氦

氦（Helium，舊譯作氜）是一種化學元素，其化學符號是He，原子序數是2，是一種無色的惰性氣體，放電時發深黃色的光。在常溫下，氦是一種極輕的無色、無臭、無味的單原子氣體。氦在空氣中含量較少，但在宇宙中是第二豐富的元素，在銀河系佔24％。

發現

首個證明氦存在的證據是太陽色球的發射光譜中的一條亮黃色譜線。1868年8月18日（英語：Solar eclipse of August 18, 1868），法國天文學家皮埃爾•讓森在印度的貢土爾觀測日全食時，發現了這條波長為587.49 nm的譜線。起初人們推測這條譜線來自鈉。同年10月20日，英國天文學家約瑟夫•諾曼•洛克耶（英語：Norman Lockyer）在太陽光譜中發現了一條黃線。由於這條譜線的波長和夫朗和斐譜線中鈉產生的D1 線和 D2的波長相似，洛克耶將其命名為D3線。他還提出這條譜線來自太陽上的一種尚未在地球上發現的元素。洛克耶和英國化學家愛德華•弗蘭克蘭（英語：Edward Frankland）以希臘語中的ἥλιος (helios，意為「太陽」)一詞，將這一元素命名為Helium.

1882年，義大利物理學家路易吉•帕爾米耶里（英語：Luigi Palmieri）在分析維蘇威火山的岩漿時發現了氦的D3線，這是氦在地球上的首次發現記錄。

1895年3月26日，蘇格蘭化學家威廉•拉姆齊爵士將釔鈾礦（英語：cleveite）（一種瀝青鈾礦，其質量的10%為 稀土元素）用酸處理，首次在地球上分離出氦。拉姆齊當時在尋找氬，他用硫酸處理礦物，分離釋放出的氣體中的氮和氧。在剩下的氣體中，他發現了一條和太陽光譜中的 D3線吻合的黃色譜線。洛克耶和英國物理學家威廉•克魯克斯鑒定了這一氣體樣品，證明了它是氦氣。同一年，兩位化學家皮•特奧多爾•克利夫（英語：Per Teodor Cleve）和尼爾斯•朗勒特（英語：Abraham Langlet）在瑞典烏普薩拉獨立從釔鈾礦中分離出氦；他們收集的氦足以測定這一元素的原子量。在拉姆齊分離氦之前，美國地質化學家威廉•弗朗西斯•希爾布蘭德（英語：William Francis Hillebrand）同樣注意到一份瀝青鈾礦樣品中的一條不尋常的譜線，並從中分離出氦；但他認為這些譜線來自氮氣。他致拉姆齊的賀信是科學史上「發現」和「鄰近發現」的一個有趣例子。

1907年，歐內斯特•盧瑟福與托馬斯•羅伊茲（英語：Thomas Royds）讓α粒子穿透玻璃壁進入真空管，向管中放電後觀察管內氣體的發射光譜，證明α粒子就是氦核。1908年，荷蘭物理學家海克•卡末林•昂內斯將氦冷卻至不到1K的低溫，從而首次製得液態氦。他還試著將氦固化，但是氦沒有固、液、氣三相平衡的三相點，因此他的嘗試沒有成功。1926年，昂內斯的學生威廉•亨德里克•科索姆（英語：Willem Hendrik Keesom）在低溫下向氦加壓，製得了1 cm3的固態氦。

1938年，蘇聯物理學家彼得•列昂尼多維奇•卡皮察發現氦-4在接近絕對零度時幾乎沒有粘度，從而發現了今天所說的超流體。這一現象和玻色-愛因斯坦凝聚有關。1972年，美國物理學家道格拉斯•奧謝羅夫、戴維•李、以及羅伯特•科爾曼•理查森發現氦-3也有超流體現象，但所需的溫度比氦-4低得多。氦-3的超流體現象被認為和氦-3費米子配對形成玻色子有關，這種配對和超導體中電子形成的庫珀對類似。

名稱由來

在皮埃爾•讓森從太陽光譜中發現氦時，英國人洛克耶（J. N. Lockyer）和弗蘭克蘭（E. F. Frankland）認為這種物質在地球上還沒有發現，因此定名為「氦」（法文為hélium，英文為helium），源自希臘語ήλιος，意為「太陽」。

在中文裡，晚清時由傳教士創辦的益智書會譯作「氜」(讀作「日」)，以表示從太陽光中發現的氣態元素。在1915年，由民國教育部頒布的《無機化學命名草案》則採用發音與英文更為一 致的「氦」，並沿用至今。

分布

氦存在於整個宇宙中，按質量計佔23%。但在自然界中主要存在於天然氣或放射性礦石中。在地球大氣層中，氦的濃度十分低，只有5.2萬分之一。在地球上的放射性礦物中所含的氦是α衰變的產物。氦在某些天然氣中含有在經濟上值得提取的量，最高可以含有7%，在美國的天然氣中氦大約有1%。在地表的空氣中每立方米含有4.6立方厘米的氦，大約佔整個體積的0.0005%，密度只有空氣的7.2分之一，是除了氫以外密度最小的氣體。

性質

氦氣是所有氣體中最難液化的，沸點僅為4.22K，這源於氦極低的極性。同時，氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質，也沒有三相點。基於類似的原因，氦在水中的溶解度也極小，20°C時每升水中僅能溶解8.61毫升。

液氦在溫度降至2.18K時，性質會發生突變，粘度極小，成為一種超流體，稱為氦(II)，正常的液氦稱作氦(I)。氦(II)能沿容器壁向上流動，直到兩邊液面等高。此時的氦熱傳導性為銅的800倍，成為導熱性能極佳的熱導體，其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。液氦的另一重要性質是能穿透許多常見材料，如PVC、橡膠與大部分玻璃，所以玻璃杜瓦瓶無法用於液氦的操作。

氦的化學性質非常不活潑，一般狀態下不會和其他物質發生反應，目前檢測到的氦化合物僅痕量發現於質譜中，且不穩定。

製備

• 1.天然氣分離法：工業上，主要以含有氦的天然氣為原料，反覆進行液化分餾，然後利用活性炭進行吸附提純，得到純氦。
• 2.合成氨法：在合成氨中，從尾氣經分離提純可得氦。
• 3.空氣分餾法：從液態空氣中用分餾法從氖氦混合氣中提出。
• 4.鈾礦石法：將含氦的鈾礦石經過焙燒，分離出氣體，再經過化學方法，除去水蒸氣、氫氣和二氧化碳等雜質提純出氦。

同位素

現時已知的氦同位素有八種，包括氦3、氦4、氦5、氦6、氦8等，但只有氦3和氦4是穩定的，其餘的均帶有放射性。在自然界中，氦同位素中以氦4佔最多，多是從其他放射性物質的α衰變放出α粒子（氦4原子核）而來。氦3的含量在地球上極少，而在月球上儲量巨大，它們均是由超重氫(氚)的β衰變所產生。

用途

充滿氦氣，形似氦化學符號（He）的充氣放電管

由於氦很輕，而且不易燃，因此它可用於填充飛艇、氣球、溫度計、電子管、潛水服等。也可用於原子反應爐和加速器、雷射器、冶煉和焊接時的保護氣體，還可用來填充燈泡和霓虹燈管，也用來製造泡沫塑料。

由於氦在血液中的溶解度很低，因此可以加到氧氣中防止減壓病，作為潛水員的呼吸用氣體，或用於治療氣喘和窒息。

液體氦的溫度(-268.93 °C)接近絕對零度（-273℃），因此它在超導研究中用作超流體，製造超導材料。液態氦還常用做冷卻劑和製冷劑。在醫學中，用於氬氦刀以治療癌症。

它還可以用作人造大氣層和鐳射媒體的組成部分。

氦氣可以用於保存屍體，毛澤東水晶棺內的氣體即為氦氣。

其他

對聲音的影響

因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍，這會改變人的聲帶的共振態，於是使得吸入氦氣的人說話的聲音的頻率變高。這個有趣的現象使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣，就好像舊時代的卡通人物一樣，與吸入六氟化硫後聲音變粗正好相反。這種現象經常被錯誤地解釋為音速的提高直接導致聲音頻率的增加，或者氦氣使得聲帶振動變快。

過度使用所產生的問題

需要注意的是，如果大量吸入氦氣，會造成體內氧氣被氦取代，因而發生缺氧（呼吸反射是受體內過量二氧化碳驅動，而對缺氧並不敏感），嚴重的甚至會死亡。 另外，如果是由高壓氣瓶中直接吸入氦氣，那麼其高流速就會嚴重地破壞肺部組織。 大量而高壓的氦和氧會造成高壓緊張症候群（英語：High pressure nervous syndrome），不過少量的氮就能夠處理這個問題。

•為大氣層中的數值；其它地方可能有所不同。