氦氣

氦氣

稀有氣體
氦氣,是一種稀有氣體,英文名為Helium,元素符号為He,原子序數2。為無色無味的惰性氣體,化學性質不活潑,一般狀态下很難和其它物質發生反應。[1]
    中文名:氦氣 化學式:He 分子量:4.003 熔點:1.0K(0.26MPa) 沸點:4.3K(0.1MPa) 密度:0.1786g/L(0°C、0.1MPa) 外觀:無色 安全性描述:不可燃氣體 CAS号:275-187-7 溶解度(水):難溶于水 含 量:空氣中的含量約為百萬分之5.2 類 型:稀有氣體單質 臨界溫度:5.19K 臨界壓力:0.228MPa 蒸發熱:20.4kJ/kg(沸點)

曆史沿革

早在1868年,法國天文學家簡森(Janssen P J C,1824-1907)在觀察日全食時,就曾在太陽光譜上觀察到一條黃線D,這和早已知道的鈉光譜的D1和D2兩條線不相同。同時,英國天文學家洛克耶爾(Lockyer J N,1836-1920)也觀測到這條黃線D。當時天文學家認為這條線隻有太陽才有,并且還認為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個元素取名為Helium,這是由兩個字拼起來的,helio是希臘文太陽神的意思,後綴-ium是指金屬元素而言。中譯名為氦。

1895年,萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯(Travers M W,1872-1961)合作,在用硫酸處理瀝青鈾礦時,産生一種不活潑的氣體,用光譜鑒定為氦氣,證實了氦氣也是一種稀有氣體,這種氣體地球上也有,并且氦元素是非金屬元素。 

理化性質

物理性質

在室溫和大氣壓力下,氦是無色、無味的氣體。它在幹空氣中的體積含量為5.24×10-6。是人類發現臨界溫度最低的物質。進行低壓放電時顯深黃色。

氦不能僅靠将飽和液體冷卻到絕對零度而固化。要使氦固化,必須施以相應壓力。在2.173K,氦将或多少從正常液體轉變成一種具有獨特性質的流體。溫度高于2.173K的液體稱為氦Ⅰ。低于此溫度的液體稱為氦Ⅱ。氦Ⅱ為超流體。它的熵為零,熱導率極高,黏度幾乎為零。

由于液氦溫度低,用液氦冷卻某些金屬或金屬化合物,金屬或金屬化合物的電阻會完全消失,這種現象稱為超導電性,此溫度稱為臨界溫度。

因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍,所以吸入氦氣的人說話的聲音會變高頻率。這個有趣的現像,使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣,就好像舊時的卡通人物一樣。

化學性質

氦是單原子氣體,化學性質不活潑。氦氣一般不生成化合物,在低壓放電管中受激發可形成He+2、HeH等離子及分子。

制備方法

1.冷凝法:天然氣提氦在工業上采用冷凝法該法工藝包括天然氣的預處理淨化、粗氦制取及氦的精制等工序,制得99.99%的純氦氣。

2.空分法:一般采用分凝法從空氣裝置中提取粗氦、氖混合氣,由粗氦、氖混合氣制純氦、氖混合氣經分離及純化,制得99.99%的純氦氣。

3.氫液化法:工業上采用氫液化法從合成氨尾氣中提氦。該法工藝是低溫吸附清除氮、精餾得到粗氦加氧催化除氫及氦的純化,制得99.99%的純氦氣。

4.高純氦法:将99.99%的純氦進一步用活性炭吸附純化制得99.9999%的高純氦氣。

主要用途

1、氦氣可作為火箭液體燃料的壓送劑和增壓劑,大量用于導彈、宇宙飛船和超音速飛機上。

2、氦用作冶煉及焊接時的保護氣體,這在造船以及飛機、宇宙飛船、火箭和武器的制造等方面非常重要。

3、氦氣有優良的滲透性, 用于核反應堆的冷卻,火箭和核反應堆的一些管道及電子和電氣裝置等的檢漏。 

4、氦氣是具有理想氣體性質的氣體,是極低溫度下蒸氣壓溫度計的理想用氣。

5、氦氣的質量密度、重量密度都低,且不易燃,可用來填充燈泡、霓虹燈管,也是理想的氣球及飛艇用氣。

6、液體氦可獲得接近絕對溫度(-273℃)的低溫,用于制造超導設備。 

7、氦氣惰性氣體的一種,在血液中的溶解度較氮氣低,因而其麻醉性低于氮氣,所以常将氦氣與氧氣混合,作為潛水員的呼吸用氣體。 

包裝與貯運

1、包裝

氦氣一般用高壓鋼瓶包裝,鋼瓶顔色為灰色,标綠色“氦”字,氣态氦的充裝應按照國标GB14194進行,中國包裝貯運危險性分類:第2.2類不燃氣體,中國危險貨物包裝标志:5。 

2、貯運

氦氣無腐蝕性,常溫下可使用任何通用材料貯存,低溫下主要采用銅、鋁和不鏽鋼材質。可用氣态和液态方式貯存,氣瓶應貯存于陰涼、通風的倉庫内,溫度不宜超過30℃,遠離火種和熱源,防止陽光直射,應與易燃易爆、可燃物分開存放。

氦氣可用管道輸送也可用運輸式罐裝容器直接輸送,其罐裝容器為1L~30m3。液氦在工業上使用液氦運輸貯槽或固定貯罐來運輸和長期貯存,其容積一般100~500L。

氦氣應在通風良好、安全且不受天氣影響的地方直立存儲,存儲溫度不可高于52℃。存儲區域内不應有可燃性材料并遠離頻繁出入處和緊急出口,沒有鹽或其他腐蝕性材料存在。對于還未使用的氣瓶應保護好閥蓋和輸出閥的密封完好,将空瓶與滿瓶分開存放。避免過量存儲和存儲時間過長,保持良好的存儲記錄。

注意事項

氦氣在使用過程中應采取先進先出原則,用合适的手推車來移動容器,不能拉、滾動或滑動鋼瓶,不要試圖抓住氣瓶的蓋子來拎起它;應保證氣瓶在使用的全過程中為固定狀态,用一個減壓調節閥或獨立的控制閥安全地從氣瓶内釋放氣體,單向閥來防止倒流;不要加熱氣瓶以使壓力和排出量加大,如果使用者在操作氣瓶閥時有困難,需停止使用;應使用可調節的帶扳手來打開過緊或生鏽的閥蓋,不可将工具(如扳手,螺絲刀,撬棍等)插入閥蓋内,否則會損壞閥并引起洩漏;氦氣與所有的普通材料都是相容的,管線和設備的設計要滿足壓力的需要。

危害

氦氣是無毒的,但它可以通過置換空氣中的氧而造成窒息危險。較長時間吸入含氧<10%的空氣可導緻腦組織損傷或死亡,最初的症狀包括惡心、嘔吐和哮喘,暴露在這樣的大氣中的人不能自救或呼救。吸入純氦氣會立即失去知覺并且幾乎立即死亡。在大量使用氣态氦或液氦時,應在通風良好的地方進行,以避免形成缺氧空氣。

礦藏類型

含氦天然氣包括來自天然氣田的氣層、油氣田的氣層、油氣層中的天然氣,以及油層中的天然氣等。已知有工業價值的含氦天然氣,分布在從寒武紀到新近紀等不同地質時代的地層中,主要産于古生界和中生界中,尤以古生界為最。此外,在溫泉分布區、礦化熱鹵水中及空氣中也含有氦。

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