氦氣

氦氣 (Helium)
臺北市立永春高級中學一年級張加樂/臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師

(氦元素符號形狀的氦氣放電管，圖片來源：wikipedia)

氦氣(Helium) 的發現是法國科學家皮埃爾·讓森（Pierre Janssen）於 1868 年 8 月 18 日，在印度觀測日全蝕時，碰巧發現的一條特殊光譜線所開始的。同年 10 月 20 日，英國科學家諾曼．洛克耶(Norman Lockyer)也在太陽光譜中發現了一條黃色光譜線，並且提出此物質是存在太陽裡，但當時在地球上尚未發現的元素。後來洛克耶以希臘太陽神 helios 的意涵，將此元素命名為 Helium。

氦氣是位於元素週期表上原子序為 $$2$$ 的元素，為一種惰性氣體，其化學活性極低不易起反應，所以化合物極少且非常不穩定。

氦氣是最難液化的氣體，其沸點只有 $$4.22~K(-268.93^\circ C)$$ ，當其溫度降至 $$2.18~K(-270.97^\circ C)$$ 時性質會改變，黏度會大幅降低，此種狀態稱為超流體(superfluid)，超流體狀態的液態氦稱為­氦(II)。氦的溶解度也很低，$$20^\circ C$$ 時 $$1~L$$ 的水只能溶解 $$8.61~mL$$。

氦在地球上的分布主要是存在於天然氣或放射性的礦石裡，目前我們所使用的氦氣，是從地底開發的天然氣中提取而得的。但不同於其他安定的元素，在地球開始形成時，它並非以沉積的方式存在，而是長期隨著放射性元素鈾與釷的衰變而產生，這些放射性元素是藉由 $$\alpha$$ 粒子的釋放產生衰變，而 $$\alpha$$ 粒子就是物理學家對氦原子核的稱呼。

所以若是以質量來計算，在氦在宇宙占有 $$23\%$$，但氦在地球的大氣層中僅有 $$\frac{1}{52000}$$，非常之少。氦的取得也很困難複雜，必須反覆的進行液化分餾，再利用活性碳吸附雜質來製取得到純氦氣。

因為氦是很輕的元素，而且不可燃，所以常用來填充氣球之類的漂浮物體。也可以做為焊接時的保護氣體。亦可以填充在燈泡裡，可發出桃紅色的光可製成氦-氖雷射管，從管子前端射出的雷射光，則呈霓虹色。

氦在血液中的溶解度也很低，所以可以添加入氧氣中，作為潛水人員的呼吸氣體，使血液中溶解的氧氣變少，以防由高壓(水中)回到低壓(水面)可能造成的潛水夫病。此外以氦氣做回聲介質時，傳播速度為一般空氣的三倍，所以會影響聲波的頻率，因此可作為變聲的氣體，使聲音變高變尖變細，但是如果吸入太多可能會造成氦氣取代氧氣而發生缺氧，嚴重時可能會有生命危險，不過少量的氮氣就可以防止此問題發生。

而氦在液態的狀態時有良好的穿透力可以穿透一些常見的物質:如橡膠、PVC和大部份的玻璃，所以玻璃杜耳瓶無法使用於液態氦的實驗操作上。

參考資料

1. Helium。檢索日期 2014.8.5, http://en.wikipedia.org/wiki/Helium。
2. Studio Hard Deluxe。超萌!化學元素週期表。如何出版社。
3. 西奧多、葛雷，譯者吳瑤玲(2010) 。看得到的化學，你一輩都會用到的化學知識。台北市:大是文化有限公司。