元素

氦 Helium -比空气轻! 超导磁体的冷却剂

说道氦气、这是一种可以改变声调的很不可思议的气体。相信读者中肯定有尝试过的人。而在应用中,氦气常常是作为一些分析器械的冷却材料必不可少的。

氦的基本物理性质

分类 非金属、稀有气体
原子序号・原子量 2 (4.002602)
电子配置 1s2
密度 0.1785kg/m3
融点 –272.2℃
沸点 –268.93℃
硬度
色・形状 无色・气体
存在度 地球 —、宇宙2.72 x 109
克拉克值 8×10-7%
发现者 E.Edward Frankland(1868年)
主要的同位素 3He(0.000137%%)、4H3(99.9998630%)、6He(β, 0.807秒)
用途例 冷却材料(液体He)、浮旋气体(He)、氧气瓶(O2 +He)
前后的元素

沸点最低的元素

氦元素是1868年英国的天文学家Lockyer在印度观察日食的时候,从太阳光的谱线中发现的。因此,氦Helium的名字来自于希腊语中意思是太阳的helios。

氦气无色无味,在所有元素中是沸点最低的元素。绝对零度达到ー273.15℃,氦气仍然是液体状态,不加压的话无法形成固体。

氦的宇宙存量仅次于氢元素,处于第二位、但是在空气中确实极其稀有。因此,工业使用的氦,都是从某些特定地域产出的天然气中分离制备的。

对于名字来源这个话题其实有一个小故事,我们知道「〜um」这个后缀通常出现在金属元素中,而Helium其实在最初发现的时候被误认为是一种金属。本来应该被叫做helion的。究其原因,稀有气体元素的结尾词是-on(比如argon, neon, krypton, xenon)。实际上也有人主张应该改回helion这个名字,但是最终没有通过。

Sir Joseph Norman Lockyer

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Norman Lockyer

1836-1920年。英国的天文学家。其对太阳黑子的研究很有名。1869年就是这位牛人创办了Nature。1913年为了纪念他,设立了Norman Lockyer天文台。

可以使得气球与飞船飘起来的气体。

氦气是仅次于氢气的第二轻的气体。由于比空气轻,因此气球里面充满氦气后可以飞起来。

最早都是用的氢气,所以叫氢气球,但是由于氢气遇到明火会爆炸,具有一定危险性,所以现在街上卖的*氢气球*里面其实都是氦气。

氦气是惰性气体,稳定,安全。

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可以改变声音的气体ー为什么能变声?

玩过的人都知道,吸一口氦气后,会发现自己的声音变了。不明所以的人可能会觉得是不是氦气具有刺激 or 麻痹的作用?

其实不然。

氦气是对人无害的,而且氦气比空气密度小,使得声带产生的声音的传递速度变快,从而声音的波长变短,使得听到的声音的音调变高所致。但是这里要注意的是,在喷雾罐里面装的是氦气与氧气的混合气体,而气球中装的是100%的氦气,因此气球中的氦气是不能直接吸的!切记切记!

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与超导发现紧密相关的冷却剂-氦气

氦气在所有元素中熔点,沸点都是最低的,所以很难被液化。

1908年、荷兰的科学家Kamerlingh Onnes 终于通过反复冷却加压成功得到了液化后的氦。

液化温度約–269℃,这是个惊人的低温!通过这个发现,人类最强的冷却剂就此产生了。

利用该冷却剂,研究极低温下金属的物理性质,最终在1911年,有研究团队发现在某个温度的时候,谁引得电抵抗突然消失了,也就是人类第一次发现了超导现象

现在,相比于高温超导体的发现来说,开发廉价的液体氦的替代品是研究的热点,因为液氦实在是太贵了。。。

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液氦作为冷却剂,是500km/h以上的超导磁悬浮列车,MRI以及NMR这些高尖端的仪器中不可缺少的。

 

氦不足?脱氦的道路

氦气只存在于美国,卡塔尔,阿尔及利亚,英国,俄罗斯等六国,是非常非常稀有的一种资源。而很多产业又需要用到氦。有报道表明,从2012年后半年开始,全球就面临着氦气不足的难题,并且氦气球已经被禁止出售。2016年,也就是今年的推测表明,氦的仅仅还能持续开采25年。所以寻找氦的替代品将成为一个大课题。

 

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LuWenjie

LuWenjie

京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。

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