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氦氣
無色無味的惰性稀有氣體
基本信息
| 中文名 | 氦氣 |
| 水溶性 | 微溶于水 |
| 化學(xué)式 | He |
| 分子量 | 4.0026 |
| 熔點(diǎn) | -272.2 ℃ |
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歷史沿革
氦氣
1895年，英國化學(xué)家拉姆齊（William Ramsay）爵士和另一位英國化學(xué)家特拉弗斯（TraversMW，1872-1961）合作，在用硫酸處理瀝青鈾礦時(shí)，產(chǎn)生一種不活潑的氣體，用光譜鑒定為氦氣，證實(shí)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。
1903年，美國的天然氣油田中發(fā)現(xiàn)了大量的氦。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
氦氣
氦不能僅靠將飽和液體冷卻到絕對(duì)零度而固化。要使氦固化，必須施以相應(yīng)壓力。在2.173K，氦將或多少從正常液體轉(zhuǎn)變成一種具有獨(dú)特性質(zhì)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?yàn)?/span>超流體。它的熵為零，熱導(dǎo)率極高，黏度幾乎為零。液化后溫度降至2.174K時(shí)，具有表面張力很小、導(dǎo)熱性很強(qiáng)、黏度極低等特殊性質(zhì)。利用液態(tài)氦可以得到接近絕對(duì)零度的低溫。
因?yàn)楹鈧鞑ヂ曇舻乃俣炔畈欢酁榭諝獾娜?，所以吸入氦氣的人說話的聲音會(huì)變高頻率。這個(gè)有趣的現(xiàn)像，使得吸入氦氣的人說話尖聲細(xì)氣，就好像舊時(shí)的卡通人物一樣。
化學(xué)性質(zhì)
氦是單原子氣體，化學(xué)性質(zhì)不活潑?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定，進(jìn)行低壓放電時(shí)顯深黃色。一般不生成化合物，在低壓放電管中受激發(fā)可形成He+、HeH等離子及分子。一般狀態(tài)下很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，在特定條件下和某些金屬可形成化合物。液態(tài)氦在溫度下降至2.18K時(shí)，性質(zhì)會(huì)發(fā)生突變，黏度極小，成為一種超流體，能沿容器壁向上流動(dòng)，熱傳導(dǎo)性為銅的800倍，成為導(dǎo)熱性能極佳的熱導(dǎo)體，其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。這種異常的液體叫做液氦Ⅱ，正常的液態(tài)氦叫做液氦Ⅰ。
應(yīng)用領(lǐng)域
氦氣氣球
1、低溫冷源：利用液氦的-268.9℃的低沸點(diǎn)，液氦可以用于超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術(shù)在超導(dǎo)技術(shù)等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，超導(dǎo)材料需要在低溫（100K左右）中才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性，大多數(shù)情況下只有液氦能比較簡便地實(shí)現(xiàn)這樣的極低溫。超導(dǎo)技術(shù)在交通行業(yè)的磁懸浮列車，醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備都有較大的應(yīng)用。
2、氣球充氣：由于氦氣密度遠(yuǎn)小于空氣（空氣的密度為1.29kg/m3，氦氣的密度為0.1786kg/m3），而且化學(xué)性質(zhì)極不活潑，較氫氣安全（氫氣可以在空氣中燃燒，可能會(huì)引起爆炸），氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體。
3、檢驗(yàn)分析：儀器分析中常用的核磁共振分析儀的超導(dǎo)磁體需要利用液氦降溫，氣相色譜分析中氦氣常作為載氣，利用氦氣滲透性好、不可燃的特點(diǎn)，氦氣還應(yīng)用于真空檢漏，如氦質(zhì)譜檢漏儀等。
4、保護(hù)氣：利用氦氣不活潑的化學(xué)性質(zhì)，氦氣常用于鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護(hù)氣。
5、氦氣可作為火箭液體燃料的壓送劑和增壓劑，大量用于導(dǎo)彈、宇宙飛船和超音速飛機(jī)上。
8、氦氣的質(zhì)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。
9、氦氣惰性氣體的一種，在血液中的溶解度較氮?dú)?/a>低，因而其麻醉性低于氮?dú)猓猿⒑馀c氧氣混合，作為潛水員的呼吸用氣體。
制備方法
毒理反應(yīng)
如果大量吸入氦氣，會(huì)造成體內(nèi)氧氣被氦取代，因而發(fā)生缺氧（呼吸反射是受體內(nèi)過量二氧化碳驅(qū)動(dòng)，而對(duì)缺氧并不敏感），嚴(yán)重的甚至?xí)劳觥Ａ硗?，如果是由高壓氣瓶中直接吸入氦氣，那么其高流速就?huì)嚴(yán)重地破壞肺部組織。大量而高壓的氦和氧會(huì)造成高壓緊張癥狀Highpressurenervoussyndrome（HPNS），不過少量的氮就能夠處理這個(gè)問題。大量及長時(shí)間吸入氦氣可導(dǎo)致腦損傷甚至死亡。在大部分薯?xiàng)l類包裝袋里也含有少量氦氣，不過不必?fù)?dān)心，沒有危害。
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(xiǎn)。較長時(shí)間吸入含氧<10%的空氣可導(dǎo)致腦組織損傷或死亡，最初的癥狀包括惡心、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(huì)立即失去知覺并且?guī)缀趿⒓此劳?。在大量使用氣態(tài)氦或液氦時(shí)，應(yīng)在通風(fēng)良好的地方進(jìn)行，以避免形成缺氧空氣。
包裝與貯運(yùn)
1、包裝
氦氣一般用高壓鋼瓶包裝，鋼瓶顏色為灰色，標(biāo)綠色“氦”字，氣態(tài)氦的充裝應(yīng)按照國標(biāo)GB14194進(jìn)行，中國包裝貯運(yùn)危險(xiǎn)性分類：第2.2類不燃?xì)怏w，中國危險(xiǎn)貨物包裝標(biāo)志：5。
2、貯運(yùn)
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、鋁和不銹鋼材質(zhì)?？捎脷鈶B(tài)和液態(tài)方式貯存，氣瓶應(yīng)貯存于陰涼、通風(fēng)的倉庫內(nèi)，溫度不宜超過30℃，遠(yuǎn)離火種和熱源，防止陽光直射，應(yīng)與易燃易爆、可燃物分開存放。
氦氣可用管道輸送也可用運(yùn)輸式罐裝容器直接輸送，其罐裝容器為1L~30m。液氦在工業(yè)上使用液氦運(yùn)輸貯槽或固定貯罐來運(yùn)輸和長期貯存，其容積一般100~500L。
氦氣應(yīng)在通風(fēng)良好、安全且不受天氣影響的地方直立存儲(chǔ)，存儲(chǔ)溫度不可高于52℃。存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)不應(yīng)有可燃性材料并遠(yuǎn)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(duì)于還未使用的氣瓶應(yīng)保護(hù)好閥蓋和輸出閥的密封完好，將空瓶與滿瓶分開存放。避免過量存儲(chǔ)和存儲(chǔ)時(shí)間過長，保持良好的存儲(chǔ)記錄。
注意事項(xiàng)
2、確保氦氣不泄露、工作場所保持通風(fēng)，當(dāng)氦氣含量增加導(dǎo)致氧氣含量低于19.5%時(shí)，患者先出現(xiàn)呼吸加快、注意力不集中、共濟(jì)失調(diào)；繼之出現(xiàn)疲倦無力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐，以致死亡。
3、每瓶氦氣在使用到尾氣時(shí)，應(yīng)保留瓶內(nèi)馀壓在0.5MPa，最小不得低于0.25MPa馀壓，應(yīng)將瓶閥關(guān)閉，以保證氣體質(zhì)量和使用安全。
4、瓶裝氦氣在運(yùn)輸儲(chǔ)存、使用時(shí)都應(yīng)分類堆放，不準(zhǔn)靠近明火和熱源，應(yīng)做到勿近火、勿沾油蠟、勿曝曬、勿重拋、勿撞擊，嚴(yán)禁在氣瓶身上進(jìn)行引弧或電弧，嚴(yán)禁野蠻裝卸，短距離移動(dòng)氦氣鋼瓶應(yīng)使用鋼瓶專用手推車，長距離移動(dòng)鋼瓶應(yīng)用危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛運(yùn)輸。液氦的溫度為4.25K，與皮膚接觸能引起嚴(yán)重凍傷。
5、存貯氦氣的鋼瓶使用和檢驗(yàn)遵照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，氣瓶充氣壓力不得超過規(guī)定壓力。安全帽要隨時(shí)裝上，一保護(hù)氣閥，氣瓶每三年檢驗(yàn)一次（特殊情況例外）做外表檢查及進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后方可繼續(xù)使用，檢驗(yàn)在充氣單位進(jìn)行。
氦氣在使用過程中應(yīng)采取先進(jìn)先出原則，用合適的手推車來移動(dòng)容器，不能拉、滾動(dòng)或滑動(dòng)鋼瓶，不要試圖抓住氣瓶的蓋子來拎起它；應(yīng)保證氣瓶在使用的全過程中為固定狀態(tài)，用一個(gè)減壓調(diào)節(jié)閥或獨(dú)立的控制閥安全地從氣瓶內(nèi)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(shí)有困難，需停止使用；應(yīng)使用可調(diào)節(jié)的帶扳手來打開過緊或生銹的閥蓋，不可將工具（如扳手，螺絲刀，撬棍等）插入閥蓋內(nèi)，否則會(huì)損壞閥并引起泄漏；氦氣與所有的普通材料都是相容的，管線和設(shè)備的設(shè)計(jì)要滿足壓力的需要。
應(yīng)急處理
若發(fā)生泄漏，應(yīng)迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿一般作業(yè)工作服。盡可能切斷泄漏源。合理通風(fēng)，加速擴(kuò)散。如有可能，即時(shí)使用。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、檢驗(yàn)后再用。
含量分析
按氣相色譜法測定。條件：柱為不銹鋼柱，長6m，內(nèi)徑4mm。充填料為PoraPakQ，或類似品。載氣為氫氣[99.99%（V/V）]，流量40ml/min。用環(huán)線進(jìn)樣器。檢測器為熱電導(dǎo)檢測器。柱溫為60℃。檢測器溫度130℃。操作：將標(biāo)本氦經(jīng)氣體進(jìn)樣閥送入氣相色譜儀。選擇GC的操作條件，使標(biāo)準(zhǔn)峰信號(hào)相當(dāng)于不低于滿刻度讀數(shù)的70%，這樣可使氮和氧完全從氦中分出（氮和氧彼此可能無法分清）。由供試樣本所得的峰響應(yīng)值所顯示的滯留時(shí)間，應(yīng)與由空氣一氦檢定標(biāo)準(zhǔn)樣本（由工業(yè)級(jí)氦中混入1.0%空氣，由廠商提供）所得的峰響應(yīng)相當(dāng)，并表示出不超過1.0%的空氣量（體積），而He的含量應(yīng)不低于99.0%（體積）。
國內(nèi)現(xiàn)狀
氦氣是國防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一。含氦天然氣迄今仍是工業(yè)化生產(chǎn)氦氣的唯一來源。我國氦氣資源相當(dāng)貧乏，含量很低，提取難度大，成本高。因此，在保護(hù)有限氦氣資源的同時(shí)，研究開發(fā)先進(jìn)的天然氣提氦技術(shù)對(duì)于提高氦氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、保障國家用氦安全和促進(jìn)我國天然氣提氦工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。通過對(duì)提氦技術(shù)的分析介紹，低溫冷凝法較為成熟，但能耗、成本較高；吸附法、吸收法和膜滲透法等其他提氦技術(shù)各具特點(diǎn)，但限于適用條件尚不能規(guī)?；I(yè)應(yīng)用。隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，天然氣提氦技術(shù)不斷改進(jìn)創(chuàng)新，吸附法、膜滲透法等提氦工藝發(fā)展迅速，聯(lián)產(chǎn)法、聯(lián)合法工藝有著良好的應(yīng)用前景，這些都為促進(jìn)天然氣提氦技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。
氦氣純度
純氦
項(xiàng)目名稱指標(biāo)
優(yōu)等品一等品合格品
氦氣純度，%≥99.99599.99399.99
氖含量，ppm≤152540
氫含量，ppm≤357
氧（氬）含量，ppm≤355
氮含量，ppm≤101725
一氧化碳，ppm≤111
二氧化碳，ppm≤111
甲烷量，ppm≤111
水分含量，ppm≤101520
高純氦氣
氦氣純度>99.999%，
雜質(zhì)含量（ppm）：
O2≤0.5，
N2≤1.0，
CO≤0.5，
CO2≤0.5，
CH4≤0.5，
H2O≤0.5，
Ne≤8.0；
超純氦氣
氦氣純度>99.9999%，
雜質(zhì)含量（ppm）：
N2≤0.5，
O2≤0.5，
Ne≤0.5，
CO≤0.1，
CO2≤0.1，
THC≤0.1，
H2O≤0.2；
最新發(fā)現(xiàn)
2016年6月28日，牛津大學(xué)和杜倫大學(xué)的研究人員在坦桑尼亞的東非大裂谷發(fā)現(xiàn)了巨量的氦氣田。這一發(fā)現(xiàn)很可能改變?nèi)蚝赓Y源的“游戲規(guī)則”。
牛津大學(xué)和杜倫大學(xué)同挪威的一家氦氣勘探公司合作，在坦桑尼亞這一“不可能”的地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了這一氦氣田。
牛津大學(xué)聲明，這一位于東非大裂谷的氦氣田是經(jīng)火山活動(dòng)從較深底層的遠(yuǎn)古巖石中帶出，并在較淺的位置形成了這樣一個(gè)氣田。杜倫大學(xué)的研究人員稱，具體調(diào)查結(jié)果將在今年的國際地球化學(xué)年會(huì)上公開。
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(yè)價(jià)值的含氦天然氣，分布在從寒武紀(jì)到新近紀(jì)等不同地質(zhì)時(shí)代的地層中，主要產(chǎn)于古生界和中生界中，尤以古生界為最。此外，在溫泉分布區(qū)、礦化熱鹵水中及空氣中也含有氦。
參考資料
[1]
你不知道的這些神奇氣體，它們就在每天呼吸的空氣中2017-08-28T09:53:33+08:00[引用日期2022-05-17 20:24:13]
[2]
氦氣“玩具”竟是危險(xiǎn)化學(xué)品2021-06-09T20:56:15+08:00[引用日期2022-05-17 20:53:35]
[3]
無色、無味、吸入致死！當(dāng)心這種有毒氣體2021-02-18T19:55:07+08:00[引用日期2022-05-17 20:53:45]
[4]
衷心祝賀！中國的鐵哥們發(fā)現(xiàn)了足以改變世界游戲規(guī)則的寶藏！2016-06-29T20:06:17+08:00[引用日期2022-05-17 20:53:46]
[5]
這項(xiàng)技術(shù)中國幾代人奮斗終攻克 上天下水都離不開2018-07-27T02:00:35+08:00[引用日期2022-05-17 20:54:43]
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