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氦。一些令人驚訝的事實

2024-03-03科學

尊敬的讀者,感謝您在百忙之中閱讀我的文章,這是對我努力的肯定,也是持續創作的動力,向您致以我最誠摯的敬意,希望能得到您的一個"關註",在此感謝!

氦是宇宙中第二豐富的元素。但矛盾的是,這種元素是最近才被發現的。因為在地球上不太容易找到。你需要知道去哪裏尋找。事實上,氦氣不會與任何物質發生反應,並且很快就會從大氣中蒸發。

到 19 世紀中葉,天文學家利用光譜學在太陽光譜中發現了許多當時已知元素的譜線。但其中有一條線不適合其中任何一個。然後第一個看到它的法國天文學家皮埃爾·詹森認為它可能是……嗯……鈉?但為什麽是鈉呢?詹森從小就喜歡鈉。而且他還給狗起了這麽奇怪的名字。他的妻子是納泰利·彼得羅夫娜·詹森。這就是為什麽他斷定這條未知線屬於鈉。

我們稱之為氦氣!

英國人第一個意識到這是地球上未知元素的一條線。

事實上,科學家以希臘太陽神赫利俄斯的名字將這種新元素命名為氦。

氦有兩個質子,因此有兩個電子。中子的數量對於化學元素的性質並不是很重要。但無論如何,值得註意的是,最常見的氦同位素有兩個中子。因此,氦原子比氫原子重得多。大約四次。

然而,元素之間的差異並不止於此。

原子燈泡

原子核周圍的電子分布在所謂的電子殼層中。

第一個殼可以包含兩個電子。第二個已經可以容納八個電子。非常重要的是,只有當原子的所有層都被填充時,原子的結構才是穩定的。這句話說得非常簡單。你可以這樣想:原子就像洋蔥。隨著電子的添加,在其中心周圍形成了某些「層」。當洋蔥具有閉合、完整和完美的層時,原子是穩定的。

由於電子總是「落到」最低的可用能階,因此所有電子殼層都將充滿,在大多數情況下,除了最後一個電子殼層。但也有可能所有的殼都被填滿了。

深吸一口氣,想象一個氫原子:它只有一個電子,所以它只有第一個殼層,即使這樣也是不完整的。但它可以多容納一個電子!這就是氫原子不穩定的原因。一旦他有機會與其他原子發生聯系,他就會立即這樣做!因為這使得它能夠填充電子殼層並變得穩定。這就是為什麽氫很容易與其他元素發生反應。而且燃燒得非常好。

氦氣也是如此。它在能量上是穩定的,不需要與任何其他原子發生反應來實作它已經擁有的其余部份。

難以捉摸的喬

由於氦氣仍然是一種非常輕的氣體,就像氫氣一樣,它很快就會從大氣中蒸發。由於它不與其他元素發生反應,因此在任何化合物中都找不到它。這就是為什麽花了這麽長時間才意識到氦氣的存在。盡管宇宙中已知物質的四分之一是氦。

氦氣還有其他有趣的特性:具有非常輕的原子,它的導熱性非常好,以及聲音。氦氣透明、無味、無臭。它不與任何東西發生反應,不易燃,無毒,總之,它在各方面都是理想的。盡管如此,氦氣在某些情況下仍然可能是危險的。而下面我們就來聊聊這個。

你可以看到液氦。但這需要非常低的溫度:大約低於零度 269度,僅高於絕對零度 4 度。事實上,你甚至可以看到固態氦,但這不僅需要非常低的溫度(零下272℃),還需要巨大的壓力(大約是大氣壓的25倍)。是的,您沒看錯:如果您將氦氣在大氣壓下冷卻至 0 K,它仍然會保持液態!

固體氦雖然是固體,但非常輕:一塊這樣的材料會漂浮在水中。但不幸的是,這在物理上是不可能的,因為液態水在這種條件下不可能存在。

哪裏可以找到氦氣?

但人們使用的氦氣從哪裏來呢?事實證明,除了宇宙中的主要來源之外,氦核(α粒子)也是在鈾或釷等元素的自發放射性衰變過程中形成的。因此,相當數量的氦氣殘留在地下的天然「陷阱」中,通常是在也含有天然氣的儲層中。

也正因為如此,在生產天然氣的時候,往往會混入氦氣。有時其含量可達7%。透過選擇性蒸餾將其提取出來。

主要利用氦氣的密度低、惰性等特性。它是一種非常安全的氣體,可用於氣球、飛艇等。氦氣也可用作制冷劑,因為它在高達 2K 的溫度下仍保持液態,並且是一種非常好的熱導體。如果您想讓某些東西保持非常非常冷,氦氣被認為是首選冷卻劑。例如,大型強子對撞機的超導磁體使用液氦進行冷卻。

吸入氦氣和發出有趣的聲音的技巧是眾所周知的:聲音非常高。造成這種現象的原因是,當肺部充滿這種氣體時,產生的聲音的頻率(與介質中的聲速成正比)增加,變得更高。

當心!

然而,這存在一定的危險。不,不是因為氦氣有毒。但因為,正如上面提到的,他對任何東西都沒有反應。這裏的要點是這樣的。

當二氧化碳濃度高於應有濃度時,我們的大腦會發出「我要死了」的訊號:例如,如果你把頭放在塑膠袋中,二氧化碳就會變得越來越多,並且氧氣會越來越少。大腦將開始理解這一點並開始產生適當的訊號。因此,他在嚴重危險出現之前開始做某事。如果你只是屏住呼吸,也會發生同樣的事情:肺部二氧化碳的濃度將開始增加。

但是當你吸入氦氣時,它會取代肺部的氧氣,你就不再呼吸氧氣。但氦氣也可以取代二氧化碳。大腦並不知道窒息已經開始。這種情況可能很危險,因為直到您感到頭暈時才意識到缺氧。當然,這並不是一個極端的危險,但是如果您進行語音技巧,請確保不要持續太長時間。笑話結束後,盡快將肺部的氦氣排出去,呼吸新鮮空氣。

所以,我們總結一下:氦氣是一種惰性氣體,它很輕。它是在我們星球之外發現的第一個元素。氦氣很有用,而且如果處理得當,絕對安全。