氦






body.skin-minerva .mw-parser-output table.infobox caption{text-align:center}































































































































氦   2He





















































































































































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氫（非金屬）

氦（惰性氣體）

鋰（鹼金屬）
鈹（鹼土金屬）

硼（類金屬）
碳（非金屬）
氮（非金屬）
氧（非金屬）
氟（鹵素）
氖（惰性氣體）

鈉（鹼金屬）
鎂（鹼土金屬）

鋁（貧金屬）
矽（類金屬）
磷（非金屬）
硫（非金屬）
氯（鹵素）
氬（惰性氣體）

鉀（鹼金屬）
鈣（鹼土金屬）

鈧（過渡金屬）
鈦（過渡金屬）
釩（過渡金屬）
鉻（過渡金屬）
錳（過渡金屬）
鐵（過渡金屬）
鈷（過渡金屬）
鎳（過渡金屬）
銅（過渡金屬）
鋅（過渡金屬）
鎵（貧金屬）
鍺（類金屬）
砷（類金屬）
硒（非金屬）
溴（鹵素）
氪（惰性氣體）

銣（鹼金屬）
鍶（鹼土金屬）


釔（過渡金屬）
鋯（過渡金屬）
鈮（過渡金屬）
鉬（過渡金屬）
鎝（過渡金屬）
釕（過渡金屬）
銠（過渡金屬）
鈀（過渡金屬）
銀（過渡金屬）
鎘（過渡金屬）
銦（貧金屬）
錫（貧金屬）
銻（類金屬）
碲（類金屬）
碘（鹵素）
氙（惰性氣體）

銫（鹼金屬）
鋇（鹼土金屬）
鑭（鑭系元素）
鈰（鑭系元素）
鐠（鑭系元素）
釹（鑭系元素）
鉕（鑭系元素）
釤（鑭系元素）
銪（鑭系元素）
釓（鑭系元素）
鋱（鑭系元素）
鏑（鑭系元素）
鈥（鑭系元素）
鉺（鑭系元素）
銩（鑭系元素）
鐿（鑭系元素）
鎦（鑭系元素）
鉿（過渡金屬）
鉭（過渡金屬）
鎢（過渡金屬）
錸（過渡金屬）
鋨（過渡金屬）
銥（過渡金屬）
鉑（過渡金屬）
金（過渡金屬）
汞（過渡金屬）
鉈（貧金屬）
鉛（貧金屬）
鉍（貧金屬）
釙（貧金屬）
砈（類金屬）
氡（惰性氣體）

鍅（鹼金屬）
鐳（鹼土金屬）
錒（錒系元素）
釷（錒系元素）
鏷（錒系元素）
鈾（錒系元素）
錼（錒系元素）
鈽（錒系元素）
鋂（錒系元素）
鋦（錒系元素）
鉳（錒系元素）
鉲（錒系元素）
鑀（錒系元素）
鐨（錒系元素）
鍆（錒系元素）
鍩（錒系元素）
鐒（錒系元素）
鑪（過渡金屬）
𨧀（過渡金屬）
𨭎（過渡金屬）
𨨏（過渡金屬）
𨭆（過渡金屬）
䥑（預測為過渡金屬）
鐽（預測為過渡金屬）
錀（預測為過渡金屬）
鎶（過渡金屬）
鉨（預測為貧金屬）
鈇（貧金屬）
鏌（預測為貧金屬）
鉝（預測為貧金屬）
Ts（預測為鹵素）
Og（預測為惰性氣體）

–
↑
氦
↓
氖

氢 ← 氦 → 锂


外觀

无色气体，高压电场下发橙红色光


氦的光谱线
概況
名稱·符號·序數
氦（helium）·He·2
元素類別
稀有气体

族·週期·區
18 ·1·s
標準原子質量
4.002602（2）
電子排布

1s2
2


氦的电子層（2）
歷史
發現
皮埃尔·让森, 约瑟夫·诺曼·洛克耶（英语：Norman Lockyer）（1868年）
分離
威廉·拉姆齐，皮·特奥多尔·克利夫（英语：Per Teodor Cleve），尼尔斯·朗勒特（英语：Abraham Langlet）（1895年）
物理性質
物態
气态
密度
（0 °C, 101.325 kPa）
0.1786 g/L

熔點時液體密度
0.145 g·cm−3

沸點時液體密度
0.125 g·cm−3
熔點
(at 2.5 MPa) 0.95 K，−272.20 °C，−457.96 °F
沸點
4.222 K，−268.928 °C，−452.070 °F
三相點
2.177 K（−271 °C），5.043 kPa
臨界點
5.1953 K，0.22746 MPa
熔化熱
0.0138 kJ·mol−1
汽化熱
0.0829 kJ·mol−1
比熱容
5R/2 = 20.786 J·mol−1·K−1

蒸氣壓（(由ITS-90定义)）





















壓/Pa
 1
 10
 100
 1 k
 10 k
 100 k
溫/K
  
  
 1.23
 1.67
 2.48
 4.21

原子性質
氧化態
0
電負性
N/A（鲍林标度）
電離能

第一：2372.3 kJ·mol−1


第二：5250.5 kJ·mol−1
共價半徑
28 pm
范德華半徑
140 pm
雜項
晶體結構
六方密堆积
磁序
抗磁性[1]
熱導率
0.1513 W·m−1·K−1
聲速
972 m·s−1
CAS號 7440-59-7
最穩定同位素

主条目：氦的同位素

































同位素
丰度
半衰期 (t1/2)
衰變

方式
能量（MeV）
產物

3He
 0.000137%*
穩定，帶1個中子

4He
 99.999863%*
穩定，帶2個中子

5He
 人造
 7×10-22 秒
n
 -
4He

  • *为大气层中的数值；其它地方可能有所不同。

氦（希臘語：ἥλιος，转写：Helios，直译：太陽；英语：Helium；舊譯作氜）是一种化学元素，其化学符号是He，原子序数是2，是一种无色的惰性气体，放电时发橙红色的光。在常温下，氦是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子气体。氦在空氣中含量較少，但在宇宙中是豐度第二高的元素，佔全宇宙物質質量的24%。




目录






  • 1 发现


  • 2 名称由来


  • 3 分布


  • 4 性質


  • 5 制备


  • 6 同位素


  • 7 用途


  • 8 其他


    • 8.1 對聲音的影響


    • 8.2 過度使用所產生的問題




  • 9 參見


  • 10 参考文献





发现


首个证明氦存在的证据是太阳色球的发射光谱中的一条亮黄色谱线。1868年8月18日，法国天文学家皮埃尔·让森在印度的貢土爾观测日全食时，发现了这条波长为587.49 nm的谱线。[2][3]起初人们推测这条谱线来自钠。同年10月20日，英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耶（英语：Norman Lockyer）在太阳光谱中发现了一条黄线。由于这条谱线的波长和夫朗和斐譜線中钠产生的D1线和D2的波长相似，洛克耶将其命名为D3线。[4]他还提出这条谱线来自太阳上的一种尚未在地球上发现的金屬[來源請求]元素。洛克耶和英国化学家爱德华·弗兰克兰（英语：Edward Frankland）以希腊语中的ἥλιος（helios，意为“太阳”）一词，将这一元素命名为Helium.[5][6][7]



光谱图，特别标出了亮黄色、蓝色和紫色谱线。

氦的谱线


1882年，意大利物理学家路易吉·帕尔米耶里（英语：Luigi Palmieri）在分析维苏威火山的岩浆时发现了氦的D3线，这是氦在地球上的首次发现记录。[8]




地层氦的发现者威廉·拉姆齐爵士


1895年3月26日，苏格兰化学家威廉·拉姆齐爵士将钇铀矿（英语：cleveite）（一种瀝青鈾礦，其质量的10%为稀土元素）用酸处理，首次在地球上分离出氦。拉姆齐当时在寻找氩，他用硫酸处理矿物，分离释放出的气体中的氮和氧。在剩下的气体中，他发现了一条和太阳光谱中的D3线吻合的黄色谱线。[4][9][10][11]洛克耶和英国物理学家威廉·克鲁克斯鉴定了这一气体样品，证明了它是氦气，且氦非金屬元素。同一年，两位化学家皮·特奥多尔·克利夫（英语：Per Teodor Cleve）和尼尔斯·朗勒特（英语：Abraham Langlet）在瑞典乌普萨拉独立从钇铀矿中分离出氦；他们收集的氦足以测定这一元素的原子量。[3][12][13]在拉姆齐分离氦之前，美国地质化学家威廉·弗朗西斯·希尔布兰德（英语：William Francis Hillebrand）同样注意到一份沥青铀矿样品中的一条不寻常的谱线，并从中分离出氦；但他认为这些谱线来自氮气。他致拉姆齐的贺信是科学史上“发现”和“邻近发现”的一个有趣例子。[14]


1907年，欧内斯特·卢瑟福与托马斯·罗伊兹（英语：Thomas Royds）让α粒子穿透玻璃壁进入真空管，向管中放电后观察管内气体的发射光谱，证明α粒子就是氦核。1908年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯将氦冷却至不到1K的低温，从而首次制得液态氦。[15]他还试着将氦固化，但是氦没有固、液、气三相平衡的三相点，因此他的尝试没有成功。1926年，昂内斯的学生威廉·亨德里克·科索姆（英语：Willem Hendrik Keesom）在低温下向氦加压，制得了1 cm3的固态氦。[16]




處於超流相的液氦，會在杯身內面向上緩慢攀爬，攀越過杯口，然後在杯身外面向下緩慢滑落，集結在一起，形成一滴液氦珠，最後滴落在下面的液氦裏。這樣，液氦會一滴一滴的滴落，直到杯子完全流空為止。


1938年，苏联物理学家彼得·列昂尼多维奇·卡皮察发现氦-4在接近绝对零度时几乎没有粘度，从而发现了今天所说的超流体。[17]这一现象和玻色-爱因斯坦凝聚有关。1972年，美国物理学家道格拉斯·奥谢罗夫、戴维·李、以及罗伯特·科尔曼·理查森发现氦-3也有超流体现象，但所需的温度比氦-4低得多。氦-3的超流体现象被认为和氦-3费米子配对形成玻色子有关，这种配对和超导体中电子形成的库珀对类似。[18]



名称由来


在皮埃尔·让森从太阳光谱中发现氦时，英国人洛克耶（J. N. Lockyer）和弗兰克兰（E. F. Frankland）认为这种物质在地球上还没有发现，因此定名为“氦”（法文为hélium，英文为helium），源自希腊语ήλιος，意为“太阳”。


在中文里，晚清时由传教士创办的益智书会译作“氜”（读作“日”），以表示从太阳光中发现的气态元素。1915年，由中华民国教育部颁布的《无机化学命名草案》则采用发音与英文更为一致的“氦”，并沿用至今。[19]



分布


氦存在于整个宇宙中，按质量计占23%。但在自然界中主要存在于天然气或放射性矿石中。在地球大氣層中，氦的濃度十分低，只有体积比百万分之5.2。在地球上的放射性矿物中所含的氦是α衰变的产物。氦在某些天然气中含有在经济上值得提取的量，最高可以含有7%，在美国的天然气中氦大约有1%。在地表的空气中每立方米含有4.6立方厘米的氦，大约占整个体积的0.0005%，密度只有空气的7.2分之一，是除了氢以外密度最小的气体。



性質


氦气是所有气体中最难液化的，沸點僅為4.22K，這源於氦極低的極性。同時，氦是唯一不能在标准大气压下固化的物质，也沒有三相點。基於類似的原因，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。


液氦在温度降至2.178 K（−271 ℃）时，性质会发生突变，粘度极小，能形成只有几个原子厚度的薄膜，发生无粘度流动，成为一种超流体，稱為氦(II)，正常的液氦稱作氦(I)。这种氦(II)的表面张力很小，能沿容器壁向上流动，直到兩邊液面等高。此時的氦热传导性为铜的800倍，成為導熱性能極佳的熱導體。其比热容、压缩性等都是反常的。液氦的另一重要性質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於液氦的操作[20]。


氦的化学性质非常不活泼，一般状态下不會和其他物质发生反应，但目前已获得在高于113GPa压力下热力学稳定的Na2He，并且可能存在15GPa条件下结构类似的Na2HeO。[21]



制备



  1. 天然气分离法：工业上，主要以含有氦的天然气为原料，反复进行液化分馏，然后利用活性炭进行吸附提纯，得到纯氦。


  2. 合成氨法：在合成氨中，从尾气经分离提纯可得氦。

  3. 空气分馏法：从液态空气中用分馏法从氖氦混合气中提出。

  4. 铀矿石法：将含氦的铀矿石经过焙烧，分离出气体，再经过化学方法，除去水蒸气、氢气和二氧化碳等杂质提纯出氦。



同位素


主条目：氦的同位素

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，其餘的均帶有放射性。在自然界中，氦同位素中以氦4佔最多，多是從其他放射性物質的α衰變放出α粒子（氦4原子核）而來。氦3的含量在地球上極少，而在月球上储量巨大，它們均是由超重氫（氚）的β衰變所產生。



用途




充滿氦氣，形似氦化學符號（He）的充氣放电管


由于氦很轻，而且不易燃，因此它可用于填充飞艇、气球、温度计、电子管、潛水服等。也可用于原子反应堆和加速器、激光器、冶炼和焊接时的保护气体，还可用来填充灯泡和霓虹灯管，也用来制造泡沫塑料。


由于氦在血液中的溶解度很低，因此可以加到氧气中防止减压病，作为潜水员的呼吸用气体，或用於治療氣喘和窒息。


液体氦的温度（-268.93 °C）接近绝对零度（-273℃），因此它在超导研究中用作超流体，制造超导材料。液态氦还常用做冷却剂和制冷剂。在医学中，用于氩氦刀以治疗癌症。


它还可以用作人造大气层和镭射媒体的组成部分。


由于化学性质极其稳定，一般不与其它物质发生反应，氦气也用于防腐，毛泽东水晶棺内的气体即为氦气[22]。



其他



對聲音的影響


因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍，这会改变人的声带的共振态，于是使得吸入氦氣的人說話的聲音的频率變高。這個有趣的現象使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣，就好像舊時代的卡通人物一樣[23]，與吸入六氟化硫後聲音變粗正好相反。这种现象经常被错误地解释为音速的提高直接导致声音频率的增加，或者氦气使得声带振动变快。



過度使用所產生的問題


需要注意的是，如果大量吸入氦氣，會造成体内氧气被氦取代，因而发生缺氧（呼吸反射是受体内过量二氧化碳驱动，而对缺氧并不敏感），嚴重的甚至會死亡。2015年1月28日，日本少女偶像團體3B junior的一名成員在參加BS朝日的綜藝節目錄影時，因玩變聲遊戲吸入氦氣後失去意識陷入昏迷，被送醫治療[24][25]。同年4月21日，台灣藝人楊又穎吸入過量氦氣自殺身亡。[26]


另外，如果是由高壓氣瓶中直接吸入氦氣，那麼其高流速就會嚴重地破壞肺部組織。大量而高壓的氦和氧會造成高壓緊張症候群（英语：High pressure nervous syndrome），不過少量的氮就能夠處理這個問題。



參見



  • 反氦

  • 氦-3

  • 氦-4

  • 氦-5



参考文献





  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的存檔，存档日期2012-01-12., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.


  2. ^ Kochhar, R. K. French astronomers in India during the 17th – 19th centuries. Journal of the British Astronomical Association. 1991, 101 (2): 95–100. Bibcode:1991JBAA..101...95K. 


  3. ^ 3.03.1 Emsley, John. Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. 2001: 175–179. ISBN 0-19-850341-5. 


  4. ^ 4.04.1 Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Van Nostrand Reinhold. 1968: 256–268. ISBN 0-442-15598-0. 


  5. ^ Sir Norman Lockyer – discovery of the element that he named helium 页面存档备份，存于互联网档案馆" Balloon Professional Magazine, 7 August 2009.


  6. ^ Helium. Oxford English Dictionary. 2008 [2008-07-20]. 


  7. ^ Thomson, William. Inaugural Address of Sir William Thompson. Nature. Aug 3, 1871, 4 (92): 261–278 [268]. Bibcode:1871Natur...4..261.. doi:10.1038/004261a0. Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium 


  8. ^ Stewart, Alfred Walter. Recent Advances in Physical and Inorganic Chemistry. BiblioBazaar, LLC. 2008: 201. ISBN 0-554-80513-8. 


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  10. ^ Ramsay, William. Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part I. Proceedings of the Royal Society of London. 1895, 58 (347–352): 80–89. doi:10.1098/rspl.1895.0010. 


  11. ^ Ramsay, William. Helium, a Gaseous Constituent of Certain Minerals. Part II--. Proceedings of the Royal Society of London. 1895, 59 (1): 325–330. doi:10.1098/rspl.1895.0097. 


  12. ^ （德文） Langlet, N. A. Das Atomgewicht des Heliums. Zeitschrift für anorganische Chemie. 1895, 10 (1): 289–292. doi:10.1002/zaac.18950100130 （德语）. 


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  17. ^ Kapitza, P. Viscosity of Liquid Helium below the λ-Point. Nature. 1938, 141 (3558): 74. Bibcode:1938Natur.141...74K. doi:10.1038/141074a0. 


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  20. ^ 高等教育出版社《無機化學》（第四版）北京師範大學無機化學教研室等編


  21. ^ Dong, Xiao; Oganov, Artem R.; Goncharov, Alexander F.; Stavrou, Elissaios; Lobanov, Sergey; Saleh, Gabriele; Qian, Guang-Rui; Zhu, Qiang; Gatti, Carlo. A stable compound of helium and sodium at high pressure. Nature Chemistry. 2017-02-06, 9 (5): nchem.2716. doi:10.1038/nchem.2716 （英语）. 


  22. ^ 毛泽东水晶棺造价不菲用35吨天然水晶制成. 新闻午报. 东方网. 2005-09-21 [2011-07-02]. 


  23. ^ 喝「笑氣調酒」變唐老鴨聲


  24. ^ 日綜玩出禍 12歲女星吸氦氣昏迷不醒. 中時電子報. 2015-02-05. （原始内容存档于2015-02-08）. 


  25. ^ [1]


  26. ^ 楊又穎輕生！吸氦氣腦部傷救不回　後遺症更甚於笑氣



















































































































































































  • 查

  • 论

  • 编


 元素周期表（稀有气体）
 

IA
1
IIA
2

IIIB
3
IVB
4
VB
5
VIB
6
VIIB
7
VIIIB
8
VIIIB
9
VIIIB
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IB
11
IIB
12
IIIA
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IVA
14
VA
15
VIA
16
VIIA
17
VIIIA
18

1
H
  
He

2
Li
Be
  
B
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N
O
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Ne

3
Na
Mg
  
Al
Si
P
S
Cl
Ar

4
K
Ca
  
Sc
Ti
V
Cr
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Co
Ni
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Ga
Ge
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Se
Br
Kr

5
Rb
Sr
 
Y
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Nb
Mo
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Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe

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Cs
Ba
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Yb
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W
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Rn

7
Fr
Ra
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
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Cm
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Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og




相關項目

化學元素 · 擴展元素週期表 · 同位素列表 · 地球的地殼元素豐度列表 · 元素列表







规范控制


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Lambak Kiri

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章鱼与海女图

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