惰性氣體

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

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(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 $$8.61~mL$$。

惰性氣體的發現

惰性氣體的發現
國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

鈍氣包括氦、氖、氬、氪、氙、氡,門得列夫 (D. I. Mendeleyev) 提出元素週期表時,仍不為世人所知,其發現者是英國化學家藍塞 (William Ramsay , 1852~1916) 與物理學家瑞利 (James William Rayleigh , 1842~1919) 及化學家特拉維斯 (Morris William Travers 1872~ 1961),藍塞獲頒1904年諾貝爾化學獎,同年瑞利獲諾貝爾物理獎。

西元1868年法國天文學家詹遜(Pierre Janssen) 在印度觀測日全蝕時,發現鈉原子的光譜線附近出現新的黃色譜線,波長為587.49奈米,同年英國天文學家洛克爾(Norman Lockyer)從太陽光譜中也觀察到這條譜線,當時沒有已知的元素能產生這樣的譜線。這元素被命名為「Helium」,源自希臘語λιος (helios),意為「太陽」。 此時,地球上還沒有發現氦,瑞利是英國劍橋大學的物理學教授,在他細心又耐心地測量各種氣體密度的實驗中,發現兩種方法製備出的氮氣,測量出的密度總是差0.0062 g/L,他重覆實驗多次,這千分之五的差值始終揮之不去。1894年4月9日,他直接在英國皇家學會,向許多化學家、物理學家報告這個實驗結果。這個報告立刻得到化學家藍塞的回應並提供幫忙,從4月20日開始,兩人共同合作解謎。經瑞利及藍塞的努力,及光譜專家克魯克斯光譜分析的協助,他們很快證明找到了新元素。西元1894年8月,在牛津召開的英國皇家學會上,瑞利與藍塞宣布了他們發現的惰性氣體,會議主席提議將之命名為「氬」,希臘文αργόν是「懶惰者」的意思,氬就成為懶惰家族第一個被發現的成員。