元素的故事 （二）氦-宇宙中最不活泼的元素

氦——宇宙中最不活泼的元素

中文名：氦

元素符号：He

英文名：Helium

原子序数2，原子量4.002602（氦4），为稀有气体的一种

当人们放飞充满氦气的气球，借以放飞自己梦想的时候，殊不知一部分不可再生的宝贵资源在地球上永远的消失了。尽管氦是宇宙中第二丰富的元素，但对于地球而言，氦是非常贫瘠、且不可再生的宝贵资源。让我们先从氦的发现说起：

1868年8月18日，法国天文学家皮埃尔·让森（Pierre Jules César Janssen）到英属印度马德拉斯州（现位于安得拉邦）的贡图尔观察日全食，并用光谱仪发现了一条波长为587.49 nm的亮黄色谱线。让森担心是仪器出了问题，于是再次对日珥进行光谱分析，观察结果与之前一样。他将这个发现写信汇报给了法国科学院。由于交通条件所限，直到10月份信函才到达巴黎。

就在皮埃尔·让森信件到达法国科学院同一天，英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耶（Joseph Norman Lockyer）爵士的信件也到达了法国科学院。原来同年10月20日，洛克耶在伦敦分析太阳光谱时，发现了相同的黄线，并对其命名为“D3”。法国天文学家皮埃尔·让森和英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耶爵士被公认为是氦元素的发现者。这是人类第一次在地球上尚未发现，但从外星体上先发现了的新的元素。英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克耶爵士和英国化学家爱德华·弗兰克兰（Edward Frankland）爵士共同以希腊语中的ἥλιος（helios，意思为“太阳”），为这一元素命名为Helium。

图片来源于网络后再合成

1881年，意大利物理学家路易吉·帕尔米耶里（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。但直到1895年3月26日，苏格兰化学家威廉·拉姆塞（William Ramsay）爵士（这位伟大的化学家会在以后讲稀有气体时多次提到）将钇铀矿（一种沥青铀矿，其质量的10%为稀土元素）用酸处理，首次在地球上分离出氦。

为什么人们一直以为在地球上是没有氦元素？

为什么在发现氦元素将近30年后才分离出氦？

首先，地球上的氦元素主要是单质氦气形式存在，氦气是惰性气体，非常稳定，没有稳定的化合物；第二氦原子核太轻了，地球的引力不足以吸引住氦原子，氦气一旦进入大气就会飘逸到宇宙之中；第三氦气的溶解度很低，几乎不溶于水。因此人类获得氦气的方法是开采被封存在地壳里的氦气，而这些氦气主要由放射性物质衰变后释放出来的。

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氦对我们非常重要，有很多应用场景：

1、 低温冷却：氦的沸点是4.2开尔文，也就是零下268摄氏度，非常接近绝对零度。超低温冷却技术在超导技术等领域有较广泛的应用，对前沿物理研究、磁共振成像技术（MRI），核磁共振技术（NMR）等领域发挥着重要作用。氦气是目前唯一一种具有这些特性、而且能够为我们所用的物质。

2、 保护气和检验分析：氦气是惰性气体，无毒无辐射，可以做保护气和检验分析。氦气常用于镁、锆、铝、钛等金属焊接的保护气；氦气还应用于真空检漏，氦质谱检漏仪的重要组件。

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3、 气球填充：氦气的密度是0.1786kg每立方米，远远小于空气密度1.29kg每立方米，而且化学性质极不活跃，比氢气安全很多（兴登堡氢气飞艇爆炸事件），因此常常作为飞船或气球的填充气体。

4、 用于潜水的氦氧混合气体：由于潜水时巨大的水压，正常空气中的氮气会被压入血液，导致“醉氮反应”的发生，这是一种非常危险的情况，人体会在“醉氮”情况下像醉酒一样头晕眼花、反应迟钝、失去判断力。但是氦氧混合气体就能有效避免这种情况发生，因为氦气在高压下也不会溶到人体血液里。

5、超流体：氦气液化后当温度降低到2.18开尔文（大约零下271摄氏度）时，性质会发生突变，粘度变得极小，可以沿着杯壁向上流动，这是一种超流体状态，具有极好的流动性和导热性。

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尽管氦在宇宙中是储量第二丰富的元素，但在地球上却很难保存，从氦元素的发现和分离史中就可以感受到氦元素得来不易。当我们想再次放飞气球、放飞梦想时，会不会想到这些氦气一旦进入大气，它们将从地球上永远消失，会不会放弃这个念头呢？