氦——宇宙中**不活潑的元素,當人們放飛充滿氦氣的氣球,借以放飛自己夢想的時候,殊不知一部分**的寶貴資源在地球上永遠的消失了。盡管氦是宇宙中**豐富的元素,但對于地球而言,氦是非常貧瘠、且**的寶貴資源。讓我們先從氦的發(fā)現(xiàn)說起:
1868年8月18日,法國天文學家皮埃爾·讓森(Pierre Jules César Janssen)到英屬印度馬德拉斯州(現(xiàn)位于安得拉邦)的貢圖爾觀察日全食,并用光譜儀發(fā)現(xiàn)了一條波長為587.49 nm的亮黃色譜線。讓森擔心是儀器出了問題,于是再次對日珥進行光譜分析,觀察結果與之前一樣。他將這個發(fā)現(xiàn)寫信匯報給了法國科學院。由于交通條件所限,直到10月份信函才到達巴黎。
就在皮埃爾·讓森信件到達法國科學院同**,英國天文學家約瑟夫·諾曼·洛克耶(Joseph Norman Lockyer)爵士的信件也到達了法國科學院。原來同年10月20日,洛克耶在倫敦分析太陽光譜時,發(fā)現(xiàn)了相同的黃線,并對其命名為“D3”。法國天文學家皮埃爾·讓森和英國天文學家約瑟夫·諾曼·洛克耶爵士被公認為是氦元素的發(fā)現(xiàn)者。這是人類**次在地球上尚未發(fā)現(xiàn),但從外星體上先發(fā)現(xiàn)了的新的元素。英國天文學家約瑟夫·諾曼·洛克耶爵士和英國化學家愛德華·弗蘭克蘭(Edward Frankland)爵士共同以希臘語中的?λιο?(helios,意思為“太陽”),為這一元素命名為Helium。
1881年,意大利物理學家路易吉·帕爾米耶里(Luigi Palmieri)在分析維蘇威火山的巖漿時發(fā)現(xiàn)了氦的D3線,這是氦在地球上的**發(fā)現(xiàn)記錄。但直到1895年3月26日,蘇格蘭化學家威廉·拉姆塞(William Ramsay)爵士(這位偉大的化學家會在以后講稀有氣體時多次提到)將釔鈾礦(一種瀝青鈾礦,其質量的10%為稀土元素)用酸處理,**在地球上分離出氦。
為什么人們一直以為在地球上是沒有氦元素?
為什么在發(fā)現(xiàn)氦元素將近30年后才分離出氦?
首先,地球上的氦元素主要是單質氦氣形式存在,氦氣是惰性氣體,非常穩(wěn)定,沒有穩(wěn)定的化合物;**氦原子核太輕了,地球的引力不足以吸引住氦原子,氦氣一旦進入大氣就會飄逸到宇宙之中;第三氦氣的溶解度很低,幾乎不溶于水。因此人類獲得氦氣的方法是開采被封存在地殼里的氦氣,而這些氦氣主要由放射性物質衰變后釋放出來的。
氦對我們非常重要,有很多應用場景:
1、 低溫冷卻:氦的沸點是4.2開爾文,也就是零下268攝氏度,非常接近**零度。超低溫冷卻技術在超導技術等領域有較廣泛的應用,對前沿物理研究、磁共振成像技術(MRI),核磁共振技術(NMR)等領域發(fā)揮著重要作用。氦氣是目前**一種具有這些特性、而且能夠為我們所用的物質
2、 保護氣和檢驗分析:氦氣是惰性氣體,無毒無輻射,可以做保護氣和檢驗分析。氦氣常用于鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣;氦氣還應用于真空檢漏,氦質譜檢漏儀的重要組件
3、 氣球填充:氦氣的密度是0.1786kg每立方米,遠遠小于空氣密度1.29kg每立方米,而且化學性質極不活躍,比氫氣**很多(興登堡氫氣飛艇爆炸事件),因此常常作為飛船或氣球的填充氣體
4、 用于潛水的氦氧混合氣體:由于潛水時巨大的水壓,正常空氣中的氮氣會被壓入血液,導致“醉氮反應”的發(fā)生,這是一種非常危險的情況,人體會在“醉氮”情況下像醉酒一樣頭暈眼花、反應遲鈍、失去判斷力。但是氦氧混合氣體就能有效避免這種情況發(fā)生,因為氦氣在高壓下也不會溶到人體血液里
5、超流體:氦氣液化后當溫度降低到2.18開爾文(大約零下271攝氏度)時,性質會發(fā)生突變,粘度變得極小,可以沿著杯壁向**動,這是一種超流體狀態(tài),具有極好的流動性和導熱性。
盡管氦在宇宙中是儲量**豐富的元素,但在地球上卻很難保存,從氦元素的發(fā)現(xiàn)和分離史中就可以感受到氦元素得來不易。當我們想再次放飛氣球、放飛夢想時,會不會想到這些氦氣一旦進入大氣,它們將從地球上永遠消失,會不會放棄這個念頭呢?