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氦。一些令人惊讶的事实

2024-03-03科学

尊敬的读者,感谢您在百忙之中阅读我的文章,这是对我努力的肯定,也是持续创作的动力,向您致以我最诚挚的敬意,希望能得到您的一个"关注",在此感谢!

氦是宇宙中第二丰富的元素。但矛盾的是,这种元素是最近才被发现的。因为在地球上不太容易找到。你需要知道去哪里寻找。事实上,氦气不会与任何物质发生反应,并且很快就会从大气中蒸发。

到 19 世纪中叶,天文学家利用光谱学在太阳光谱中发现了许多当时已知元素的谱线。但其中有一条线不适合其中任何一个。然后第一个看到它的法国天文学家皮埃尔·詹森认为它可能是……嗯……钠?但为什么是钠呢?詹森从小就喜欢钠。而且他还给狗起了这么奇怪的名字。他的妻子是纳特里·彼得罗夫娜·詹森。这就是为什么他断定这条未知线属于钠。

我们称之为氦气!

英国人第一个意识到这是地球上未知元素的一条线。

事实上,科学家以希腊太阳神赫利俄斯的名字将这种新元素命名为氦。

氦有两个质子,因此有两个电子。中子的数量对于化学元素的性质并不是很重要。但无论如何,值得注意的是,最常见的氦同位素有两个中子。因此,氦原子比氢原子重得多。大约四次。

然而,元素之间的差异并不止于此。

原子灯泡

原子核周围的电子分布在所谓的电子壳层中。

第一个壳可以包含两个电子。第二个已经可以容纳八个电子。非常重要的是,只有当原子的所有层都被填充时,原子的结构才是稳定的。这句话说得非常简单。你可以这样想:原子就像洋葱。随着电子的添加,在其中心周围形成了某些「层」。当洋葱具有闭合、完整和完美的层时,原子是稳定的。

由于电子总是「落到」最低的可用能级,因此所有电子壳层都将充满,在大多数情况下,除了最后一个电子壳层。但也有可能所有的壳都被填满了。

深吸一口气,想象一个氢原子:它只有一个电子,所以它只有第一个壳层,即使这样也是不完整的。但它可以多容纳一个电子!这就是氢原子不稳定的原因。一旦他有机会与其他原子发生联系,他就会立即这样做!因为这使得它能够填充电子壳层并变得稳定。这就是为什么氢很容易与其他元素发生反应。而且燃烧得非常好。

氦气也是如此。它在能量上是稳定的,不需要与任何其他原子发生反应来实现它已经拥有的其余部分。

难以捉摸的乔

由于氦气仍然是一种非常轻的气体,就像氢气一样,它很快就会从大气中蒸发。由于它不与其他元素发生反应,因此在任何化合物中都找不到它。这就是为什么花了这么长时间才意识到氦气的存在。尽管宇宙中已知物质的四分之一是氦。

氦气还有其他有趣的特性:具有非常轻的原子,它的导热性非常好,以及声音。氦气透明、无味、无臭。它不与任何东西发生反应,不易燃,无毒,总之,它在各方面都是理想的。尽管如此,氦气在某些情况下仍然可能是危险的。而下面我们就来聊聊这个。

你可以看到液氦。但这需要非常低的温度:大约低于零度 269度,仅高于绝对零度 4 度。事实上,你甚至可以看到固态氦,但这不仅需要非常低的温度(零下272℃),还需要巨大的压力(大约是大气压的25倍)。是的,您没看错:如果您将氦气在大气压下冷却至 0 K,它仍然会保持液态!

固体氦虽然是固体,但非常轻:一块这样的材料会漂浮在水中。但不幸的是,这在物理上是不可能的,因为液态水在这种条件下不可能存在。

哪里可以找到氦气?

但人们使用的氦气从哪里来呢?事实证明,除了宇宙中的主要来源之外,氦核(α粒子)也是在铀或钍等元素的自发放射性衰变过程中形成的。因此,相当数量的氦气残留在地下的天然「陷阱」中,通常是在也含有天然气的储层中。

也正因为如此,在生产天然气的时候,往往会混入氦气。有时其含量可达7%。通过选择性蒸馏将其提取出来。

主要利用氦气的密度低、惰性等特性。它是一种非常安全的气体,可用于气球、飞艇等。氦气也可用作制冷剂,因为它在高达 2K 的温度下仍保持液态,并且是一种非常好的热导体。如果您想让某些东西保持非常非常冷,氦气被认为是首选冷却剂。例如,大型强子对撞机的超导磁体使用液氦进行冷却。

吸入氦气和发出有趣的声音的技巧是众所周知的:声音非常高。造成这种现象的原因是,当肺部充满这种气体时,产生的声音的频率(与介质中的声速成正比)增加,变得更高。

当心!

然而,这存在一定的危险。不,不是因为氦气有毒。但因为,正如上面提到的,他对任何东西都没有反应。这里的要点是这样的。

当二氧化碳浓度高于应有浓度时,我们的大脑会发出「我要死了」的信号:例如,如果你把头放在塑料袋中,二氧化碳就会变得越来越多,并且氧气会越来越少。大脑将开始理解这一点并开始产生适当的信号。因此,他在严重危险出现之前开始做某事。如果你只是屏住呼吸,也会发生同样的事情:肺部二氧化碳的浓度将开始增加。

但是当你吸入氦气时,它会取代肺部的氧气,你就不再呼吸氧气。但氦气也可以取代二氧化碳。大脑并不知道窒息已经开始。这种情况可能很危险,因为直到您感到头晕时才意识到缺氧。当然,这并不是一个极端的危险,但是如果您进行语音技巧,请确保不要持续太长时间。笑话结束后,尽快将肺部的氦气排出去,呼吸新鲜空气。

所以,我们总结一下:氦气是一种惰性气体,它很轻。它是在我们星球之外发现的第一个元素。氦气很有用,而且如果处理得当,绝对安全。