氦——宇宙中最不活潑的元素

中文名：氦

元素符號：He

英文名：Helium

原子序數2，原子量4.002602（氦4），為稀有氣體的一種

當人們放飛充滿氦氣的氣球，借以放飛自己夢想的時候，殊不知一部分不可再生的寶貴資源在地球上永遠的消失瞭。盡管氦是宇宙中第二豐富的元素，但對於地球而言，氦是非常貧瘠、且不可再生的寶貴資源。讓我們先從氦的發現說起：

007fcc2cb5ac5ca55d3b1431149c46b2圖片來源於：http://images-of-elements.com/

1868年8月18日，法國天文學傢皮埃爾·讓森（Pierre Jules César Janssen）到英屬印度馬德拉斯州（現位於安得拉邦）的貢圖爾觀察日全食，並用光譜儀發現瞭一條波長為587.49 nm的亮黃色譜線。讓森擔心是儀器出瞭問題，於是再次對日珥進行光譜分析，觀察結果與之前一樣。他將這個發現寫信匯報給瞭法國科學院。由於交通條件所限，直到10月份信函才到達巴黎。

就在皮埃爾·讓森信件到達法國科學院同一天，英國天文學傢約瑟夫·諾曼·洛克耶（Joseph Norman Lockyer）爵士的信件也到達瞭法國科學院。原來同年10月20日，洛克耶在倫敦分析太陽光譜時，發現瞭相同的黃線，並對其命名為“D3”。法國天文學傢皮埃爾·讓森和英國天文學傢約瑟夫·諾曼·洛克耶爵士被公認為是氦元素的發現者。這是人類第一次在地球上尚未發現，但從外星體上先發現瞭的新的元素。英國天文學傢約瑟夫·諾曼·洛克耶爵士和英國化學傢愛德華·弗蘭克蘭（Edward Frankland）爵士共同以希臘語中的ἥλιος（helios，意思為“太陽”），為這一元素命名為Helium。

a5805b279487d186a0f75362ef963810圖片來源於網絡後再合成

1881年，意大利物理學傢路易吉·帕爾米耶裡（Luigi Palmieri）在分析維蘇威火山的巖漿時發現瞭氦的D3線，這是氦在地球上的首次發現記錄。但直到1895年3月26日，蘇格蘭化學傢威廉·拉姆塞（William Ramsay）爵士（這位偉大的化學傢會在以後講稀有氣體時多次提到）將釔鈾礦（一種瀝青鈾礦，其質量的10%為稀土元素）用酸處理，首次在地球上分離出氦。

為什麼人們一直以為在地球上是沒有氦元素？

為什麼在發現氦元素將近30年後才分離出氦？

首先，地球上的氦元素主要是單質氦氣形式存在，氦氣是惰性氣體，非常穩定，沒有穩定的化合物；第二氦原子核太輕瞭，地球的引力不足以吸引住氦原子，氦氣一旦進入大氣就會飄逸到宇宙之中；第三氦氣的溶解度很低，幾乎不溶於水。因此人類獲得氦氣的方法是開采被封存在地殼裡的氦氣，而這些氦氣主要由放射性物質衰變後釋放出來的。

dc99cb280c2f6b40b56c571ad22ab0b0圖片來源於http://pixabay.com/

氦對我們非常重要，有很多應用場景：

1、 低溫冷卻：氦的沸點是4.2開爾文，也就是零下268攝氏度，非常接近絕對零度。超低溫冷卻技術在超導技術等領域有較廣泛的應用，對前沿物理研究、磁共振成像技術（MRI），核磁共振技術（NMR）等領域發揮著重要作用。氦氣是目前唯一一種具有這些特性、而且能夠為我們所用的物質

2、 保護氣和檢驗分析：氦氣是惰性氣體，無毒無輻射，可以做保護氣和檢驗分析。氦氣常用於鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣；氦氣還應用於真空檢漏，氦質譜檢漏儀的重要組件

3、 氣球填充：氦氣的密度是0.1786kg每立方米，遠遠小於空氣密度1.29kg每立方米，而且化學性質極不活躍，比氫氣安全很多（興登堡氫氣飛艇爆炸事件），因此常常作為飛船或氣球的填充氣體

4、 用於潛水的氦氧混合氣體：由於潛水時巨大的水壓，正常空氣中的氮氣會被壓入血液，導致“醉氮反應”的發生，這是一種非常危險的情況，人體會在“醉氮”情況下像醉酒一樣頭暈眼花、反應遲鈍、失去判斷力。但是氦氧混合氣體就能有效避免這種情況發生，因為氦氣在高壓下也不會溶到人體血液裡

5、超流體：氦氣液化後當溫度降低到2.18開爾文（大約零下271攝氏度）時，性質會發生突變，粘度變得極小，可以沿著杯壁向上流動，這是一種超流體狀態，具有極好的流動性和導熱性

圖片來源於網絡

盡管氦在宇宙中是儲量第二豐富的元素，但在地球上卻很難保存，從氦元素的發現和分離史中就可以感受到氦元素得來不易。當我們想再次放飛氣球、放飛夢想時，會不會想到這些氦氣一旦進入大氣，它們將從地球上永遠消失，會不會放棄這個念頭呢？

（公眾號： Tc99 Enlightener）

原文鏈接：Tc99 Enlightener | 元素的故事 （二）氦——宇宙中最不活潑的元素

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