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元素的故事·2·氦

 王的学习笔记 2018-03-03
He   二号元素,首位惰性元素。

因为过于低调被科学家长期无视


早在1785年,当时已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等成分。英国化学家卡文迪什在研究空气的组成的时候,发现一个奇怪的现象:他把空气中的这些成分除尽后,发现还残留少量的气体。但这少量的气体在当时没有引起化学家们的重视。

到了19世纪末,一位叫瑞利的英国物理学家,在研究氮气的时候发现一个不可思议的事实:从空气制备的氮比从氨等含氮化合物制备的氮,总是重那么一点点——0.0064克。反复做实验排除一切干扰,结果还是一样。因此认为空气中还有其他不为人所知的气体。

这个气体其实是混合了氦氖氩氪氙氡这六种惰性气体的混合物。

 
皮埃尔·朱尔·塞萨尔·让森(PierreJulesCésarJanssen,1824年2月22日-1907年12月23日)

氦的谱线。深黄色??

1868年的一次日食观测时,法国天文学家皮埃尔·詹逊首次在太阳的光谱中位于钠的谱线附近发现了这种有黄色谱线的物质。这使他成为氦元素的发现者,但当时认为这东西地球没有,所以命名为helium[ˈhiliəm],词源希腊语意为“太阳”。

 
 拉姆赛,英国科学家,惰性元素之父(1852~1916)

1895年,美国地质学家希尔布兰德观察到钇铀矿放在硫酸中加热会产生一种不能自燃、也不能助燃的气体。他认为这种气体可能是氮气或氩气,但没有继续研究。拉姆赛(W.Ramsay)得知后,重复了实验,从钇铀矿中分离出了氦,又请英国光谱专家克鲁克斯帮助检验,首次证明了在地球上也存在这种元素。

真的低调

 
氦存在于整个宇宙中,按质量计占23%,数量真不少。但氦元素往往是经过核聚变或核裂变产生的,这种“见过大风大浪”的元素,“心态”就很好,非常不活泼,一般状态下很难和其它物质发生反应。曾经的化学家把与火爆的白磷、碱金属、剧毒氯气混合,氦气安然不动,这也是科学家们长期忽略它的原因之一。

性质有趣

 
除了超级稳定以外,氦有很多奇妙性质。氦气是所有气体中最难液化的,是唯一不能在标准大气压下固化的物质,也就是说,光是降温并不能够让氦气固化,必须加压。

液态氦在温度下降至-270.97时(距离绝对零度只有2.18度啦),性质会发生突变,粘度极小,成为一种超流体,能沿容器壁向上流动,这叫超流动性。

氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。
 
 
当然,它通电就发黄的性质,也被用作制造霓虹灯。

虽然够稳定但还是有办法让你动

 
2017年2月6日,中国南开大学的王慧田、周向锋团队及其合作者在《Nature Chemistry》上发表了有关在高压条件下合成氦钠化合物——Na2He的论文,结束了氦元素无化合物的历史。这是一项非常了不起的创举。
 


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