一、氦氣的發(fā)現(xiàn)
氦氣的發(fā)現(xiàn)可以追溯到19世紀末20世紀初。氦是在地球上首次被觀察到,并且是太陽光譜中首次被探測到的元素。在1868年的日食期間,法國天文學家皮埃爾·詹森觀察到了太陽光譜中的一個新的黃線,這個黃線后來被確定為氦的譜線。因為這個元素是在太陽光譜中被首次發(fā)現(xiàn)的,它得名于希臘神話中的太陽神Helios。然而,直到1895年,英國科學家威廉·拉姆齊和約翰·斯特拉特利首次在地球上成功分離出氦氣。他們在地球的氣體中找到了這種新的元素。氦是通過在礦泉水中尋找氣體來發(fā)現(xiàn)的,因此氦的名字也與希臘語中的“Helios”(太陽)相關。威廉·拉姆齊后來因此而獲得了1904年的諾貝爾物理學獎。
二、氦氣的應用
1. 氣球和飛艇充氣:?由于氦氣的密度比空氣小,具有較小的分子質量,因此被廣泛用于充氣氣球和飛艇。它比空氣輕,能夠提供足夠的浮力,使得氣球能夠飄浮在空中。
2. 低溫實驗和設備:?液態(tài)氦是一種極低溫冷卻劑,常用于實驗室中的超導體研究和其他需要極低溫度的實驗。液態(tài)氦的沸點很低,約為-268.93攝氏度,使得它成為一種理想的低溫介質。
3. 醫(yī)療領域:?氦氣在醫(yī)療領域中也有應用,主要用于增氧療法。氦氣和氧氣混合使用時,由于氦的低密度,呼吸時可以減少氣體的阻力,有助于提高呼吸的效率。這在某些呼吸系統(tǒng)疾病的治療中具有一定的幫助。
4. 激光技術:?氦氣常被用作激光介質,特別是在氦氖激光器中。氦氖激光器廣泛用于科學研究、醫(yī)療、通信和其他領域。
5. 太空探測:?氦氣也被用作太空探測器中的冷卻劑,因為其低溫性質使其適用于冷卻敏感的儀器和設備。
氦氣的低密度、低溫性質以及化學穩(wěn)定性使其在各種應用中都發(fā)揮著重要的作用。然而,由于氦是地球上相對較為稀缺的元素,人們也在考慮節(jié)約使用和尋找替代方案以確保氦資源的可持續(xù)利用。
三、地球上氦氣的由來以及儲量
氦氣在地球上主要來自兩個主要的來源:地殼中的放射性衰變和太陽風。1. 地殼中的放射性衰變:?氦氣的一個主要來源是地殼中的放射性衰變。放射性元素如鈾和釷在地殼中存在,并通過放射性衰變逐漸分解為其他元素,其中包括氦。氦氣是一種惰性氣體,因此它在地殼中不易與其他元素反應,而是相對穩(wěn)定地存在于地下巖石和土壤中。當這些巖石和土壤受到侵蝕或地下水的影響時,氦氣會被釋放到大氣中。
2. 太陽風:?太陽風是另一個地球上氦氣的來源。太陽風是由太陽表面高溫等離子體的流動產(chǎn)生的,其中包含大量的氦。太陽風中的氦在太陽系中擴散,一部分也到達地球。然而,太陽風中氦的貢獻相對較小,地殼中的放射性衰變是氦氣在地球大氣中的主要來源。
關于氦在地球大氣中的含量,氦是大氣中非常稀薄的氣體,占總體積的約0.0005%。由于其輕質和不易與其他元素反應的性質,氦主要分布在地球的高層大氣中。在地球的低層大氣中,主要是氮、氧等較重的氣體。氦的相變溫度取決于壓力。在標準大氣壓下(1大氣壓,約為101.3千帕),氦的相變溫度如下:
1. 液態(tài)氦:?氦氣在標準大氣壓下的沸點約為-268.93攝氏度或4.15開爾文。這是氦氣在常規(guī)條件下從氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的溫度。
2. 固態(tài)氦:?氦的凝固點在標準大氣壓下約為-272.2攝氏度或0.95開爾文。這是氦氣在常規(guī)條件下從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的溫度。
這些溫度都非常低,說明氦在常規(guī)的大氣溫度和壓力下主要存在于氣態(tài)形式。在實際應用中,液態(tài)氦主要用于低溫實驗和技術,而固態(tài)氦的研究通常需要更極端的溫度和壓力條件。
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