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太陽元素（地球上最輕的元素之一）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-20

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太陽元素

地球上最輕的元素之一

氦是地球上最輕的元素之一，僅次于氫。在化學(xué)元素周期表里它排列第2位。氦的英文單詞是“Helium”來源于希臘文單詞，意思是“太陽”。氦也被稱為“太陽元素”。

基本信息

中文名	太陽元素
外文名	Helium
符號	He
編號	2
原子質(zhì)量	4.002602

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基本簡介

來源

氦

太陽元素是地球上最輕的元素之一，僅次于氫。為太陽核聚變反應(yīng)的產(chǎn)物。氦的英文單詞“Helium”來源于希臘文單詞，意思是“太陽”，氦也被稱為“太陽元素”。元素符號He，原子序數(shù)2，原子量4.002602，為稀有氣體的一種。1868年有人利用分光鏡觀察太陽表面，發(fā)現(xiàn)一條新的黃色譜線，并認(rèn)為是屬于太陽上的某個未知元素，這就是氦。后有人用無機(jī)酸處理瀝青鈾礦時得到一種不活潑氣體，1895年英國科學(xué)家拉姆賽用光譜證明就是氦。以后又陸續(xù)從其他礦石、空氣和天然氣中發(fā)現(xiàn)了氦。氦在地殼中的含量極少，在整個宇宙中按質(zhì)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是氦4。

特性

氦在通常情況下為無色、無味的氣體；熔點(diǎn)-272.2°C(25個大氣壓)，沸點(diǎn)-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立方厘米/千克水。氦是唯一不能在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下固化的物質(zhì)。液態(tài)氦在溫度下降至2.18K時，性質(zhì)發(fā)生突變，成為一種超流體，能沿容器壁向上流動，熱傳導(dǎo)性為銅的800倍，并變成超導(dǎo)體；其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。

發(fā)現(xiàn)過程

太陽

1868年8月18日，法國天文學(xué)家彼埃爾·讓桑（Pierre Janssen）在印度南部觀測日全食時，意外發(fā)現(xiàn)太陽光譜里面有一條陌生的明亮黃線。那次日全食的觀測條件比09年中國的那次略好一點(diǎn)，烏云是等日全食結(jié)束之后才布滿天空的。第二天陰云散盡，讓桑試著再次觀察太陽光譜，驚喜地發(fā)現(xiàn)那條陌生的黃線還在原來的位置上。

一個月之后，讓桑把自己的觀察寫成報告投寄出去。可惜當(dāng)時沒有飛機(jī)，這報告用了兩個月時間才到達(dá)法國，那時候英國天文學(xué)家約瑟夫·洛基爾（Joseph Lockyer）——后來成為著名科學(xué)雜志《自然》的創(chuàng)辦人和第一位主編——也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了這條黃線，還猜測它是一種太陽獨(dú)有的新元素發(fā)出的。洛基爾把這種元素命名為“氦”，這個中文名聽上去貌似挺“駭”人，但它其實(shí)是英語helium（來自希臘語“太陽”）一詞首音節(jié)的音譯。

化學(xué)特性

如果說“太陽元素”的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)界驚到九分，那么當(dāng)1895年英國化學(xué)家威廉·拉姆塞（William Ramsay）從一種含鈾礦物中分離到氦的時候，“太陽元素竟然在地球上存在”的消息就讓科學(xué)界驚到十分了。人們這才知道，原來氦是一種惰性氣體，幾乎不能和其他任何元素化合，而且極難液化。在常壓下把溫度降到-253°C，多數(shù)氣體都會凝結(jié)，氦氣卻依然如故。只有在-269°C的低溫之下，氦氣才能被液化。

主要來源

氦氣最主要的來源不是空氣，而是天然氣。原來氦氣在干燥空氣中含量極微，平均只有百萬分之五，天然氣中最高則可含7.5%的氦，是空氣的一萬五千倍。可是這種高氦的天然氣礦藏并不多，因?yàn)樘烊粴庵械暮馐氢欀惖姆派湫栽厮プ兊漠a(chǎn)物。只有在天然氣礦附近有鈾礦時，氦氣才能在天然氣中匯集。

世界分布

截止到2009年，美國生產(chǎn)的氦氣要占世界總產(chǎn)量的80%以上。中國雖然也有一定的天然氣資源，可是到目前為止，唯有四川自貢威遠(yuǎn)的氣田曾得到提氦利用，其中的氦含量只有0.2%，而且已經(jīng)枯竭。

中國狀況

截止到2009年，中國的氦氣幾乎都需要進(jìn)口，由于近兩年價格攀升，一般商用的液氦竟然賣到了每升200元。這也就是說，假如你呼出的氣都是氦氣，那么在安靜狀態(tài)下你呼出的每一口氣都值100元！

氦氣用途

交通

如果地球上沒有氦，我們的生活并不會受到太大的影響。氦氣的密度要比空氣小得多，所以如果往氣球和飛艇里充入氦氣，氣球和飛艇會冉冉升起，讓我們不用坐飛機(jī)也能實(shí)現(xiàn)飛到空中的夢想。可是如果我們沒有氦氣球和氦氣飛艇，起碼還有氫氣、熱氣球和飛艇。當(dāng)然，因?yàn)闅錃夂涂諝饣旌虾髸ǎ詺錃馇蚝蜌錃怙w艇并不安全。氫氣飛艇曾經(jīng)被當(dāng)做大型載人飛行器使用，但是在1937年德國的“興登堡號”飛艇在美國著陸時不慎著火爆炸之后，它就徹底退出了歷史舞臺。不過，熱氣球和熱氣飛艇還是比較安全的，而且飛行一次的花費(fèi)也比較便宜。

潛水

潛水員常常要使用氦氣和氧氣混合而成的人造空氣。這是因?yàn)樵谒碌母邏涵h(huán)境下，氮?dú)?/a>會溶解在血液中，當(dāng)潛水員上浮的時候壓力減小，血中的氮?dú)獗慵娂娨莩觯纬蓺馀荻氯埽節(jié)撍畣T患上極為難受的“減壓癥”。氦氣在高壓下也難溶于水，所以用它來代替氮?dú)饩涂梢越鉀Q這個問題。不過如果我們沒有氦氣，我們還可以用氖氣—它在高壓下也難溶于水。

工業(yè)

氦氣在電焊、硅晶片生產(chǎn)中還可以用做保護(hù)氣，它可以隔絕氧氣，避免電焊工件、單質(zhì)硅和氧氣發(fā)生討厭的化學(xué)反應(yīng)。據(jù)美國政府有關(guān)部門統(tǒng)計，2000年美國消耗的所有氦氣中，有18%用在了焊接上，還有16%用作其他工業(yè)的保護(hù)氣。不過如果沒有氦氣，氬氣一樣可以出色地完成服務(wù)，而且還便宜得多。

缺氦后果

缺乏氦氣最嚴(yán)重的后果，應(yīng)該是嚴(yán)重阻礙低溫技術(shù)的應(yīng)用，其中受到最大影響的就是低溫超導(dǎo)技術(shù)。已知所有的超導(dǎo)材料都要在-130°C以下的低溫中才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性，其中應(yīng)用最廣泛的那幾種（比如Nb3Sn）更是需要比液氫的沸點(diǎn)還低的轉(zhuǎn)變溫度，這時候只有液氦能比較簡便地實(shí)現(xiàn)這樣的極低溫。雖然我們完全可以用別的辦法實(shí)現(xiàn)同樣的低溫，但都不如液氦實(shí)惠。顯然，假如我們沒有氦，低溫超導(dǎo)技術(shù)的普及就會受到嚴(yán)重的阻礙；低溫超導(dǎo)技術(shù)如果不能普及，醫(yī)院就會用不起核磁共振成像儀（它需要超導(dǎo)材料制造強(qiáng)磁場）。不過在醫(yī)學(xué)上，核磁共振成像儀只不過是診斷病癥的一種工具罷了。即使沒有這個工具，我們總不至于永遠(yuǎn)診斷不了疾病。

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