Question

求氦的发现史\特性\及所有有关知识

Answer 1

分类: 理工学科
解析:

1868年，天文学家在太阳的光谱中发现一条特殊的黄色谱线D3，这和早已知道的钠元素的D1和D2两条黄色谱线不同，由此预言在太阳中可能有一种未知元素存在。后来将这种元素命名为“氦”，意为“太阳元素”。

20多年后，拉姆赛证实了地球上也存在氦元素。1895年，美国地质学家希尔布兰德观察到钇铀矿放在硫酸中加热会产生一种不能自燃、也不能助燃的气体。他认为这种气体可能是氮气或氩气，但没有继续研究。拉姆赛知道这一实验后，用钇铀矿重复了这一实验，得到少量气体。在用光谱分析法检验该气体时，原以为能看到氩的谱线，却意外地发现一条黄线和几条微弱的其他颜色的亮线。拉姆赛把它与已知的谱线对照，没有一种同它相似。经过苦苦思索，终于想起27年前发现的太阳上的氦。氦的光谱正是黄线，如果这两条黄线能够重合，那么钇铀矿中放出的气体应是太阳元素氦了。

拉姆赛十分谨慎，请当时英国最著名的光谱专家克鲁克斯帮助检验，证实拉姆赛所得的未知气体即为“太阳元素”气体。1895年3月，拉姆赛在《化学新闻》上首先发表了在地球上发现氦的简报，同年在英国化学年会上正式宣布这一发现。后来，人们在大气中、水中、天然气中、石油气中以及铀和外的矿石中，甚至在陨石中也发现了氦。氦的性质与氩一样不活泼。

拉姆赛在发现氩和氦后，研究了它们的性质，测定了它们的相对原子质量。接着考虑它们在元素周期表的位置。按照相对原子质量的大小，氦应当排在氢和锂之间，但应当把它归在哪一类呢？除了氖以外，它跟已知的任何一种元素都不相似。1894年5月拉姆赛在给瑞利的信中写道：“你可曾想到，在周期表第一行最末的地方，还有空位留给气体元素这一件事呢。”他建议在化学元素同期表中列入一类新的化学元素，暂时让氦和氩做这一类元素的代表，后来就称为零族元素。

氦在空气中的体积分数约为0.00052%，即每1 000 L空气中含氦5 mL。有的地区的天然气中含氦量高达8%，我国于1960年建成从天然气制取氦的工厂。氦广泛存在于宇宙空间。太阳上有大量的氦，约占太阳总质量的1/4，为500亿亿亿吨左右。

氦是最难液化的一种“永久气体”，直到1908年，荷兰科学家昂纳斯才首次成功地使氦液化。液氦有许多奇特的现象。

液氦可以产生奇特的膜移动现象。我们知道水是不能沿玻璃上升的。可是，把一只空烧杯部分地浸入2.17K以下的液氦中，在烧杯内外表面会全部覆上一层很薄的液氦膜，这层液膜能“爬”上烧杯壁向烧杯内移动，直到烧杯内外液面高度相平为止，如果随后把烧杯提起来，液氦则由烧杯内向烧杯外移动，当烧杯完全脱离液面时，则看到有液氦从烧杯外壁滴下，液膜移动的速度可达30 cm/s左右，并跟液面差、移动路程的长度以及烧杯壁的高度无关。液氦这种液膜移动的奇特现象如何解释，目前还是一个谜。

氦是已知所有物质中沸点最低的，沸点是4.2 K。利用液氦可获得接近绝对零度的低温。方法是把一种“顺磁物质”放在液氦上面，几乎和液态氦相接触。两者间用氦气隔开，同时把整个系统的温度降到1K左右，然后把这个系统放在一个磁场里。这时，顺磁物质的分子就会平行于磁场的磁力线，整齐地排列起来，同时放出一些热。放出的热会由周围的氦轻度蒸发而消耗掉。接着，撤去磁场，顺磁物质的分子立即从有序变成无序排列。分子从有序变无序要吸热，热只能来自液氦，使液氦温度降低。这个步骤可以一次一次地重复进行，每重复一次，液氦温度就下降一次。后来美国化学家吉奥克又对这种方法作了改进，借助此法，于1957年获得0.00002K的低温，目前已获得0.000001 K的低温。在已知的所有物质中，只有氦在非常接近绝对零度时不会凝成固体。在低于1K时，施加25×1.01×105Pa压强，才能使液氦凝成固体。

氦气混在塑料、人造丝、合成纤维中，可制成非常轻盈的泡沫塑料、泡沫纤维，用于防震、保温、包装的新材料。

测算结果表明氦能参与化合反应

美国IBM公司研究中心的科学家通过精密的量子力学计算，得出稀有气体中惰性最大的氦，可能与氧化铍反应，生成一种稳定的化合物的结论。他们指出，氧化铍分子中的电子主要位于氧原子上，而使铍原子带正电荷。如果一个氦原子从背后接近氧化铍分子，那么就有足够强的正电荷吸引氦的两个电子，使之与铍共享。氦与铍形成给电子共价键，其产物是一种线型三原子分子—HeBeO。计算结果表明，这种分子一经形成，它必将稳定，尤其是在低温条件下。

日本名古屋大学地球物理学家发现，太阳和月亮的潮汐效应所引起的裂缝中压强的增加，可引起逸出气体中氦对氩比率出现周期性的可测定的变化。由潮汐效应引起的地球地壳的应变比地震引起的小100倍，因此他们认为，这种氦对氩比率可用作地壳的“应变计”，如果连续观测可能地震区逸出气体的比率变化，有可能预测地震。