上值得提取的量，最高可以含有7%，在美国的天然气中氦大约有1%，在地表的空气中每立方米含有4.6立方厘米的氦，大约占整个体积的0.0005%，密度只有空气的7.2分之一，是除了氢以外密度最小的气体。

地球上的氦主要是放射性元素衰变的产物，α粒子就是氦的原子核。在工业中可由含氦达7%的天然气中提取。也可由液态空气中用分馏法从氦氖混合气体中制得。

物理性质

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基本信息

氦的原子光谱

元素符号He，原子序数2，原子量4.002602（氦-4），为稀有气体的一种。元素名来源于希腊文，原意是“太阳”。

通电发光后的氦气

氦有两种天然同位素：氦-3、氦-4，自然界中存在的氦基本上是氦-4。相对原子质量为4.003。1868年有人利用分光镜观察太阳表面，发现一条新的黄色谱线，并认为是属于太阳上的某个未知元素，故名氦。氦在空气中的含量为0.0005%。

氦在通常情况下为无色、无味的气体；熔点-272.2 （25个大气压），沸点-268.9 ；密度0.1785g/L，临界温度-267.8 ，临界压力2.26大气压；水中溶解度8.61厘米³/千克水。

氦是惰性元素之一，分子式为He，是一种稀有气体，无色、无臭、无味。它在水中的溶解度是已知气体中最小的，也是除氢气以外密度最小的气体。密度0.17847g/L，熔点-272.2 （25个大气压）。沸点-268.9 。它是最难液化的一种气体，其临界温度为-267.9 。临界压力为2.25大气压。当液化后温度降到-270.98 以下时，具有表面张力很小，导热性很强，几乎不呈现任何粘滞性。液体氦可以用来得到接近绝对零度（-273.15 ）的低温。化学性质十分不活泼，既不能燃烧，也不能助燃。氦也是最难液化的气体。

氦在通常情况下为无色、无味的气体。是唯一不能在标准大气压下固化的物质。液态氦在温度下降至2.18K时，性质发生突变，成为一种超流体，能沿容器壁向上流动，热传导性为铜的800倍，并变成超导体；其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。

由于液氦的超低温，在此温度下出现了许多奇妙的物理现象。许多重要的物理实验，都要在低温下进行。世界各国的物理学家都在研究液态氦，希望通过液态氦达到更低的温度，研究各种物质在低温下会发生什么变化，会有什么我们还不知道的性质。这就产生了物理学的一个新的分支——低温物理学。