Helium

[物理史] 氦的發現

氦的發現 (Discovery of Helium)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2014年8/9月)

雖然氦在可觀察到的宇宙是第二多的元素,但可由鈾等的放射性元素衰變而生成的氦,在地球上卻是相對稀少。事實上,氦真的太稀少了,所以直到 1868 年才被發現,這主要都要歸功於兩位科學家的努力,一位在英國,另一位在法國。

1859 年,克希何夫 (Gustav Kirchhoff) 認知到可用太陽和其他星球所輻射出的光譜來推斷它們的化學成分。克希何夫使用此方法,發現了銫和銣兩種元素。天文學家對日珥─如火焰般絢麗的氣流,現在已知是稠密氣體的熱雲,的研究尤其感興趣。科學家相信觀察日珥最好的方法是在日食期間。 

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 $$8.61~mL$$。