氦元素

氦,HELIUM,源自helios,意為"太陽",1868年發現。是惰性元素之一。
元素符號:He
元素名稱:氦
元素原子量:4.003
元素類型:非金屬
發現人:楊森 發現年代:1868年
氦氣是一種稀有氣體,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。當液化後溫度降到-270.98℃以下時,具有表面張力很小,導熱性很強,粘性很強的特性。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製得。
用它填充電子管、氣球、溫度計和潛水服等。也用於原子核反應堆和加速器、冶煉、和焊接時的保護氣體。
幾乎世界上所有的氦氣都是由美國的天然氣井中提取的。它比空氣輕,廣泛地套用于飛艇和氣球,以取代其有高度可燃性的氫氣。液態氦因其沸點特別低而成為低溫學領域的無價之寶。
稀有氣體發現簡史
周期表中零族元素有氦、氖、氬、氪、氙和氡一共六種,它們都是氣體。
六種稀有氣體元素是在1894-1900年間陸續被發現的。發現稀有氣體的主要功績應歸於英國化學家萊姆賽(Ramsay W,1852-1916)。下面我們按元素髮現的先後順序,分別簡介這六種元素的發現經過。
氬Ar
早在1785年,英國著名科學家卡文迪什(Cavendish H,1731-1810)在研究空氣組成時,發現一個奇怪的現象。當時人們已經知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等,卡文迪什把空氣中的這些成分除盡後,發現還殘留少量氣體,這個現象當時並沒有引起化學家們應有的重視。誰也沒有想到,就在這少量氣體裡竟藏著一個化學元素家族。
100多年後,英國物理學家瑞利(Rayleigh J W S,1842-1919)在研究氮氣時發現從氮的化合物中分離出來的氮氣每升重1.2508g,而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下每升重1.2572g,這0.0064g的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作,把空氣中的氮氣和氧氣除去,用光譜分析鑑定剩餘氣體,終於在1894年發現了氬。由於氬和許多試劑都不發生反應,極不活潑,故被命名為Argon,即“不活潑”之意。中譯名為氬,化學符號為Ar。
氦He
早在1868年,法國天文學家簡森(Janssen P J C,1824-1907)在觀察日全蝕時,就曾在太陽光譜上觀察到一條黃線D,這和早已知道的鈉光譜的D1和D2兩條線不相同。同時,英國天文學家洛克耶爾(Lockyer J N,1836-1920)也觀測到這條黃線D。當時天文學家認為這條線只有太陽才有,並且還認為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個元素取名為Helium,這是由兩個字拼起來的,helio是希臘文太陽神的意思,後綴-ium是指金屬元素而言。中譯名為氦。
1895年,萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯(Travers M W,1872-1961)合作,在用硫酸處理瀝青鈾礦時,產生一種不活潑的氣體,用光譜鑑定為氦,證實了氦元素也是一種稀有氣體,這種元素地球上也有,並且是非金屬元素。
氪Kr、氖Ne、氙Xe
由於氦和氬的性質非常相近,而且它們與周期系中已被發現的其它元素在性質上有很大差異,萊姆賽根據周期系的規律性,推測出氦和氬可能是另一族元素,在它們之間一定有一個性質和氦、氬相近的家族。果然,在1898年5月30日萊姆賽和特拉弗斯在大量液態空氣蒸發後的殘餘物中,用光譜分析首先發現了比氬重的氪,他們把它命名為Krypton,即隱藏之意。隱藏於空氣中多年才被發現。
1898年6月,萊姆賽和特拉弗斯在蒸發液態氬時收集了最先逸出的氣體,用光譜分析發現了比氬輕的氖。他們把它命名為neon,源自希臘詞neos,意為新,即從空氣中發現的新氣體。中譯名為氖。也就是現在氖燈里的氣體。
1898年7月12日,萊姆賽和特拉弗斯在分餾液態空氣,製得了氪和氖後,又把氪反覆地分次萃取,從其中又分出一種質量比氪更重的新氣體,他們把它命名為Xenon,源自希臘文xenos,意為陌生人,即為人們所生疏的氣體,因為它在空氣中的含量極少,僅占總體積的一億分之八。
氡Rn
氡是一種具有天然放射性的稀有氣體,它是鐳、釷和錒這些放射性元素在蛻變過程中的產物,因此,只有這些元素髮現後才有可能發現氡。
1899年,英國物理學家歐文斯(Owens R B)和盧瑟福(Rutherford E,1871-1937)在研究釷的放射性時發現釷射氣,即氡-220。1900年,德國人道恩(Dorn F E)在研究鐳的放射性時發現鐳射氣,即氡-222。1902年,德國人吉賽爾(Giesel F O,1852-1927)在錒的化合物中發現錒射氣,即氡-219。直到1908年,萊姆賽確定鐳射氣是一種新元素,和已發現的其它稀有氣體一樣,是一種化學惰性的稀有氣體元素。其它兩種射氣,是它的同位素。1923年國際化學會議上命名這種新元素為radon,中文音譯成氡,化學符號為Rn。
至此,氦、氖、氬、氪、氙、氡六種稀有氣體作為一個家族全被發現了,它們占據了元素周期表零族的位置。這個位置相當特殊,在它前面是電負性最強的非金屬元素,在它後面是電負性最小的金屬活潑性最強的金屬元素。由於這六種氣體元素的化學惰性,很久以來,它們被稱為"隋性氣體"。
人類的認識是永無止境的,經過實踐的檢驗,理論的相對真理性會得到發展和完善。1962年,在加拿大工作的英國青年化學家巴特列特(Bartlett N,1932~)首先合成出第一個惰性氣體的化合物──六氟合鉑酸氙Xe[PtF6],動搖了長期禁錮人們思想。"隋性氣體"也隨之改名"稀有氣體"。
稀有氣體的性質和用途
1、稀有氣體的性質
2、稀有氣體的用途
稀有氣體的性質
稀有氣體的化學性質是由它的原子結構所決定的。
除氦以外,稀有氣體原子的最外電子層都是由充滿的ns和np軌道組成的,它們都具有穩定的8電子構型。稀有氣體的電子親合勢都接近於零,與其它元素相比較,它們都有很高的電離勢。因此,稀有氣體原子在一般條件下不容易得到或失去電子而形成化學鍵。表現出化學性質很不活潑,不僅很難與其它元素化合,而且自身也是以單原子分子的形式存在,原子之間僅存在著微弱的范德華力(主要是色散力)。
稀有氣體的熔、沸點都很低,氦的沸點是所有單質中最低的。它們的蒸發熱和在水中的溶解度都很小,這些性質隨著原子序數的增加而逐漸升高。
稀有氣體的原子半徑都很大,在族中自上而下遞增。應該注意的是,這些半徑都是未成鍵的半徑,應該僅把它們與其它元素的范德華半徑進行對比,不能與共價或成鍵半徑進行對比。
氦是所有氣體中最難液化的,溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液態,具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體,具有許多反常的性質。例如具有超導性、低粘滯性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一,並且這種液氦能沿著容器的內壁向上流動,再沿著容器的外壁往下慢慢流下來。這種現象對於研究和驗證量子理論很有意義。
稀有氣體的用途
稀有氣體廣泛套用到光學、冶金和醫學等領域中。例如:氦氖雷射器、氬離子雷射器等在國防和科研上有著廣泛的用途。氖在放電管內放射出美麗的紅光,加入一些汞蒸氣後又發射出藍光,所以,氖被廣泛用來製造霓虹燈。氙在電場的激發下能放出強烈的白光,高壓長弧氙燈經常用於電影攝影、舞台照明等。在冶金工業中,氬和氦的最大用途是為熔焊不鏽鋼等提供惰性氣氛。氪、氙和氡還能用於醫療上,氙燈能放出紫外線,氪、氙的同位素還被用來測量腦血流量等。氦還被用來代替氫充填氣象氣球和飛船,由於它不燃燒,比氫安全得多。由於氦的沸點低,還被用於超低溫技術。

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