元素周期表系列：第2号元素——氦元素

曹逊

博士科普元素团队

你知道吗：氦的命名来源于希腊神话中的太阳神赫利俄斯的名字，由于太阳光谱中的暗线是它存在的第一个线索，而当时人类已知的元素都无法解释这种暗线，因此而命名为氦¹。这里是关于这个元素最有趣、令人称奇的一个地方：人类在太空中发现的第一种元素就是这种普通到用来给聚会用的气球或旅行用的热气球充气的气体¹。

氦元素是什么样一种元素呢？

博科小答：氦是一种惰性元素，分子式为He,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。它在水中的溶解是已知气体中最小的，也是除氢气以外密度最小的气体。液态氦在温度下降至2.18 K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²。

氦元素有什么化学性质？

博科小答：氦是所有元素中最不活泼的元素，极难形成化合物。氦元素的稳定力源于其闭壳层电子组态，其外壳层是完满的状态，在一般状态下是没有空间和其它原子通过共用电子进行结合。

氦气的作用用途有哪些？

博科小答：由于氦很轻，而且不易燃，因此它可用于填充飞艇、气球、温度计、电子管、潜水服等。也可用于原子反应堆和加速器、激光器、火箭、冶炼和焊接时的保护气体，还可用来填充灯泡和霓虹灯管，也用来制造泡沫塑料²。

氦气对于人体是否有危害？

博科小答：氦气本身是没有毒性的。但是，为派对气球充气的氦气罐可是会造成危险的。如果大量吸入纯氦气，会造成缺氧，且不易察觉（呼吸反射是受体内过量二氧化碳驱动，因而缺氧并不敏感），严重的甚至会死亡。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³。

氦气是怎样制备的？

博科小答：地球上的氦主要是放射性元素衰变的产物。放射性元素衰变释放的α粒子（氦的原子核）³俘获电子后形成了氦气，并在地下岩层的天然气中积累起来。在工业中可以通过分馏法将这些氦气提取出来。空气中氦气大约占整个体积的0.0005%，由于含量稀少以及其特殊性质，几乎无法提取空气中的氦元素，而且大气中的氦气会逐渐逃逸到宇宙中去。因为上述原因，氦气曾被认为将会发生短缺，直到后来人们认识到天然气中氦气的储量远大于当初的估计⁵。

中国对于氦气的研究取得了突破性的进展

描述：2017年2月6日，中国南开大学的王慧田、周向峰团队及其合作者在《Nature Chemistry》上发表了有关在高压条件下合成氦钠化合物的论文，结束了氦元素无化合物的历史，标志着我国在稀有气体化学领域走到了最前沿⁴。

食品袋中添加的氦气对人体没有危害

描述：为何防止一些食品被氧化，通常会在包装袋中充入一些氦气。因为含量稀少，所以不必担心，这些氦气是没有任何危害的³。

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参考文献

¹[美] Theodore Gray. 视觉之旅：神奇的化学元素(彩色典藏版) (Kindle Locations 307). 人民邮电出版社. Kindle Edition.

²冯光熙，黄祥玉．《无机化学丛书第一卷》稀有气体部分：科学出版社，2012年3月第四次印刷.

³百度百科，氦

⁴Xiao Dong, et al. Nature Chemistry 9, 440-445 (2017).

⁵Wikipedia, Helium