氦

氦(他),化学元素集团18的惰性气体(惰性气体)的元素周期表。第二个(只有最轻的元素氢轻),氦是一种无色,无臭,无味气体变成液体−268.9°C (452°F−)。的沸腾和冻结点的氦低于任何其他已知的物质。氦是唯一的元素不能被充分的冷却凝固在正常大气压力;有必要应用25个大气压的压力在1 K的温度(458−272°C,或者−°F)将固体形态。

在周围的大气气态氦被发现太阳由法国天文学家皮埃尔·詹森检测到一个明亮的黄线在太阳的光谱色球层在一次eclipse1868年;这条线最初认为代表元素钠。同年英国天文学家约瑟夫·诺曼•洛克看到一个黄线太阳光谱中没有对应的已知D₁和D₂行钠,所以他把它命名为D₃线。洛克认为D₃线是由一个未知的元素在阳光下地球;他和化学家爱德华·弗兰克兰希腊词用于太阳,hēlios在命名的元素。英国化学家威廉·拉姆齐爵士氦在地球上的存在在1895年发现的。拉姆齐获得的样本铀其矿物钇铀矿,加热产生的气体样本调查之后,他发现一个独特的明亮的黄线的光谱匹配的D₃行中观察到太阳的光谱;因此最终确认了氦的新元素。1903年拉姆塞和弗雷德里克草皮的进一步确定氦的自发衰变的产物放射性物质。

氦构成的质量约23%的宇宙,因此第二丰富的宇宙中氢。氦是集中在星星,它是合成的氢核聚变。尽管氦发生在地球上的大气只有在200000年的1份(0.0005%)和少量出现在放射性矿物,铁陨石,和矿物质的泉水,大量氦发现作为一个组件(高达7.6%)天然气体在美国(特别是在德克萨斯、新墨西哥、堪萨斯、俄克拉何马州,亚利桑那州和犹他州)。较小的供应已发现在阿尔及利亚,澳大利亚,波兰,卡塔尔,和俄罗斯。普通的空气含有大约5 ppm的氦,和地球的地壳只有8十亿分之几。

的核每一个氦原子包含两个质子,但与所有元素一样,同位素氦的存在。已知的氦同位素包含从1到6中子,所以它们的质量数据从三到八。这六个同位素的,只有质量数量的三个(氦- 3,或³他)和4(氦- 4,或⁴他是稳定的;所有其他放射性衰减迅速成其他物质。存在地球上的氦不是原始组件但已生成的放射性衰变。阿尔法粒子,逐出重放射性物质的原子核,原子核的同位素氦- 4。氦不会积聚在大气中大量因为地球的重力不足以防止其逐渐逃离到太空。同位素的微量氦- 3究竟是归因于负β衰变的罕见hydrogen-3同位素(氚)。氦- 4是迄今为止最丰富的稳定同位素:氦- 4原子比氦- 3的700000:1大气氦和在某些helium-bearing矿物质约为7000000:1。

氦- 4的独特之处在于有两个液体形式。正常的液体称为氦我和存在于从其沸点为4.21 K温度(−268.9°C)下降到2.18 K (−271°C)。低于2.18 K,导热系数的氦- 4就超过1000倍的铜。这种液态形式称为氦II区别于正常液氦即氦二世展览属性超流态:其粘度、流动阻力是如此之低,没有测量。这种液体扩散在薄膜表面的任何物质,和这部电影流没有摩擦甚至对抗重力。相比之下,越丰富的氦- 3形式三个区分液相的哪两个是超流体。了氦- 4是由俄罗斯物理学家发现的Pyotr捷Kapitsa在1930年代中期,氦- 3首次观察到同样的现象道格拉斯·d·Osheroff,David m .李,罗伯特·c·理查森在1972年的美国。

液体混合物的两种同位素氦- 3和氦- 4分离温度低于0.8 K (−272.4°C,或−458.2°F)分为两层。一层几乎是纯氦- 3;其他主要是氦- 4但保留约6%氦- 3即使在温度达到最低。氦- 3的解散氦- 4伴随着冷却效果,用于建设低温恒温器(设备生产非常低的温度),可以达到和维持days-temperatures低见0.01 K (−273.14°C,或−459.65°F)。

纯氦气(98.2%)是孤立的从液化天然气低温和高压力下的其他组件。吸附其他气体的冷却,活性炭产量99.995%的纯氦。提供一些氦液化空气大规模;氦的数量获得从1000吨(900吨)的空气是大约112立方英尺(3.17立方米),测量在室温和正常大气压。

氦用作惰性气体气氛等焊接金属铝;在火箭推进(增压油箱,尤其是对于液氢,因为只有氦仍然是一个气体在液氢温度);在气象学(作为instrument-carrying上升气体气球);在低温(作为冷却剂,因为液态氦冷物质);在高压呼吸操作(混合氧气,如水肺潜水和沉箱的工作,特别是因为它的低溶解度在血液中)。陨石并分析了岩石氦的约会的内容。

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