氦的沸点最低。与绝对零度。超导 超流
最不活泼的物质
0族(稀有气体)
元素单质 颜色 通电后发光颜色 密度(×10³kg/m³) 熔点(℃) 沸点(℃)
氦 无色 紫色 0.00013 -272.98(加压) -268.93
氖 无色 红色 0.0009 -248.45 -246.08
氩 无色 天蓝色 0.00178 -189.19 -185.95
氪 无色 淡红色 0.00374 -157.22 -153.22
氙 无色 白色 0.00589 -111.7 -108.12
从元素周期表中,可以看出越靠近右上角,气体性越强。
最右侧0族元素,全部是气体。
而氦的熔点、沸点最低。因此,氦的气体性最强。液氦最容易沸腾,沸点最低。
利用液氦的沸点低,真空泵抽真空,气压降低,液氦沸点降低,体积膨胀,胀冷缩热,蒸发吸热,可以制造接近绝对零度。量子计算机的冷却系统就用到了液氦蒸发。
液氦在蒸发中降温至接近绝对零度时,会突然表现出超导热,超流特性。表面张力。液氦粒子缩小,超流。
气体性最强,最不溶于水。
视频 超流 液氦 氦4相???
液氦 低温 铅球 漂浮
在二十世纪初的几十年里,世界各国都在寻找氦气资源,在当时主要是为了充飞艇。
但是到了二十一世纪,氦不仅用在飞行上,尖端科学研究,现代化工业技术,都离不开氦,而且用的常常是液态的氦,而不是气态的氦。
液态氦把人们引到一个新的领域——低温世界。
英国物理学家杜瓦(Dewar)在1898年首先得到了液态氢。
就在同一年,荷兰的物理学家卡美林·奥涅斯也得到了液态氢。
液态氢的沸点是零下253℃,在这样低的温度下,其他各种气体不仅变成液体,而且都变成了固体。
只有氦是最后一个不肯变成液体的气体。
包括杜瓦和卡美林·奥涅斯在内的科学家们和决心把氦气也变成液体。
1908年7月13日晚,
荷兰物理学家卡美林·奥涅斯(Heike Kamerlingh Onnes昂纳斯)和他的助手们在著名的莱顿实验室取得成功,氦气变成了液体。
他第一次得到了320立方厘米的液态氦。
要得到液态氦,
必须先把氦气压缩并且冷却到液态空气的温度,然后让它膨胀,使温度进一步下降,氦气就变成了液体。
液态氦是一种与众不同的液体,其沸点为零下269℃。
在这样低的温度下,氢也变成了固体,
与空气接触时,空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。
1934年,在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机,每小时可以制造4升液态氦。
以后,液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。
危险性
引起窒息
如果大量吸入氦气,会造成体内氧气被氦取代,因而发生缺氧(呼吸反射是受体内过量二氧化碳驱动,而对缺氧并不敏感),严重的甚至会死亡。
另外,如果是由高压气瓶中直接吸入氦气,那么其高流速就会严重地破坏肺部组织。
大量而高压的氦和氧会造成高压紧张症状High pressure nervous syndrome (HPNS),
不过少量的氮就能够处理这个问题。
而空气中百分之七十八都是氮气,所以不用担心。
据介绍,大量及长时间吸入氦气可导致脑损伤甚至死亡。
在大部分薯条类包装袋里也含有少量氦气,不过不必担心,没有危害。
安全事项-氦气瓶
压力通常有15MPa,使用时应用YQY-12或152IN-125等减压器减压后使用,使用前应用肥皂水检漏气体管道,确保气体管道不漏气。
确保氦气不泄露、工作场所保持通风。
包装的气瓶上均应记上生产日期、包括使用年限,凡到期的气瓶必须送往有部门进行安全检验,方能继续使用。
每瓶氦气在使用到尾气时,应保留瓶内余压在0.5MPa,最小不得低于0.25MPa余压,应将瓶阀关闭,以保证气体质量和使用安全。
瓶装氦气在运输储存、使用时都应分类堆放。
不准靠近明火和热源,应做到勿近火、勿沾油腊、勿爆晒、勿重抛、勿撞击,严禁在气瓶身上进行引弧或电弧。
严禁野蛮装卸,短距离移动氦气钢瓶应使用钢瓶专用手推车,长距离移动钢瓶应用危险品运输车辆运输。
液氦的温度为-268.9℃,与皮肤接触能引起严重冻伤。 [9] (不会,液氮 气体层 隔热 保温 视频)
氦气对人体的不良反应
当身体内的氦气含量增加导致氧气含量低于19.5%时,患者先出现呼吸加快、注意力不集中、共济失调;
继之出现疲倦无力、烦躁不安、恶心、呕吐、昏迷、抽搐,以致死亡。
液体氦的温度(-268.93 ℃)接近绝对零度(-273℃),
因此它在超导研究中用作超流体,制造超导材料。
液态氦还常用做冷却剂和制冷剂。
可以制造直接使用空气做制冷剂的空调冰箱。不仅制冷效率高,体积小,而且方便、无污染。
物理性质
基本信息
元素符号He,原子序数2,原子量4.002602(氦4),为稀有气体的一种。元素名来源于希腊文,原意是“太阳”。
氦有两种天然同位素:氦3、氦4,自然界中存在的氦基本上是氦4。
相对原子质量为4.003。
1868年有人利用分光镜观察太阳表面,发现一条新的黄色谱线,并认为是属于太阳上的某个未知元素,故名氦。
氦在空气中的含量为0.0005%。
氦在通常情况下为无色、无味的气体;
熔点-272.2℃(25个大气压),沸点-268.9℃;
密度0.1785克/升,临界温度-267.8℃,临界压力2.26大气压;
水中溶解度8.61厘米³/千克水。
氦是惰性元素之一,分子式为He,是一种稀有气体,无色、无臭、无味。
它在水中的溶解度是已知气体中最小的,也是除氢气以外密度最小的气体。
密度0.17847克/升
它是最难液化的一种气体,其临界温度为-267.9℃。临界压力为2.25大气压。
当液化后温度降到-270.98℃以下时,具有表面张力很小,导热性很强,几乎不呈现任何粘滞性。
液体氦可以用来得到接近绝对零度(-273.15℃)的低温。
化学性质十分不活泼,既不能燃烧,也不能助燃。氦也是最难液化的气体。
氦在通常情况下为无色、无味的气体。
是唯一不能在标准大气压下固化的物质。
液态氦在温度下降至2.18K时,性质发生突变,成为一种超流体,能沿容器壁向上流动,热传导性为铜的800倍,并变成超导体;(易导热体 一般 都是 易导电体,比如 金属。)
其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。
由于液氦的超低温,在此温度下出现了许多奇妙的物理现象。
许多重要的物理实验,都要在低温下进行。
世界各国的物理学家都在研究液态氦,希望通过液态氦达到更低的温度,研究各种物质在低温下会发生什么变化,会有什么我们还不知道的性质。
这就产生了物理学的一个新的分支——低温物理学。
超流动性
卡美林·奥涅斯是第一个得到液氦的科学家。他又将温度进一步降低,试图得到固态氦,却并没有成功(固态氦是1926年基索姆用降低温度和增大压力的方法首先得到的)。
对于一般液体来说,随着温度降低,密度会逐渐增加。卡美林·奥涅斯使液态氦的温度下降,液氦的密度增大了。但是,当温度下降到零下271℃的时候,液态氦突然停止起泡,同时密度也突然减小了。
这是另一种液态氦。卡美林·奥涅斯把前一种冒泡的液态氦叫做氦Ⅰ,而把后一种静止的液态氦叫做氦Ⅱ。
把一个小玻璃杯按在氦Ⅱ中。玻璃杯由空的渐渐装满了。把这个盛着液态氦的小玻璃杯提出来,挂在半空时,玻璃杯底下出现了液氦,不一会,杯中的液态氦就“漏”光了。
氦Ⅱ能够倒流,它会沿着玻璃杯的壁向高处倒流。此现象只能在低温状态下才会发生,名为“超流动性”,具有“超流动性”的氦Ⅱ叫做超流体。
后来,许多科学家研究了这种怪现象,又有了许多新的发现。比如1938年阿兰等人发现的氦刀喷泉。在一根玻璃管里,装着很细的金刚砂,上端接出来一根细的喷嘴。将这玻璃管浸到氦Ⅱ中,用光照玻璃管粗的下部,细喷嘴就会喷出氦Ⅱ的喷泉,光越强喷得越高,可以高达数厘米。
氦Ⅱ喷泉也是超流体的特殊性质。在这个实验中,光能直接变成了机械能。 [5]
超导现象
在液氦的温度下,在一个铅环上放置一个铅球。铅球会好像失重而飘浮在环上,与环保持一定距离。在同样的温度下,用细链子系着磁铁,慢慢放到一个金属盘子里去。当磁铁快要碰到盘子的时候,可以观察到,链子松了,磁铁浮在盘子上,若此时轻轻拍打磁铁,它会自行旋转。这种现象只能在低温观察到,高温下不会产生。
这是低温下的超导现象。有些金属在液态氦的温度下,原子核的运动几乎停止,对电子的阻碍变得极小,因此电阻会消失,成为超导体;
由于磁力线不可能穿过超导体 ,于是在超导体与磁体中间形成了较大的磁场,磁场的斥力托住了铅球和磁铁,使它们浮在半空中。这就是迈斯纳效应(Meissner Effect),这一效应可以被利用来制造磁悬浮列车。
极低温下 铅环 对铅球 排斥。应该是 在极低温下 铅环 附带了 地球磁场的磁性,类似磁铁吸了一块铁,这块铁又吸另一块铁。因此,相当于铅环附带了地磁场,铅球成为超导体而排斥 不对,铅不是磁性金属。磁性金属只有铁钴镍。
超导现象
在液氦的温度下,在一个铅环上放置一个铅球。铅球会好像失重而飘浮在环上,与环保持一定距离。在同样的温度下,用细链子系着磁铁,慢慢放到一个金属盘子里去。当磁铁快要碰到盘子的时候,可以观察到,链子松了,磁铁浮在盘子上,若此时轻轻拍打磁铁,它会自行旋转。这种现象只能在低温观察到,高温下不会产生。
极低温下 铅环 排斥 铅球。
磁场+超导体=磁场锁定 悬浮
超强磁场+普通导体甚至水=悬浮
要得到液态氦,必须先把氦气压缩并且冷却到液态空气的温度,然后让它膨胀,使温度进一步下降,氦气就变成了液体。液态氦是一种与众不同的液体,其沸点为零下269℃。在这样低的温度下,氢也变成了固体,与空气接触时,空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。
稀有气体都是无色、无臭、无味的,微溶于水,溶解度随分子量的增加而增大。稀有气体的分子都是由单原子组成的,它们的熔点和沸点都很低,随着原子量的增加,熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。
可见:氦的气体性最强。最不溶于水。最难液化。
氦在通常情况下为无色、无味的气体;熔点-272.2℃(25个大气压),沸点-268.9℃;密度0.1785克/升,临界温度-267.8℃,临界压力2.26大气压;
氦在通常情况下为无色、无味的气体。是唯一不能在标准大气压下固化的物质。
它是最难液化的一种气体
化学性质
元素周期性质氦是所有元素中最不活泼的元素,极难形成化合物,这是因为氦的原子核到电子层距离很小,并且达到了稳定结构。它的性质便决定了用途,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等等。
含量分布
氦存在于整个宇宙中,按质量计占23%,仅次于氢。
但在自然界中主要存在于天然气体或放射性矿石中。
在地球的大气层中,氦的浓度十分低,只有5.2万分之一。
在地球上的放射性矿物中所含有的氦是α衰变的产物。
氦在某些天然气中含有在经济上值得提取的量,最高可以含有7%,在美国的天然气中氦大约有1%,在地表的空气中每立方米含有4.6立方厘米的氦,大约占整个体积的0.0005%,密度只有空气的7.2分之一,是除了氢以外密度最小的气体。
地壳中含量
0.008(ppm)
元素在太阳中的含量
230000(ppm)
元素在海水中的含量
0.000006(ppm)
地球上的氦主要是放射性元素衰变的产物,α粒子就是氦的原子核。
在工业中可由含氦达7%的天然气中提取。
也可由液态空气中用分馏法从氦氖混合气体中制得。