化學元素解釋：

概述

氦是一種化學元素，它的化學符號是He，它的原子序數是2，是一種無色的惰性氣體，放電時發深黃色的光。在常溫下，它是一種極輕的無色、無臭、無味的單原子氣體。氦氣是所有氣體中最難液化的，是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。氦的化學性質非常不活潑，一般狀態下很難和其他物質發生反應。

液態氦在溫度下降至2.18K時，性質會發生突變，粘度極小，成為一種超流體，能沿容器壁向上流動，熱傳導性為銅的800倍，成為導熱性能極佳的熱導體，其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。這種異常的液體叫做液氦II，正常的液態氦氣叫做液氦I。

發現過程

1868年，法國的楊森，最初從日冕光譜內發現太陽中有新元素，即氦。1895年英國科學家拉姆賽用光譜證明就是氦。以后又陸續從其他礦石、空氣和天然氣中發現了氦。氦在地殼中的含量極少，在整個宇宙中按質量計占23%，僅次于氫。氦在空氣中的含量為0.0005%。氦有兩種天然同位素：氦3、氦4，自然界中存在的氦基本上全是氦4。

1868年8月18日，法國天文學家詹森赴印度觀察日全食，利用分光鏡觀察日珥，從黑色月盤背面如出的紅色火焰，看見有彩色的彩條，是太陽噴射出來的幟熱其他的光譜。他發現一條黃色譜線，接近鈉光譜總的D1和D2線。日蝕后，他同樣在太陽光譜中觀察到這條黃線，稱為D3線。1868年10月20日，英國天文學家洛克耶也發現了這樣的一條黃線。

經過進一步研究，認識到是一條不屬于任何已知元素的新線，是因一種新的元素產生的，把這個新元素命名為 helium，來自希臘文helios(太陽)，元素符號定為He。這是第一個在地球以外，在宇宙中發現的元素。為了紀念這件事，當時鑄造一塊金質紀念牌，一面雕刻著駕著四匹馬戰車的傳說中的太陽神阿波羅(Apollo)像，另一面雕刻著詹森和洛克耶的頭像，下面寫著：1868年8月18日太陽突出物分析。

20多年后，萊姆塞在研究釔鈾礦時發現了一種神秘的氣體。由于他研究了這種氣體的光譜，發現可能是詹森和洛克耶發現的那條黃線D3線。但由于他沒有儀器測定譜線在光譜中的位置，他只有求助于當時最優秀的光譜學家之一的倫敦物理學家克魯克斯。克魯克斯證明了，這種氣體就是氦。這樣氦在地球上也被發現了。

性質

氦在通常情況下為無色、無味的氣體;熔點-272.2°C(25個大氣壓)，沸點-268.9°C;密度0.1785克/升，臨界溫度-267.8°C，臨界壓力2.26大氣壓;水中溶解度8.61厘米?/千克水。氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。液態氦在溫度下降至2.18K時，性質發生突變，成為一種超流體，能沿容器壁向上流動，熱傳導性為銅的800倍，并變成超導體;其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。

氦是最不活潑的元素，基本上不形成什么化合物。氦的應用主要是作為保護氣體、氣冷式核反應堆的工作流體和超低溫冷凍劑等等。

地殼中含量：0.008(ppm)

原子體積:19.5(立方厘米/摩爾)

元素在太陽中的含量:230000(ppm)

元素在海水中的含量:0.000006

外圍電子排布:1s2

電離能(kJ/ mol)

M - M+ 2372.3

M+ - M2+ 5250.4

核外電子排布:2

晶體結構：晶胞為六方晶胞。

熱導率:151.3 W/(m·K)

常見化合價:0

元素類型：非金屬

分布

氦存在于整個宇宙中，按質量計占23%。但在自然界中主要存在于天然氣體或放射性礦石中。在地球上的放射性礦物中所含有的氦是α衰變的產物。氦在某些天然氣中含有在經濟上值得提取的量，最高可以含有7%，在美國的天然氣中氦大約有1%，在地表的空氣中每立方米含有4.6立方厘米的氦，大約占整個體積的0.0005%，密度只有空氣的7.2分之一，是除了氫以外密度最小的氣體。

來源及用途

氦 ，是惰性元素之一。其單質氦氣，分子式為 He，是一種稀有氣體，無色、無臭、無味。它在水中的溶解度是已知氣體中最小的，也是除氫氣以外密度最小的氣體。密度0.17847克/升，熔點-272.2℃(26個大氣壓)。沸點-268.9℃。它是最難液化的一種氣體，其臨界溫度為-267.9℃。臨界壓力為2.25大氣壓。當液化后溫度降到-270.98℃以下時，具有表面張力很小，導熱性很強，幾乎不呈現任何粘滯性。液體氦可以用來得到接近絕對零度(-273.15℃)的低溫。化學性質十分不活潑 ，既不能燃燒，也不能助燃。

元素來源：氦是放射性元素分裂的產物，α質點就是氦的原子核。在工業中可由還氦達7%的天然氣中提取。也可由液態空氣中用分餾法從氦氖混合氣體中制得。

元素用途：用它填充電子管、氣球、溫度計和潛水服等。也用于原子核反應堆和加速器、冶煉、和焊接時的保護氣體。

液態氦

在本世紀初的幾十年里，世界各國都在尋找氦氣資源，在當時主要是為了充飛艇。但是到了今天，氦不僅用在飛 行上，尖端科學研究，現代化工業技術，都離不開氦，而且用的常常是液態的氦，而不是氣態的氦。液態氦把人們引到一個新的領域——低溫世界。

英國物理學家杜瓦在1898年首先得到了液態氫。就在同一年，荷蘭的物理學家卡美林?奧涅斯也得到了液態氫。液態氫的沸點是零下253攝氏度，在這樣低的溫度下，其他各種氣體不僅變成液體，而且都變成了固體。只有氦是最后一個不肯變成液體的氣體。卡美林?奧涅斯決心把氦氣也變成液體。

1908年7月，卡美林?奧涅斯成功了，氦氣變成了液體。他第一次得到了320立方厘米的液態氦。要得到液態氫，必須先把氫氣壓縮并且冷卻到液態空氣的溫度，然后讓它膨脹，使溫度進一步下降，氫氣就變成了液體。

液態氦是透明的容易流動的液體，就像打開了瓶塞的汽水一樣，不斷飛濺著小氣泡。液態氦是一種與眾不同的液體，它在零下269攝氏度就沸騰了。在這樣低的溫度下，氫也變成了固體，千萬不要使液態氦和空氣接觸，因為空氣會立刻在液態氦的表面上凍結成一層堅硬的蓋子。1934年，在英國盧瑟福那里學習的前蘇聯科學家卡比查發明了新型的液氦機，每小時可以制造4升液態氦。以后，液態氦才在各國的實驗室中得到廣泛的研究和應用。

在今天，液態氦在現代技術上得到了重要的應用。例如要接收宇宙飛船發來的傳真照片或接收衛星轉播的電視信號，就必須用液態氦。接收天線末端的參量放大器要保持在液氦的低溫下，否則就不能收到圖像。卡美林?奧涅斯是第一個得到液氦的科學家。他并不滿足，還想使溫度進一步降低，以得到固態氦。他沒有成功(固態氦是1926年基索姆用降低溫度和增大壓力的方法首先得到的)，卻得到了一個沒有預料到的結果。 對于一般液體來說，隨著溫度降低，密度會逐漸增加。卡美林?奧涅斯使液態氦的溫度下降，果然，液氦的密度增大了。但是，當溫度下降到零下271攝氏度的時候，怪事出現了，液態氦突然停止起泡，變成像水晶一樣的透明，一動也不動，好像一潭死水，而密度突然又減小了。這是另一種液態氦。卡美林?奧涅斯把前一種冒泡的液態氦叫做氦Ⅰ，而把后一種靜止的液態氦做氦Ⅱ。 把一個小玻璃杯按在氦Ⅱ中。玻璃杯本是空的，但是過了一會，杯底出現了液態氦，慢慢地漲到跟杯子外面的液態氦一樣平為止。

目前，世界各國的物理學家還在研究液態氦，希望通過液態氦達到更低的溫度，研究各種物質在低溫下會發生什么奇妙的變化，會有什么我們目前還不知道的性質。這就產生了物理學的一個新的分支——低溫物理學。氦，這個奇妙的物質，一直在引起科學家們的注意。科學家們繼續研究氦，通過科學實驗，不斷地為氦寫下一頁又一頁新的歷史。

物理學家不僅僅得到了液態氦，還得到了固態氦，他們正在向絕對零度進軍(物理學把零下273.16攝氏度叫做絕對零度。這個溫度標叫做絕對溫標，用K表示。OK就是-273.16℃，而273.16K就是0℃)。從理論上講，絕對零度是達不到的，但是可以不斷接近它。液態氫的沸點是絕對溫標20.2度，液態氦的沸點是絕對溫標4.2度。在絕對溫標2.19度的時候，氦Ⅰ變為氦Ⅱ。1935年，利用“絕熱去磁”法，使液態氦冷到絕對溫標0.0034度;1957年，達到絕對溫標0.00002度;目前已達到跟絕對零度只相差0.000001度了。

天文學家也繼續研究著太陽元素。太陽上的氫“燃燒”變成了氦，以后的命運又如何呢?他們發現宇宙間有一些比太陽更熾熱的恒星，中心溫度達到幾億度。在這些恒星的核心，氫原子核已經都變成了氦原子核，氦原子核又相互碰撞，正在生成著碳原子核和氧原子核，同時放出大量的能。這類恒星橡心臟一樣，一會兒膨脹，一會兒收縮，很有規律。為什么會這樣?這也是因為氦在起作用。天文學家還研究了銀河系內氫的含量和氦的含量的比值。根據這個比值，有人估算了銀河系的年齡有一二百億年。

現時已知的氦同位素有八種，包括氦3、氦4、氦5、氦6、氦8等，但只有氦3和氦4是穩定的，其余的均帶有放射性。在自然界中，氦同位素中以氦4占最多，多是從其他放射性物質的α衰變，放出氦4原子核而來。而在地球上，氦3的含量極少，它們均是由超重氫(氚)的β衰變所產生。

氦氣

利用其-268.9℃的低沸點，液氦可以用于超低溫冷卻。在懸浮列車等領域中廣受關注的超導體應用中，氦氣是不可或缺的。此外，由于化學性質不活潑和輕于空氣等特征，氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體，這一用途也是眾所周知的。在海洋開發領域的呼吸用混合氣體中，以及醫療領域的核磁共振成像設備的超導電磁體冷卻的用途中，氦氣都得到廣泛的應用。 使用氦氣的機器設備，氦氣冷凍機 。

主要性質：在室溫和大氣壓力下，氦是無色、無嗅、無味的 氣體。它在干空氣中的體積含量為5.24×10-6。氦不能僅靠將飽和液體冷卻到絕對零度而固化。要使氦固化，必須施以相應壓力。在2.173K，氦將或多少從正常液體轉變成一種具有獨特性質的流體。溫度高于2.173K的液體稱為氦Ⅰ。低于此溫度的液體稱為氦Ⅱ。氦Ⅱ為超流體。它的熵為零，熱導率極高，黏度幾乎為零。氦是單原子氣體，化學性質不活潑。通常條件下不與其它元素和化合物反應。