氦
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中文名:氦
英文名: Helium
化学式:He
分子量:4.002602
元素类型:非金属单质
原子序数: 2
发现人:威廉·拉姆塞
有无放射性:无
1868年,法国的杨森,最初从日冕光谱内发现太阳中有新元素,即氦。1895年英国科学家拉姆赛用光谱证明就是氦。以后又陆续从其他矿石、空气和天然气中发现了氦。氦在地壳中的含量极少,在整个宇宙中按质量计占23%,仅次于氢。氦在空气中的含量为0.0005%。氦有两种天然同位素:氦3、氦4,自然界中存在的氦基本上全是氦4。
1868年8月18日,法国天文学家詹森赴印度观察日全食,利用分光镜观察日珥,从黑色月盘背面如出的红色火焰,看见有彩色的彩条,是太阳喷射出来的帜热其他的光谱。他发现一条黄色谱线,接近钠光谱总的D1和D2线。日蚀后,他同样在太阳光谱中观察到这条黄线,称为D3线。1868年10月20日,英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。经过进一步研究,认识到是一条不属于任何已知元素的新线,是因一种新的元素产生的,把这个新元素命名为 helium,来自希腊文helios(太阳),元素符号定为He。这是第一个在地球以外,在宇宙中发现的元素。为了纪念这件事,当时铸造一块金质纪念牌,一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗(Apollo)像,另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像,下面写着:1868年8月18日太阳突出物分析。
20多年后,莱姆塞在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。由于他研究了这种气体的光谱,发现可能是詹森和洛克耶发现的那条黄线D3线。但由于他没有仪器测定谱线在光谱中的位置,他只有求助于当时最优秀的光谱学家之一的伦敦物理学家克鲁克斯。克鲁克斯证明了,这种气体就是氦。这样氦在地球上也被发现了。
氦在通常情况下为无色、无味的气体;熔点-272.2°C(25个大气压),沸点-268.9°C;密度0.1785克/升,临界温度-267.8°C,临界压力2.26大气压;水中溶解度8.61厘米?/千克水。氦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;其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。
氦是最不活泼的元素,基本上不形成什么化合物。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。
原子体积:19.5(立方厘米/摩尔)
元素在太阳中的含量:230000(ppm)
元素在海水中的含量:0.000006
外围电子排布:1s2
电离能(kJ/ mol)
M - M+ 2372.3
M+ - M2+ 5250.4
核外电子排布:2
晶体结构:晶胞为六方晶胞。
热导率:151.3 W/(m•K)
常见化合价:0
元素类型:非金属
氦存在于整个宇宙中,按质量计占23%。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。
1冷凝法天然气提氦在工业上采用冷凝法,该法工艺包括天然气的预处理净化、粗氦制取及氦的精制等工序,制得9999%的纯氦气。2空分法一般采用分凝法,从空气装置中提取粗氦、氖混合气,由粗氦、氖混合气制纯氦、氖混合气,经分离及纯化,制得99.99%的纯氦气。3氢液化法工业上采用氢液化法从合成氨尾气中提氦。该法工艺是低温吸附清除氮、精馏得到粗氦,加氧催化除氢及氦的纯化,制得99.99%的纯氦气。4高纯氦制法将99.99%的纯氦进一步用活性炭吸附纯化制得99.9999%的高纯氦气。5因氦的沸点同天然气中其他组分的沸点相差很大,用深度冷冻分离法可以将氦提取出来。整个分离提取过程分三个阶段进行。第一步对原料气进行预处理,经乙醇胺吸收后,再经分子筛和活性氧化铝吸附,以除去原料气中的水分和CO2,使其含水量降至0.032mg/m3以下;第二步对经预处理后的原料气进行压缩和逐级冷冻,经冷冻分离使烃类逐步液化分离出来。烃液化处理后的气体中氦的含量可达30%,这就是粗氦。粗氦经分馏塔进一步浓集,使离开塔顶的粗氦浓度达到70%~80%;第三步是用物理和化学方法对粗氦进行精制。粗氦中含有大量的氢及微量的氮和烃类,先通入适量的氧气并使之同氢化合生成水,经干燥除去水分后,将气体加压至19.2MPa,经换热、液氮冷冻使温度降到-208℃,其中的氮及烃类被冷凝分离出去,经这样处理后的氦纯度可达99.5%。在低温下用活性炭吸附残余的氮、氢等杂质,可使氦的纯度提高到99.995% 6.以冷凝法分离氖、氦,或从天然气中提取。从天然气中提取氦时,先经催化加氧脱氢,采用带膨胀机的制冷循环,高压冷凝吸附制取高纯氦。从空分装置提取氦时,将浓度为90%的氖、氦混合气,经低温吸附,可制得浓度为99.999%的高纯氦。也可从合成氨尾气中提取氦。
在半导体工业中,氦用作生成锗和硅晶体管的保护气;在航天技术上用于液氢加注系统的置换、卫星和火箭的挤压源及自控发动机用气源、氦制冷机;在原子能反应堆中用于气体冷却介质、气体温度计、氦质谱检漏、磁共振扫描仪以及同步加速器和转加速器的研究和开发。
侵入途径:吸入
健康危害:本品为惰性气体,高浓度时可使氧分压降低而有窒息危险。当空气中氦浓度增高时,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。
贮存于阴凉、干燥的库房中。 可按普通货物运输。装卸时轻拿轻放,防止包装破损。
迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。如有可能,即时使用。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
呼吸系统防护:一般不需特殊防护。当作业场所空气中氧气浓度低于18%时,必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
眼睛防护:一般不需特殊防护。
身体防护:穿一般作业工作服。
手防护:戴一般作业防护手套。
其它:避免高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业,须有人监护。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
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