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氦的性質(zhì)與用途

2021/7/28 14:33:05
氦是一種化學(xué)元素,其化學(xué)符號為He,原子序數(shù)為2,原子量為4.002602 u。是一種無色,無臭,無味,的惰性單原子氣體。同時,在元素周期表上,為VIIIA族,第18族。它也是稀有氣體的個元素。沸點為所有元素中最低的。繼氫原子之后,氦是可觀宇宙中第二輕且含量第二高的元素,在全宇宙的質(zhì)量中大約占了24%,是其他較重雙原子分子的12倍。它的總含量和太陽或木星內(nèi)的比例十分相似。

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發(fā)現(xiàn)

首個證明氦存在的證據(jù)是太陽色球的發(fā)射光譜中的一條亮黃色譜線。1868年8月18日,法國天文學(xué)家皮埃爾·讓森在印度的貢土爾觀測日全食時,發(fā)現(xiàn)了這條波長為587.49 nm的譜線。起初人們推測這條譜線來自鈉。同年10月20日,英國天文學(xué)家約瑟夫·諾曼·洛克耶在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了一條黃線。由于這條譜線的波長和夫朗和斐譜線中鈉產(chǎn)生的D1線和D2的波長相似,洛克耶將其命名為D3線。他還提出這條譜線來自太陽上的一種尚未在地球上發(fā)現(xiàn)的元素。洛克耶和英國化學(xué)亨利·愛德華·阿姆斯特朗(英文:Edward Frankland)以希臘語中的?λιο?(helios,意為“太陽”)一詞,將這一元素命名為Helium.

性質(zhì)

氦氣在所有氣體中最難液化,沸點僅為4.22K,這源于氦極低的極性。同時,氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質(zhì),也沒有固-液-氣三相點。基于類似的原因,氦在水中的溶解度也極小,20°C時每升水中僅能溶解8.61毫升。

液氦在溫度降至2.178 K(?271 ℃)時,性質(zhì)會發(fā)生突變,粘度極小,能形成只有幾個原子厚度的薄膜,發(fā)生無粘度流動,成為一種超流體,稱為氦(II),正常的液氦稱作氦(I)。這種氦(II)的表面張力很小,能沿容器壁向上流動,直到兩邊液面等高。此時的氦熱傳導(dǎo)性為銅的800倍,成為導(dǎo)熱性能極佳的熱導(dǎo)體。其比熱容、壓縮性等都是反常的。液氦的另一重要性質(zhì)是能穿透許多常見材料,如PVC、橡膠與大部分玻璃,所以玻璃杜瓦瓶無法用于液氦的操作。

氦的化學(xué)性質(zhì)很不活躍,一般狀態(tài)下不會和其它物質(zhì)反應(yīng),但目前已獲得在高于113GPa壓力下熱力學(xué)穩(wěn)定的Na2He,并且可能存在15GPa條件下結(jié)構(gòu)類似的Na2HeO。

用途

由于氦很輕,而且不易燃,因此它可用于填充飛船、氣球、溫度計、電子管、潛水服等。也可用于原子反應(yīng)堆和加速器、激光器、冶煉和焊接時的保護氣體,還可用來填充燈泡和霓虹燈管,也用來制造泡沫塑料。

由于氦在血液中的溶解度很低,因此可以加到氧氣中防止減壓病,作為潛水員的呼吸用氣體,或用于治療氣喘和窒息。

液體氦的溫度(-268.93℃)接近絕對零度(-273.15℃),因此它在超導(dǎo)研究中用作超流體,制造超導(dǎo)材料。液態(tài)氦還常用做冷卻劑和制冷劑。在醫(yī)學(xué)中,用于氬氦刀以治療癌癥。

它還可以用作人造大氣層和鐳射媒體的組成部分。

由于化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定,一般不與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),氦氣也用于防腐,毛澤東水晶棺內(nèi)的氣體即為氦氣。

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